Spis treści.

I. Część teoretyczna.

1. Wstęp.
2. Pojazdy z napędem na cztery koła.
3. Historia pojazdów z napędem na cztery koła.
4. Cel i korzyści płynące ze stosowania tego rozwiązania.
5. Różnice pomiędzy pojazdami z napędem wszystkich kół a pojazdami z napędzaną tylko jedną osią.
6. Podział aut z napędem na cztery koła.
7. Zastosowanie napędu wszystkich kół w pojazdach o różnym przeznaczeniu i budowie.
8. Opis poszczególnych konstrukcji.
8.1. Ręcznie dołączany napęd drugiej osi w autach osobowych.
8.2. Ręcznie włączany napęd wszystkich kół w autach ciężarowych i terenowych.
8.3. Stały napęd wszystkich kół z zastosowaniem zblokowanego układu napędowego.
8.4. Stały napęd wszystkich kół z zastosowaniem klasycznego układu napędowego.
9. Opis układów napędowych.
9.1. Silnik z tyłu + napęd na cztery koła.
9.2. Syncro.
9.3. Quattro.
9.4. Silnik umieszczony centralnie.
10. Międzyosiowy mechanizm różnicowy typu TORSEN.
11. Sprzęgło wiskotyczne.
12. Sprzęgło wiskotyczne typu Haldex.
13. Możliwe uszkodzenia i naprawa.

II. Część praktyczna.

1. Wstęp.

2. Cel pracy.

3. Opis techniczny wózka

4. Dane techniczne wózka.

5. Konserwacja i przechowywanie.

III.Literatura.

I. Część praktyczna

1. Wstęp

Pojazdy o napędzie na wszystkie koła przeżywają renesans i znaczne zainteresowanie nabywców. Rozwiązanie to również dostrzegli producenci jako godną uwagi. Poświęcają oni, zatem więcej czasu i pieniędzy by unowocześniać napęd na cztery koła w rożnych odmianach pojazdów. Obecnie każdy producent posiada w swej ofercie auta z takim rozwiązanie. Dla osób niewtajemniczonych wyrażenie "auta z napędem na cztery koła" kojarzą się z ciężkimi pojazdami ciężarowymi lub terenowymi. Zaawansowanie konstrukcyjne wprowadzone przez producentów zaowocowało zastosowaniem tego rozwiązania w autach osobowych. Obecnie, więc każde auto może posiadać napęd na cztery koła. Tak nagły rozwój spowodował, iż na rynku pojawiło się wiele pojazdów i duża ilość rozwiązań konstrukcyjnych. Niektórzy producenci modyfikują znane rozwiązania, aby bez dużej ingerencji i znacznych nakładów finansowych wdrażać pojazdy na cztery koła. Dzięki temu wiele aut z różnych klas ma swe odmiany, w których zastosowano napęd na cztery koła Modyfikacje te polegają głównie na przystosowaniu pojazdu dla napędu wszystkich kół. Rozwój tych aut spowodował również powstanie nowych mechanizmów i układów napędowych takich jak:
- sprzęgło wiskotyczne;
- aktywne sterowanie mostami napędowymi;
- elektroniczne sterowanie mechanizmami.

W naszej pracy postaramy się przybliżyć znane na rynku sprzedaży auta i rozwiązania konstrukcyjne w nich zawarte, oraz konkretne układy napędowe wraz z mechanizmami. Pozwoli to dokładniej zrozumieć istotę działania. Zaprezentowaną konstrukcję można przyporządkować do konkretnej grupy rozwiązań, co pozwoli na ukazanie jej wad i zalet. Pozwoli ona, zatem zweryfikować te mechanizmy pod kątem eksploatacji użytkownika. Przyporządkowanie zostanie podzielone na cztery grupy, w których wprost będzie mowa o konkretnym pojeździe tj. o jego układzie napędowym i zastosowanym mechanizmie. Zobrazują to liczne rysunki, na którym zobaczyć można działanie i zalety auta klasy Van ze sprzęgłem wiskotycznym. Liczne wykresy i tabele pozwolą na porównanie i udowodnienie wyższości tego rozwiązania nad rozwiązaniami z napędzaną jedną osią.

2. Pojazdy z napędem na cztery koła.

Ogólna definicja mówi, że pojazdami z napędem na cztery koła nazywamy takie pojazdy, w których w sposób ciągły lub czasowy istnieje możliwość napędu przekazywanego z jednostki napędowej do każdego z kół. Na podstawie tego wywnioskować można, w jaki sposób napęd jest przekazywany do kół jezdnych. Pojazdy takie to zazwyczaj auta osobowe, uterenowione lub terenowe. Osobna grupę stanowią auta ciężarowe, w których to rozwiązania konstrukcyjne znacznie różnią się od tych stosowanych w pojazdach terenowych bądź osobowych. Cechą wynikającą z przeznaczenia tych aut jest również prześwit auta, urządzenia pozwalające poruszać się w trudnym terenie oraz różnego rodzaju zabezpieczenia mechanizmów auta przed uszkodzeniem w terenie. Budowa takiego auta ma pozwolić w szczególności na jazdę w terenie, więc konstruktorzy zadbali o każdy szczegół. Porównując kilka aut terenowych wyniki zbiorcze w tabeli porównawczej zawierają oprócz tych standardowych również takie dane jak:
- kąt natarcia;
- kąt rampowy;
- kąt zejścia;
- kąt podjazdu;
- kąt przechyłu;
- prześwit;
- głębokość brodzenia.

Na podstawie tych danych można "na sucho" porównać parametry i zachowanie oraz przydatność danego auta w terenie. Wyniki takie i te dane tworzy się tylko w przypadku aut terenowych, gdyż auta osobowe, w których te rozwiązania są stosowane nie są przystosowane do poruszania się w terenie, a układ ten jest stosowany do zupełnie innych celów i stosowanie go przynosi odmienne korzyści. Główną z nich jest poprawa własności jezdnych. Nie sposób przedstawić wszystkich pojazdów i zestawić ich ze sobą, ale dokonując podziału można przedstawić konstrukcję i opisać ją na wybranym modelu auta. Pozwoli to na szczegółową weryfikację wielu indywidualnych cech auta np.:
- wielkość;
- masa;
- położenie środka ciężkości;
- usytuowania silnika itp.

Przy zakupie takiego auta warto zaznajomić się, jaka konstrukcja bądź rozwiązanie zostało zastosowane.

3. Historia pojazdów z napędem na cztery koła.

Pojazdy z napędem na cztery koła zostały ze względu na swe własności trakcyjne i jezdne zauważone przez wojsko. Postanowiono, więc wdrożyć te pojazdy do użytku w siłach zbrojnych. Wynikało to z ich przeznaczenia i możliwości zastosowania w trudnym terenie to jest w takim, jakie wojsko zazwyczaj się porusza. Początkowo stosowane było w autach ciężarowych i typowo terenowych. Były to rozwiązania dość prymitywne w porównaniu z dzisiejszymi osiągnięciami, ale zapewniały odpowiednie cechy w terenie dla możliwości wojska. Układy napędowe były dość ciężkie, ale nie zwiększały i obciążały auta zbytnio. Zapewniały natomiast możliwość poruszania się w ciężkim terenie i odpowiadały stawianym im wymaganiom:
- poruszanie się w trudnym terenie;
- możliwość holowania dużych ładunków;
- stosunkowo dostępna cena;
- możliwość rozłączania układu napędowego podczas poruszania się po drodze utwardzonej;
- łatwość obsługi w każdych warunkach;
- zapewnienie dużych okresów miedzynaprawczych;
- łatwa naprawa przez niewykwalifikowaną kadrę kierowców.

Te warunki postawione przez wojsko zaowocowały zbudowaniem układu napędowego, który sprostał tym założeniom. Układ okazał się wyjątkowo trwały, ekonomicznie opłacalny i stosunkowo prosty w budowie. Jest to układ stosowany do dziś w bardzo licznej grupie pojazdów ciężarowych i użytkowych. Konstruktorzy, więc zauważyli zalety płynące z zastosowania tego rozwiązania w autach ciężarowych i rozpoczęli próbę przeniesienia go na poziom aut osobowych. Jako pierwszy rozwiązanie to wykorzystała firma AUDI w legendarnym już modelu Quattro. Jest to rozwiązanie, które wykorzystuje miedzyosiowy mechanizm różnicowy typu Torsen. Układ napędowy z silnikiem umieszczonym w osi pojazdu zapewnić miał wyważenie pojazdu i prawidłowy rozkład mas w aucie. Producent zaprezentował swoje osiągnięcia w budowaniu aut z napędem na cztery koła w sporcie samochodowym. Miało to dobitnie udowodnić wyższość tego rozwiązania nad powszechnie stosowanym wówczas napędzie na jedna oś. Na temat mechanizmu typu TORSEN przeczytać można w osobnym rozdziale poświęconym jedynie temu mechanizmowi. Od czasu zaprezentowania tego mechanizmu i opatentowaniu go przez AUDI powstało wiele innych rozwiązań, które jednak nie mogły opierać się na dokonaniach rozwiązania typu TORSEN. Powstało, więc zatem wiele odrębnych mechanizmów i układów napędowych, odbiegających od poznanych możliwości. Spowodowało to znaczne zainteresowanie producentów pojazdów nowymi możliwościami konstrukcyjnymi. W tym okresie powstały i zostały wdrożone takie konstrukcje jak:
- sprzęgło wiskotyczne;
- zastosowanie napędu na cztery koła w popularnym wówczas klasycznym układzie napędowym;
- sprzęgło elektromechaniczne itp.

Dalszy ciąg rozwoju prac i nowości w tej dziedzinie przyniosła elektronika. Zaczęła ona ogarniać tę dziedzinę coraz mocniej. Wprowadzono, więc poprawę i unowocześnienie znanych rozwiązań poprzez wprowadzanie układów elektronicznych. Układy te zajęły się sterowaniem mechanizmami trakcji. Pierwszym takim układem był niewątpliwie układ

ABS-u. W układach napędowych elektronika zaczęła od prostego sterowania mechanizmami a w obecnie stosowanych rozwiązaniach zajmuje się ona pracą każdego elementu w układzie napędowym. Sterowanie pracą mechanizmu ma, bowiem wykluczać i korygować błędy popełniane przez kierowcę w trakcie jazdy. W przyszłości elektronika ma całkowicie zastąpić układy mechaniczne w układzie napędowym. Na temat elektroniki zastosowanej w obecnie produkowanych pojazdach można przeczytać w rozdziale na temat sprzęgła wiskotycznego typu Haldex, gdyż jest ono sterowane poprzez układy elektroniczne.

4. Cel i korzyści płynące ze stosowania tego rozwiązania.

Głównym celem stosowania napędu wszystkich kół to poprawa własności trakcyjnych pojazdu. Pod tym pojęciem kryją się takie cechy jak:
- przewidywalne zachowanie pojazdu w każdych warunkach drogowych;
- brak reakcji pojazdu na zmianę siły napędowej;
- neutralna charakterystyka auta w trakcie pokonywania zakrętów;
- równomierne rozłożenie nacisków na obie osie.

Oprócz tych własności wyróżnić można jeszcze o wiele więcej, które ujawniły się podczas testów i badań nad rozwinięciem tego rozwiązania. Opisane własności udało się zrealizować na wiele sposobów. Różne możliwości wskazały również różnice między poszczególnymi rozwiązaniami. Parametry ogólne i wady podawane są w przedziale procentowym. Wyróżniliśmy właściwości jezdne jednak nie można pominąć tych, które dotyczą eksploatacji. A są to:
- poprawa przyspieszenia;
- większa zdolność pokonywania wzniesień;
- większa masa holowana;
- równomierne zużycie opon;
- większa elastyczność nawet na niskiej prędkości obrotowej.

Powtarzające się słowo "większe" odnosi się do aut z napędzaną jedną osią. Wymienione własności jezdne zostały zauważone w trakcie testów drogowych, a nie znalazły się w zamierzeniach konstruktora w trakcie projektowania. Można, zatem zaliczyć je zarówno do celu stosowania jak i zalet wynikających z ich stosowania.

5. Różnice pomiędzy pojazdami z napędem wszystkich kół a pojazdami z napędzaną tylko jedną osią.

Osoba znająca konstrukcje i możliwości odpowie, że takie porównanie nie może zostać dokonane, ponieważ auta te dzieli zbyt wiele różnic. Po głębszym zastanowieniu się stwierdziliśmy, iż należy takiego podziału dokonać. Zauważyć należy, że wykluczając jazdę terenową i sportową pozycja aut z napędzaną tylko jedna osią nie jest stracona. Opisywanie i porównywanie aut z tych obu grup działa na zasadzie odwrotności. Zalety aut z napędem na cztery koła są wadami dla aut z napędzaną jedną osią. Czasami również zwłaszcza, gdy pojazd posiada swój odpowiednik z napędem wszystkich kół porównuje się oba modele. Zestawienie takie jest ogólne nie odnoszące się do konkretnej konstrukcji, zastosowanych mechanizmów i stopnia zaawansowania. Ma ono jedynie na celu uzmysłowienie, z jakim rozwiązaniem mamy do czynienia i jaki jest przeskok techniczny w obu konstrukcjach ze względu na własności jezdne, eksploatacyjne itp. Porównaniu podlegają tylko te pojazdy, w których zastosowana konstrukcja umożliwia stałe napędzanie kół jezdnych, a nie okresowo włączanego napędu przez kierowcę. Ważne jest również, aby wymienić pozostałe rozwiązania, które są istotnym argumentem przemawiającym za pojazdami z napędzanymi wszystkimi kołami jezdnymi. A są to:
- większa zdolność rozpędzania;
- większa elastyczność;
- bezpieczeństwo i kontrola w razie aquaplanningu;
- pojazd mniej wrażliwy na boczny wiatr.

Niestety każda konstrukcja posiada swoje zalety, ale również swoje wady. Przy przedstawianiu pojazdu należy je wymienić gdyż są one istotne ze względu na eksploatacje takiego pojazdu.

Należy do nich zaliczyć:
- zwiększone koszty obsługi pojazdu;
- zwiększone zużycie paliwa;
- skomplikowana konstrukcja;
- zwiększona od 6% do 11% masa pojazdu;
- mniejsza prędkość maksymalna;
- dodatkowy tunel środkowy i zmniejszona pojemność bagażnika;
- większy koszt wytworzenia - zwiększa cenę pojazdu o ok. 30 %.

Część wymienionych tu wad jest już nieaktualna lub zawyżona. Prawdziwymi są te dotyczące jedynie obsługi, budowy i w mniejszym stopniu masy całkowitej pojazdu. Dzięki zastosowaniu masowości w produkcji cenę również udało się zminimalizować i zmniejszyć do ok.15% a to ze względu na zastosowanie większej ilości elektroniki. To właśnie dzięki niej udało się pozbyć wad takich jak:
- masa pojazdu;
- zwiększone zużycie paliwa;
- mała pojemność bagażnika.

Skonstruowanie układu ze sprzęgłem wiskotycznym pozwoliło na korzystanie z dobrodziejstw napędu na cztery koła tylko wtedy, gdy jest to konieczne np. trudna sytuacja na drodze jak poślizg. Włączenie mechanizmu odbywa się, bowiem bez udziału kierowcy i co najważniejsze w sytuacji, w której jest on najbardziej potrzebny. W trakcie normalnej jazdy po utwardzonej drodze całość napędu przekazywana jest na oś przednią gdyż jest to bardziej ekonomiczne i posiadające wiele zalet rozwiązanie. Pozwala ono na zaoszczędzeniu paliwa, opon. Dołączenie napędu odbywa się tylko w momencie poślizgu bez ingerencji kierowcy. Do istotnych wad w porównaniu obu rozwiązań, a wypadający na niekorzyść aut z napędem na cztery koła to zwiększona obsługa okresowa takiego pojazdu. Należy takiemu autu poświęcić znacznie więcej uwagi w eksploatacji i obsługi układu napędowego. Zauważyć, więc można, że różnice te są znaczne i określenie zwycięzcy w tej kategorii jest niemożliwe. Można opisać konkretne wady i zalety aut z napędem wszystkich kół ale w momencie prezentacji konkretnej konstrukcji lub użytego mechanizmu. Na temat tych wad i zalet opowiemy w dalszej części pracy przy opisywaniu konkretnego mechanizmu lub układu.

6. Podział aut z napędem na cztery koła.

Podziałów aut z napędem na cztery koła można dokonać w wieloraki sposób. Przedstawiając w zależności od rozwiązania technicznego, zastosowania w danej grupie pojazdów i zastosowanego układu. Poniżej przedstawione są dwa z nich:
- ze względu na rozwiązanie techniczne;
- ze względu na zastosowany układ napędowy.

Podział dokonany ze względu na rodzaj napędu na wszystkie koła w samochodach osobowych przedstawia poniższy schemat: Istotnym jest, że przedstawiono i opisano tu również takie cechy jak:
- podział momentu obrotowego względem osi;
- blokadę osi tylnej;
- sposób przenoszenia momentu.

Podziału takiego dokonuję się tylko w formie ogólnej, dlatego zdecydowaliśmy się na scharakteryzowanie również układów przeniesienia napędu wraz z jednostką napędową w celu ukazania istotnych zalet lub wad wynikających z konkretnego układu. Postaramy się również krótko go scharakteryzować oraz wyszczególnić jego główne mechanizmy, które są dla niego charakterystyczne. Będą to również układy elektronicznej kontroli trakcji jak i pomagające kierowcy w poruszaniu się w trudnym terenie. Dopuszczalne jest również dokonanie podziału względem zastosowania danego rozwiązania i przyporządkowanie go do danej grupy aut. Przyjęło się, bowiem ostatnio przyjmowanie przez producenta wyrażającego chęć produkcji auta konkretnego, gotowego już schematu wraz z mechanizmami. Stosuje się, bowiem i uważa za ogólnie przyjęte, iż w autach ciężarowych i terenowych jest to ręcznie dołączany mechanizm a układ napędowy to klasyczne rozwiązanie, a w autach rekreacyjnych i osobowych jest to stały napęd wszystkich kół. Taki podział z założenia wydawałby się stosunkowo prosty, lecz odrębność firm produkujących pojazdy jest na tyle duża, że każdy producent posiada w swej ofercie mechanizm odbiegający od tego, co przedstawia inny producent. Należy wiec dokonać drugiego podziału, w którym zawarte będą indywidualne mechanizmy lub układy: Haldex lub Hillholder. Osobno zostaną więc przedstawione mechanizmy i układy.

7. Zastosowanie napędu wszystkich kół pojazdach o różnym przeznaczeniu i budowie.

Rozwój i postęp w tej dziedzinie przyniósł pewne rozwiązania, które pozostaną na długo stosowane. Chodzi o rozwiązanie, które jest przyporządkowane do danej grupy aut. Będzie ono zaprojektowane, bowiem z myślą o tym konkretnym modelu auta. Ukształtowanie się takiej postawy przez lata wyostrzyło orientacje w rozwiązaniach. Wiemy, bowiem że większe pojazdy otrzymują ręcznie włączany napęd na cztery koła (dołączana oś przednia)i dodatkowo blokadę mechanizmu różnicowego. Pojazdy osobowe posiadają najczęściej zblokowany układ napędowy i sprzęgło wiskotyczne. Wynika to, bowiem również z przeznaczenia tych pojazdów. Zauważmy, że auto terenowe nie osiąga dużych prędkości na drodze twardej, więc nie potrzebuje wykorzystywać napędu na cztery koła. Jazda po utwardzonych drogach z dołączonym ręcznie napędem wszystkich kół może zakończyć się uszkodzeniem auta lub wypadkiem. Dzieje się tak, ponieważ w trakcie jazdy po łuku koło przednie porusza się po większym promieniu niż koło tylne. Im ostrzejszy zakręt tym większe napięcie w układzie przenoszenia momentu obrotowego. Sztywne sprzężenie obu osi prowadzi w efekcie do poślizgu kół i utraty panowania nad pojazdem. Innym, ale równie ważnym szczegółem jest ze hamowanie (nagle) z dołączoną osią na śliskiej nawierzchni mogą wystąpić problemy ze statecznością pojazdu. Zablokowana zostanie, bowiem druga oś (tylna) i niekontrolowane zarzucenie pojazdem. Wykorzystuje on napęd na cztery koła tylko w trudnym terenie i tylko przez ten okres. Posiada, więc możliwość rozłączania i złączania napędu na cztery koła. Stosuje się również reduktor by zwiększyć możliwość pokonywania wzniesień. Wszystko to potrzebne jest w terenie a wszystkie mechanizmy mają być w tym pomocne. Przeznaczeniem może się okazać nie trudny teren a tylko chwilowa chęć i potrzeba. Stosuje się wtedy sprzęgło wiskotyczne które w razie potrzeby i poślizgu włącza tylną oś. Budowa takiego pojazdu to zastosowany zblokowany układ napędowy. Ten powszechnie dziś stosowany układ jest też najtańszym do wytworzenia i najczęściej używany. Zaawansowanie konstrukcyjne i mnogość rozwiązań umożliwiają zbudowanie każdego rodzaju auto z napędem na cztery koła. Rozpoczynając od miejskiego auta a kończą na terenowym i użytkowym.

8. Opis poszczególnych konstrukcji.

Opis konstrukcji rozpoczniemy od przedstawienia dwóch ogólnych obecnie stosowanych typów konstrukcji. Pierwsze z nich to oczywiście ręcznie włączany napęd, a drugi stale napędzany (lub w razie potrzeby). W pierwszym przypadku konstrukcja jest stosunkowo skomplikowana. Wymaga to, bowiem dodatkowej przekładni (skrzynka rozdzielcza), dodatkowy wał napędowy, a w autach ciężarowych dodatkowy most napędowy. Komplikacja, bowiem polega na obciążeniu pojazdu dodatkową masą. Podstawowe parametry nie ulegają zmianie. Niezbędne są natomiast znaczne modyfikacje zawieszenia przedniego (auta osobowe) i kształtu miski olejowej. W drugiej możliwości to jest stałym napędzie wszystkich kół rozwiązaniem jest sprzęgło wiskotyczne, a drugim jest międzyosiowy mechanizm rusznicowy typu TORSEN. Został on opatentowany i wykorzystywany jest do budowy aut firmy AUDI. Jest to rozwiązanie czysto mechaniczne. Opisując tą technologię poświęciliśmy jej osobny punkt. Wracając do stałego napędu reszta producentów stosuje głównie silniki ustawione poprzecznie i sprzęgło wiskotyczne. Dwaj niemieccy producenci BMW i MERCEDES do swoich układów zbudowanych na podstawowych modeli musieli wyposażyć je w urządzenia elektroniczne, których zadaniem jest sterowanie pracą układu.

8.1. Ręcznie dołączany napęd drugiej osi w autach osobowych.

Układ taki działa tylko w razie potrzeby i jest on włączany lub tez wyłączany przez kierowcę pojazdu. Napęd na 4 koła może zostać włączony dopiero w trudnym terenie i nie może być używany na drogach twardych, o czym już wspomniałem. Rozwiązanie to stosowane jest w autach tanich, małych, bez potrzeby montowania układu ABS. Nie posiada on także blokady mechanizmu różnicowego, co ma odbicie na niższej cenie pojazdu i jego masie. Pojazd wyjściowy to auto zazwyczaj o napędzie przednim. Napęd przekazywany jest przez przekładnie kątową na przegubowy wal napędowy. Miedzy skrzynia biegów a mostem napędowym znajduje się skrzynka rozdzielcza. To za jej pośrednictwem następuje dołączenie lub odłączenie tylnego mostu napędowego. Pozwala ona również na zwiększenie momentu doprowadzonego do tylnego mostu. Sterowanie może odbywać się ręcznie, ale i również pneumatycznie przyciskiem na desce rozdzielczej (Subaru Justy). Pojazdy z tym sterowaniem są zazwyczaj cięższe od pierwotnego napędu o ok. 6 - 10%. A to ze względu na ciężki wał napędowy i most napedowy. Auto takie posiada również tunel w przedziale pasażerskimi mniejszy bagaznik. Nie jest to rozwiązanie powszechnie stosowane w autach klasy mini i średniej. W ostatnich wydaniach i modelach, w których był stosowany udało się wprowadzić w osi tylnej niezależne zawieszenie tylnych kol. Poprawiło to własności trakcyjne. Został on wyparty przez stały napęd wszystkich kół.

8.2. Ręcznie włączany napęd wszystkich kół w autach ciężarowych i terenowych.

To rozwiązanie konstrukcyjne nie zostało zastąpione przez inne rozwiązanie, ponieważ to doskonale się sprawdza w autach o takim przeznaczeniu. Różnica w zastosowaniu w pojazdach ciężarowych, a terenowych polega na tym ze w autach ciężarowych stosowane są mosty napędowe, a w autach terenowych obecnie stosuje się niezależne zawieszenie kół Zastosowanie klasycznego układu napędowego pozwala na zapewnienie więcej miejsca miedzy silnikiem a przekładnią główną przedniej osi oraz miedzy podłogą skrzyni ładunkowej, a przekładnią główną osi tylnej, co ma znaczenie dla uzyskania dużego prześwitu. W autach ciężarowych natomiast ze względu na potrzebę przewożenia ciężkich ładunków stosuje się mosty napędowe, które mogą przenosić większe obciazenia Układ ten składa się z:
- trzy przegubowe wały napędowe;
- skrzynka rozdzielcza;
- dwa mosty napędowe.

Producenci aut osobowych wytwarzający auta z napędem, w którym jest klasyczny układ napędowy nie chcąc budować aut o przednim napędzie zbudowali auta o stałym napędzie układu napędowego, ale z klasycznym układem napędowym. Co prawda zastosowano napęd stały, lecz przy klasycznym układzie udało się bez potrzeby montażu mostu napędowego (wysoka masa) napędzać koła przednie za pomocą półosi napędowych. Ciekawostka jest ze w BMW 525ix półosie przeprowadzone są przez miskę oleju. Przykładem może być Nissan Patrol, którego układ napędowy składa się z dwóch mostów napędowych z możliwością dołączania mostu przedniego. Oba mosty posiadają blokadę mechanizmu różnicowego, co sprawdza się w trudnym terenie. Ciekawostką w tym aucie jest możliwość rozłączenia stabilizatora, co na krótką chwile w terenie zapewni utrzymanie kół w stałym kontakcie z podłożem.

8.3. Stały napęd wszystkich kół z zastosowaniem zblokowanego układu napędowego.

Większość obecnie produkowanych aut osobowych i Suv posiada stały napęd osi przedniej z dołączanym napędem tylnym. Każdy lub większość producentów pojazdów posiada w swej ofercie auto przednionapędowe ze stałym napędem a dołączanym napędem tylnym. Rozwiązania przez nich wykorzystywane można rozmieścić w grupach, ale każdego z producentów cechuje zastosowanie danego odmiennego rozwiązania. Różnice w konstrukcji polegać będę głownie na zastosowaniu mechanizmów, w prowadzeniu elektroniki i specyficznego rozwiązania (np. HALDEX). Wprowadzenie elektroniki w układy napędowe sprawiły ze znacznie poprawiono i udoskonalono pierwotne wady i cechy aut ze stałym napędem na cztery koła. Oddzielną częścią naszej pracy będzie opis konstrukcji sprzęgieł wiskotycznych starszego i nowszego typu (HALDEX). Wyselekcjonować można grupy producentów korzystających z tych samych lub podobnych rozwiązań. Można wiec wyróżnić i zrealizować stały napęd na cztery koła na trzy możliwe sposoby:

• międzyosiowy mechanizm różnicowy (TORSEN);

• planetarny miedzyosiowy mechanizm różnicowy o stałym rozdziale momentu obrotowego i z dodatkowym sprzęgłem wiskotycznym lub elektromagnetycznym;

• sprzęgło wiskotyczne na wale napędowym lub zintegrowane z mostem, które powoduje załączenie nie napędzanej dotąd osi (przekazuje moment obrotowy).

Planetarny mechanizm różnicowy. Moment musi być doprowadzony do wszystkich kól. Dlatego też wyposażony on jest w miedzyosiowy mechanizm różnicowy umieszczony na wale napędowym pomiędzy przednią, a tylna osią. Stosowany jest by wyrównać prędkości miedzy osiami. Przykładem takiego rozwiązania może być SUBARU. W układzie napędowym tej firmy zastosowano miedzyosiowy mechanizm różnicowy ze sprzęgłem lepkościowym, które umożliwia samoczynna blokadę mechanizmu różnicowego (12 - 40%)stopnia zblokowania. W przypadku różnicy prędkości miedzy osią przednia a tylna. W normalnej eksploatacji moment ten jest dzielony po 50%na każdą z osi. Przy tylnej osi znajduje się dodatkowo mechanizm różnicowy o zwiększonym tarciu wewnętrznym ze sprzęgłem lepkościowym. Umożliwia to płynne (bez szarpnięć)podzielenie momentu obrotowego na poszczególne koła(prawe lub lewe) w momencie poślizgu któregoś z nich. Istotnym urozmaiceniem konstrukcji jest silnik typu boxer. Daje to możliwość lepszego (prostoliniowego) wyprowadzenia momentu i przekazania go na wał napędowy. Powoduje to również stosunkowo lepsze i niskie rozmieszczenie środka ciężkości pojazdu. Sprawia to ze pojazd taki jest mniej wrażliwy na utratę stateczności bocznej, wysokiej kierowalności tj. przewidziane reakcje samochodu na polecenia kierowcy, zachowanie neutralności w trakcie jazdy na łuku. Firma SUBARU zastosowała system hillhalder. Ułatwia on ruszanie pod góre utrzymując (po jednokrotnym wyłączeniu sprzęgła i naciśnięciu hamulca)ciśnienie w przewodach hamulcowych mimo zwolnienia nacisku na pedał hamulca. To rozwiązanie przenoszenia napędu i realizowanie napędu na cztery koła w autach tej firmy z powodzeniem jest realizowane zarówno w autach sportowych jak i przeznaczonych do normalnej eksploatacji. W najnowszym rozwiązaniu stosowanym w SUBARU IMPREZA nadal wykorzystuje miedzyosiowy mechanizm różnicowy, ale o rozdziale w proporcjach 36/64 (przód/tył).W trakcie poślizgu natomiast hydraulicznie sterowane sprzęgło wiskotyczne może zmienić proporcje na 50/50 a nawet, gdy zajdzie taka potrzeba na 80/20.Sterowanie hydrauliczne pozwala na znacznie szybsza reakcje niż sprzęgło wiskotyczne. Na temat sterowania i zasady działania jak też sposobu przekazywania napędu z zastosowaniem tego sprzęgła opiszemy w osobnym rozdziale. Wersja z manualna skrzynia biegów ma stożkowy mechanizm rocznicowy (miedzyosiwy) i rozdziela moment obrotowy w przedziale 50/50,

a sprzęgło pełni role blokady mechanizmu różnicowego. Lecz to za mało i rozwiązania są w stanie za pomocą stworzonego sterowania elektro-hydraulicznego dla centralnego mechanizmu różnicowego na zmianę charakterystyki auta za pomocą zmiany rozdziału momentu od 50/50 do 35/65 (przód/tył).W ułamku sekundy za pomocą potencjometru zmieniać można charakterystykę auta z neutralnej na nadsterowną i na odwrót. W autach o sportowych aspiracjach producenci wprowadzili stosowane od niedawna w autach WRC aktywne sterownie mostami napędowymi (tylnym) lub też nazywane to jest aktywnym sterowaniem stabilnością pojazdu - AYC. Jest to elektronicznie sterowany tylny mechanizm różnicowy, który podobnie jak ESP - ma zapobiegać niezamierzonej zmianie toru jazdy. W odróżnieniu od ESP nie uruchamia hamulców, lecz zwiększa moment obrotowy na jednym z kół tak by stabilizować pojazd i przeciwdziałać momentowi obracającemu pojazd. Nowością natomiast w autach WRC jest ACD tzn. aktywnie sterowany centralny mechanizm różnicowy. Przygotowała go firma MITSUBISHI do modelu LANCER. Mechanizm rozdziela moment na osie w proporcji 50/50 i można go blokować w skali od 0 do 100% co daje efekt podobny do zmiany proporcji rozdziału momentu obrotowego. Czas reakcji obu mechanizmów liczy się w milisekundach. Do zalet ACD zaliczyć należy:
- stabilizacja auta w trakcie hamowania;
- na zakręcie nie blokowany mechanizm różnicowy (większa zwrotność).

Na zakręcie pracuje natomiast AYC pozwala na możliwie największą sterowność. Na wyjściu z zakrętu automatycznie zwiększany stopień zablokowania centralnego mechanizmu różnicowego, co poprawia stabilność. Sterowanie ACD odbywa się za pomocą mikroprocesora na podstawie takich danych jak;
- kąt skrętu kierownicy;
- boczna siłą bezwładności
- stopień otwarcia przepustnicy;
- prędkość pojazdu;
- prędkość obrotu kół.

Oba te rozwiązania elektroniczne powodują niesamowite zachowanie się auta zerowa neutralność, i prowadzenie. Dlatego tez są stosowane do aut rajdowych, ale i cywilnych. Niestety są one bardzo drogie, ale do nich pewnie należy przyszłość. Centralny mechanizm różnicowy wykorzystują tez producenci z klasycznym układem napędowym, lecz o tym w dalszej części pracy.

8.4. Stały napęd wszystkich kół z zastosowaniem klasycznego układu napędowego.

Konstrukcja w tych autach jest bardziej skomplikowana a sprawność układu mniejsza w takim rozwiązaniu. Konieczne jest zastosowanie skrzynki rozdzielczej, i krótkiego wału, od której on przenosi moment napędowy do przekładni głównej przedniej osi. Łańcuch zębaty umożliwia odsuniecie w bok osi wału. Podstawowe parametry auta nie różnią się od wersji pierwotnej z wyjątkiem masy pojazdu. Zmianie nie ulega prześwit auta. Niezbedne są natomiast zmiany kształtu przedniego zawieszenia i kształtu miski olejowej. Skrzynka rozdzielcza zawiera planetarny międzyosiowy mechanizm różnicowy, który (w zależności od przełożenia) umożliwia nierównomierny rozkład siły napędowej, 36% momentu doprowadzane jest do kół przednich reszta tj.64% do tylnych. Mechanizm różnicowy wyposażony jest w sprzęgło wiskotyczne, które w zależności od zapotrzebowania momentu obrotowego przedniej lub tylnej osi umożliwia jego blokowanie ze skutecznością aż do 100 %. Także mechanizm różnicowy tylnej osi wyposażony jest w elektrohydraulicznie sterowaną blokadę o skuteczności do 100%. Te dwa mechanizmy zastosowane dają bardzo istotne korzyści (o zmiennym stopniu blokowania) -w celu uzyskania optymalnej stateczności ruchu moment rozdzielany jest w zależności od poślizgu kół osi napędzanych zarówno w wypadku przekazywania napędu od silnika do kół i w wypadku odwrotnego przepływu momentu obrotowego -umożliwia uzyskanie maksymalnej siły napędowej bez utraty stateczności ruchu. W czasie normalnej jazdy blokady są rozlaczone. Łącznie z mechanizmem różnicowym przedniej osi umożliwiają one pełną kompensacje różnicy prędkości obrotowych kol. Jazda na ostrych zakrętach odbywa się, zatem bez napiec w układzie napędowym. Zapewniona jest też możliwość łatwego parkowania. W razie konieczności hamowania blokady zostają zwolnione w ułamku sekundy, co pozwala na zastosowanie układu ABS. Rozwiązanie takie prezentuje i montuje do swoich aut firma BMW. Jest to podejście dość konserwatywne, lecz wszystkie auta tej firmy zawsze miały klasyczny układ napędowy. Logicznym wiec jest że auta z napędem czterech kół tej firmy też będą miały klasyczny układ napędowy. Wielki rywal BMW, jakim jest MERCEDES również zaproponował swoim klientom auta ze stałym napędem na cztery koła z klasycznym układem napędowym. Rozwiązanie takie u MERCEDESA nazywa się 4MATIC I rożni się znacznie od tego zastosowanego z BMW. Wykazał się on również innowacyjnością w zakresie modyfikacji zawieszenia i przeprowadzenia przez sprężynę zawieszenia półosi napędowych.

W układzie swoim MERECEDES zastosował podobna skrzynkę rozdzielcza, ale która ma cztery stany pracy:
- tylko napęd tylny;
- napęd czterech kół bez blokady;
- napęd czterech kół z zablokowanym miedzyosiowym mechanizmem różnicowym;
- dodatkowo włączona blokada tylnego mostu.

Stan pracy wybierany jest automatycznie w zależności od warunków trakcyjnych przez inteligentny system sterujący. Podczas hamowania następuję przełączenie na napęd tylny, dzięki czemu ten układ może i współpracuje z układem ABS. Widoczne na rysunku przeprowadzenie półosi napędowych jest wykonane z zegarmistrzowska precyzją. Aby umożliwić napęd także kół przednich mechanizm różnicowy przedniej osi (4) musiał zostać zabudowany w przestrzeni miski olejowej. Pośredni wał napędowy (1) przekazuje napęd do prawego wewnętrznego przegubu synchronicznego, dzięki czemu obie półosie napędowe (2 i 3) maja jednakowa długość. Wał (1) jest z jednej strony wprowadzony w nie blokowany mechanizm różnicowy,a z drugiej jest prowadzony przez łożysko we wsporniku (5). Wspornik oraz obudowa (6) przykręcone są śrubami do miski olejowej.

1- Planetarny międzyosiowy mechanizm różnicowy;
2- Tylny wał napędowy;
3- Wał przedni;
4- Łańcuch zębaty;
5- Sprzęgło wielopłytkowe;
6- Elektromagnes sterujący.

9.Opis układów napędowych.

Opisując układ napędowy mamy na myśli głównie rozmieszczenie jego elementów. Są one bardzo istotne dla użytkownika jak i konstruktora. To z nich wynika bardzo wiele parametrów auta, które mają wpływ na takie wielkości jak:
- środek ciężkości;
- środek ciężkości nadwozia;
- rozkład nacisków na osie;
- rozkład masy.

Wymienione własności odpowiadają głównie za prowadzenie pojazdu. Obecnie stosowane są cztery odmiany kryjące się pod nazwami:
- silnik z tyłu + napęd na cztery koła;
- Syncro;
- Quattro;
- z silnikiem umieszczonym centralnie.

9.1. Silnik z tyłu + napęd na cztery koła.

Rozwiązanie to stosowane obecnie jest jedynie przez firmę Porsche. Charakterystyczną cechą tej konstrukcji jest to, że silnik umieszczony jest tuż za tylną osią i to ta oś jest napędzana. Takie umiejscowienie jednostki napędowej w pojeździe ma swoje wady i zalety. Jedną z zalet jest świetna trakcja i stabilność na prostym odcinku drogi, ale nie w łukach drogi gdzie auto jest nadsterowne. Napęd na oś nie napędzaną lub napędzaną może odbywać się wieloraki sposób i zależy od inwencji i zamierzeń konstruktora.

9.2. Syncro.

Jest to najpopularniejsze i najbardziej typowe a co za tym idzie i najczęściej stosowane rozwiązanie. Wynika ono, bowiem z umiejscowienia jednostki napędowej. Produkowane obecnie auta posiadają, bowiem jednostkę umiejscowioną poprzecznie z przodu i przekładnie kątową do załamywania i przekazania momentu napędowego na wał napędowy. Dla zmniejszenia masy układu stosuje się powszechnie drążone wały napędowe. Ta propozycja posiada bardzo dobre parametry i możliwość zastosowania wielu mechanizmów. Jest stosowana w autach miejskich klasy Van i w klasie wyższej.

9.3. Quattro.

Ta konstrukcja możliwa jest z kolei jedynie w autach, które używają silników umieszczonych w osi podłużnej pojazdu tj. posiadają klasyczny układ napędowy. Są to pojazdy o znacznych mocach i znacznej masie, wiec układ konstruowany jest według innych priorytetów. Mniejszą uwagę zwraca się na masę pojazdu, pojemność bagażnika, itp. Znaczne jest utrudnienie konstrukcyjne w budowie takich aut. Problemem okazać się może przeprowadzenie półosi napędowych przez skrzynie biegów. Wyraźnie zaznaczone i pokazane jest to na rysunku powyżej. Przeprowadzenie półosi napędowych przez sprężyny zawieszenia przedniego stanowią wyzwanie dla konstruktorów. Rozwiązanie w tej kwestii przyniosło wykrzywienie i skręcenie sprężyn śrubowych w autach firmy MERCEDES, co również można zauważyć na rysunku.

9.4. Silnik umieszczony centralnie.

Jak sama nazwa wskazuje w tym rozwiązaniu jednostka napędowa umieszczona jest centralnie. Takie usytuowanie stosowane jest jedynie w autach sportowych, w których nie istotnym jest przedział pasażerski lub pojemność bagażnika, którego w autach sportowych nie ma. Jednak taka konstrukcja ze względu na własności posiada wiele cech pozytywnych. Auto z tym układem posiada doskonałe rozmieszczenie mas pojazdu wyrównanie tym samym nacisków na osie i środek ciężkości pozwalają temu układowi górować.

10. Międzyosiowy mechanizm różnicowy typu TORSEN.

Mechanizm ten jest stosowany jedynie przez firmę AUDI gdyż posiada ona patent na ten mechanizm. Jak już wspomnieliśmy jest to urządzenie czysto mechaniczne tzn. zasada działania opiera się całkowicie na mechanice. Na próżno w nim szukać układów i sterowania elektronicznego. Zamocowane jest w obudowie z aluminium i umiejscowione tuż przed tylną osią. Jest z nią zintegrowane. Modele aut, w których jest stosowne posiadają zmienione zawieszenie osi tylnej. Zmianom uległa belka osi tylnej, miejsce mocowania oraz wstawiono wzmocnienia by oś ta mogła sprostać przeniesieniu w sposób ciągły momentu obrotowego. Pojazdy, w których zamocowany jest ten mechanizm nie różnią się zewnętrznie od innych modeli tej firmy a jedynie posiadają napis "QUATTRO". Z języka włoskiego oznacza on "cztery". Mechanizm ten spełnia dwie zasadnicze funkcje:
- Różnicowanie prędkości obrotowych każdej z osi;
- Rozdział momentu obrotowego na osie napędzane.
W układzie napędowym, w którym jest stosowany przez producenta jednostka napędowa umieszczona jest w osi podłużnej pojazdu. Z powodzeniem jednak może być stosowany w zblokowanych układach napędowych. Jest to możliwe dzięki umiejscowieniu go w pojeździe. Jak zapewnia producent może być ono dowolnie modyfikowane i dostosowane do indywidualnych cech pojazdu. Mechanizm przenoszący moment obrotowy można scharakteryzować danymi takimi jak:
- Prędkość reakcji;
- Czas reakcji;
- Moment obrotowy, w którym występuje włączenie lub rozpoczęcie działania mechanizmu;
- Procentowy moment obrotowy, jaki może zostać przeniesiony przez mechanizm;
- Podział momentu obrotowego dokonywanego przez mechanizm;
- Maksymalny moment obrotowy, jaki może zostać przez mechanizm przeniesiony.

W przypadku tych danych producent rzadko udziela danych konstrukcyjnych bądź eksploatacyjnych. Na temat międzyosiowego mechanizmu różnicowego typu TORSEN informacje są szczątkowe. Znana jest szczegółowa budowa mechanizmu i odmiany, w jakich jest on produkowany. Dzieje się tak gdyż jako urządzenie czysto mechaniczne bez udziału obwodów elektronicznych TORSEN ma dobierane szczegółowe parametry podczas produkcji. Z informacji, które udało nam się zebrać dowiedzieć się można, że obecnie produkowane są cztery odmiany tego mechanizmu:
A - B
B - C
C - D
D - E
Nazewnictwo to wprowadził producent. Różnice między nimi polegają na rodzaju i ilości kół zębatych wykorzystanych do budowy tego mechanizmu. Mechanizm ten składa się z dwóch przekładni ślimakowych, które połączone są ze sobą za pośrednictwem kół zębatych typu "NIVEX". Sposób ich zazębienia i kąt pochylenia zębów w tym kole będzie wartością decydującą w wymienionych już parametrach. Na tym właśnie opierać się będą różnice pomiędzy modelami mechanizmu. Zauważyć można na rysunku również, w jaki sposób następuje rozkład sił w tym mechanizmie.

Wyszczególnione są tam również :
- Opory tarcia;
- Siła napędowa;
- Moment obrotowy działający na mechanizm.

Zamierzeniem konstrukcyjnym jest by mechanizm jak najlepiej wykorzystywał napęd na wszystkie koła. Dlatego też rozdziela on moment obrotowy w trakcie normalnej jazdy w stosunku 50/50. Taki podział pozwala w pełni wykorzystać napęd na cztery koła. W razie poślizgu mechanizm może przekazać nawet 75 % momentu na oś, na której ten poślizg nie występuje. Cały proces odbywa się bez ingerencji kierowcy i odbywa się bardzo szybko. Budowa mechanizmu jest dość skomplikowana. Wewnątrz znajduje się ok. 20 kół zębatych. Podział momentu zamieszczony jest na rysunku. Przedstawione schematy obrazują również rodzaje mechanizmów jak i istotę działania międzyosiowego mechanizmu różnicowego.

11. Sprzęgło wiskotyczne.

Sprzęgło wiskotyczne to element oparty na szwedzkim patencie wykorzystującym zmiany zachodzące w oleju silikonowym. Wykorzystywane jest w wielu dziedzinach techniki, ale głównie w motoryzacji. Z zewnątrz ma kształt walca a obudowa dla zmniejszenia masy wykonana jest z aluminium. Wypełniony jest on bardzo gęstym olejem silikonowym, który nie podlega wymianom eksploatacyjnym. Obudowa jest hermetycznie zamknięta i uszczelniona pierścieniami gumowymi typu siemera. Zamknięta jest w sposób, jaki znamy w siłownikach hydraulicznych. Istotą zamknięcia jest pierścień metalowy silnie sprężynujący. Do otwarcia sprzęgła potrzebny jest specjalny klucz, którym to należy przekręcać pokrywą aż do momentu, gdy początek pierścienia znajdzie się w wcięciu w obudowie. Wtedy też nastąpi wyskoczenie i należy przekręcać aż do momentu całkowitego wyciągnięcia pierścienia. Wewnątrz znajduje się pakiet płytek stalowych. Są to płytki nacięte promieniowo i z otworami. Płytki nacięte promieniowo połączone są z wielowypustem wewnętrznym wałka. Płytki z otworami zaś współpracują z rowkami wykonanymi w obudowie. Mają one przekrój stożka by w miarę jak następuje zaciskanie się sprzęgła zmniejszać luz między płytkami. Wałek przechodzący przez sprzęgło jest jednocześnie wałkiem atakującym mechanizmu przekładni głównej a z drugiej strony połączony z wałem napędowym. Istotą jest również to, że z wałem napędowym połączona jest obudowa, która jest zawsze napędzana jak pojazd znajduje się w ruchu. Wiadomym jest też, że płytki, które są z nią zazębione także są napędzane. Płytki umieszczone są w obudowie tak, że po płytce z otworami następuje płytka z nacięciami. Odstępy między nimi nie są określone, więc mogą one się między sobą przesuwać. Połączenie się występuje tylko w momencie poślizgu kół tzn. Wtedy, gdy następuje zaciśniecie mechanizmu i połączenie płytek. Działanie blokujące a więc stopień przekazywania momentu obrotowego można regulować dzięki stopniowi wypełnienia olejem. Będzie to zakres regulacji sprzęgła w zakresie działania i ustawienia charakterystyki pracy. Dokonuje tego jednak producent analizując takie dane jak:
- Masa pojazdu;
- Przeznaczenie pojazdu;
- Rozmiar opon;
- Preferencje producenta, co do działania mechanizmu;
- Czas działania;
- Prędkość działania.

Wykonuje się to jednak na bazie rozmaitych testów i badań w określonych warunkach. Pozoruje się, bowiem sytuacje ekstremalne i sprawdza się działanie mechanizmu oraz kontroluje się jego parametry.

ZASADA DZIAŁANIA

Jeśli wystąpi poślizg pomiędzy osiami to zwiększa się prędkość obrotowa wału napędowego. Wówczas prędkość ta zostaje wychwycona przez pakiet płytek obracających się wraz z obudową. Poślizg ten powoduje obracanie się płytek względem siebie i wzrost ciśnienia i temperatury oleju. Własności tego oleju reagują bardzo szybko na zmianę temperatury i ciśnienia. Olej przenosi siły statyczne. Rosną one wraz ze wzrostem poślizgu i zapewniają w ten sposób zwiększenie momentu przekazywanego do kół tylnych(osi nie napędzanej). Moc tracona w sprzęgle powoduje jego znaczne rozgrzanie i wzrost objętości. Istotnym wiec jest jego objętość. Jak nastąpi już wzrost ciśnienia i zwiększenie przenoszonego momentu dochodzi do zaciśnięcia się mechanizmu (płytek), a w efekcie dostarczenie momentu do kół osi nie napędzanej. Ważnym elementem jest również tłok, który znajduje się wewnątrz wałka i jest również śrubą mocującą, co wałka atakującego przekładni głównej. Gdy nastąpi poślizg występuje również wydłużenie się wału napędowego i wciśnięciu się tłoka. To powoduje wzrost ciśnienia a wzrost temperatury odpowiada tracona w sprzęgle prędkość obrotowa. Cały mechanizm nie jest stosunkowo skomplikowany i całkowicie bezobsługowy. Niemożliwa jest jego jakakolwiek naprawa i obsługa jak np. Wymiana oleju. Serwis naprawczy może wymienić w razie jego uszkodzenia lub zniszczenia jedynie na nowy mechanizm. Do istotnych zalet należy zaliczyć głównie to, że podczas jazdy nie występuje dostarczenie momentu obrotowego do kół osi nie napędzanej. Prowadzi to do zaoszczędzenia paliwa i korzystania jedynie z napędzania osi przedniej. Wykorzystywany jest głownie w układach zblokowanych. Do istotnych zalet należy zaliczyć również, że jest to element bezobsługowy i mało awaryjny. Jego zaprogramowanie umożliwia również bardzo szybki czas działania, włączenie mechanizmu odbywa się bez szarpnięć bez udziału kierowcy w procesie dołączania osi nie napędzanej.

12. Sprzęgło wiskotyczne typu Haldex.

Sprzęgło wiskotyczne typu haldex jest modyfikacją standardowego sprzęgła wiskotycznego. Produkowane jest przez firmę HALDEX , dlatego określa się je jako HALDEX. Jest to obecnie najnowocześniejsze rozwiązanie napędu na cztery koła za pomocą sprzęgła wiskotycznego. Stosowane jest w pojazdach osobowych. W pełni sterowane elektronicznie. Spełnia ono w pojeździe, w którym jest stosowane wiele funkcji:
- Wzmacnia dynamikę pojazdu;
- Usprawnia kontrolę trakcji;
- Wzmacnia bezpieczeństwo.

Sprzęgło wiskotyczne typu HALDEX musi również być kompatybilne z systemami stosowanymi w pojeździe. Należą do nich:
- ABS;
- ESP;
- EDS;
- TCS.

Wszystkie te systemy muszą ze sobą ściśle współpracować. Ich praca, bowiem zależy od siebie nawzajem. Współpraca układu ze sprzęgłem wiskotycznym polega, bowiem na korzystaniu z tych samych czujników. Jako przykład współpracy podać można zależności pomiędzy układem ABS a napędem na cztery koła. Niemożliwe jest, bowiem napędzanie wszystkich kół w momencie nagłego hamowania. Może to, bowiem doprowadzić w efekcie do zablokowania osi tylnej i niekontrolowanego poślizgu pojazdu. Dlatego też sterowanie mechanizmem napędu na wszystkie koła musi zostać wyłączone w momencie nagłego użycia hamulca. Zapewnia to sterowanie mechanizmu. Sprzęgło wykorzystuje wiele czujników z innych mechanizmów sterujących. A są to:
- Czujnik prędkości kół;
- Czujnik prędkości kątowej kół;
- Czujnik przyspieszenia wzdłużnego;
- Czujnik położenia pedału gazu.

Analizuje on jeszcze wiele innych parametrów. Do głównych zadań sprzęgła wiskotycznego HALDEX i zalet należy wymienić:
I. Wzmocnienie kontroli trakcji:
- napęd przenoszony powyżej 2000 Nm;
- pełne działanie na biegu wstecznym;
- chwilowa aktywacja przy różnych prędkościach;
II. Wzmocnienie dynamiki pojazdu:
- poprawa dynamiki podczas przyspieszania;
- szybka aktywacja i dezaktywacja;
- pełna kontrola przepływu momentu obrotowego.
III. Wzmocnienie bezpieczeństwa pojazdu i pasażerów:
- pełna integracja z układami trakcji;
- dezaktywowany w mniej niż 60 ms.;
- zwiększa bezpieczeństwo w różnych sytuacjach na drodze (śnieg lód, aquaplanning ).

Mechanizm ten posiada również bardzo istotną zaletę. Wykorzystuje on informacje z systemu CAN który jest centralnym mechanizmem sterującym i kontrolującym działanie wszystkich systemów elektronicznych w pojeździe. Potrafi on:
- Przy szybkim ruszaniu z miejsca rozdzielić moment napędowy pomiędzy osie;
- Dezaktywować dostarczenie momentu obrotowego do koła znajdującego się w największym poślizgu;
- Zerować przepływ momentu w trakcie parkowania.

W tym zawiera się również, w jakich sytuacjach może się znaleźć użytkownik pojazdu i jak zachowuje się wtedy sprzęgło wiskotyczne:
- Holowanie;
- Rożny rozmiar ogumienia i felg na osiach;
- Poruszanie się pojazdem bez ogumienia;
- Jazda w terenie.

Sam mechanizm składa się takich zespołów:
- Zespół hydrauliczny;
- Zespół mechaniczny;
- Zespół elektroniczny.

Każdy z tych zespołów działa zależnie i współpracuje z resztą układów. Analizując budowę obwodu elektronicznego należy zwrócić uwagę, że jest on kompatybilny ze sterowaniem pojazdu, gdyż musi z nim współpracować. Sterowanie sprzęgłem powierzono urządzeniu firmy Siemens. Widok ogólny urządzenia zamieszczony jest na rysunku. Jest to urządzenie niewielkie zintegrowane z mechanizmem i obudowa sprzęgła. Parametry elektroniczne:
- 16 bit;
- 4 KB RAM;
- 128 KB ROM.

Sprzęgło oprócz układów elektronicznych posiada również układy mechaniczne. Nie mogło tu zabraknąć również sprzęgła wielopłytkowego, które także zanurzone jest na stałe w oleju. Ogólna zasada działania jest podobna do standardowego sprzęgła wiskotycznego. Rozszerzono go jedynie o niektóre części i rozbudowano o dodatkowe mechanizmy. Występują także dodatkowe i podzielone wytwarzanie ciśnień. Powstają tu takie ciśnienia:
- Ciśnienie wstępne;
- Ciśnienie główne;
- Praca bez ciśnienia.

Do pomocy w wytwarzaniu ciśnienia posłużono się elektryczną pompą oleju. Zastosowano również zawory:
- Ciśnieniowe;
- Ograniczenia ciśnienia;
- Regulacyjne.

Ich zadaniem jest dbanie o prawidłowe ciśnienie w układzie. Zmianie i rozszerzeniu uległy także systemy pracy w układzie hydraulicznym. Wprowadzono nowe rozkłady ciśnień. Na rysunkach zaobserwować można trzy stany pracy układu hydraulicznego. Są to opcje pompowania ciśnienia do sprzęgła:
- Ciśnienie wstępne;
- Gdy zawór regulacyjny jest zamknięty;
- Gdy zawór regulacyjny jest otwarty w 1/3.

Pozwala to zobrazować jak następuje wytworzenie ciśnienia, jak umiejscowione są mechanizmy i w jaki sposób wytworzone ciśnienie przepływa przez mechanizm. Do tłoczenia zastosowano dwa rodzaje tłoków:
- Robocze;
- Pompujące.

Do układu wprowadzono również dodatkowy wałek i rolki dociskowe by ustabilizować pracę mechanizmu. Układ mechaniczny składa się dodatkowo z:
- Zespół tarczek;
- Wałek wejściowy z rolkami i tarczą prowadzącą.

Szczegółowy opis dołączony został do rysunków w których wyszczególniono poszczególne elementy składające się na konkretny układ lub tryb pracy. Elementem, który pozostał zmodyfikowany, ale znajduje się także w zwykłym sprzęgle wiskotycznym to zespół tarczek, na który składa się:
- 6 tarczek wewnętrznych;
- 7 tarczek zewnętrznych;
- Płyta dociskowa przednia i tylna zintegrowana z tarczkami wewnętrznymi.

Cały zespół jest również zanurzony w kąpieli olejowej. Zasada działania poszczególnych mechanizmów jak ich budowy pokazana jest na ilustracjach. Zaprezentowano tam również przekrój przez układy sterowania, hydrauliczny i mechaniczny by lepiej uzmysłowić ich działanie. Ogólna zasada działania opiera się tak jak w zwykłym mechanizmie na łączeniu ze sobą płytek stalowych. Innowacją w tym sprzęgle jest to, że płytki te nie łączą siebie, lecz dwa wałki przechodzące przez sprzęgło. Wykorzystuje się tu, bowiem ich prędkości obwodowe. Gdy dwa wałki obracają się z tą prędkością nie występuje pompowanie ciśnienia. Natomiast, gdy prędkości są różne (obroty wałka ) rozpoczyna się proces pompowania ciśnienia wstępnego. Tłok pompując ciśnienie wytwarza po czasie większe. Następuje drugi etap, jakim jest normalne ciśnienie. Pakiet płytek traci znów moment w sprzęgle i następuje zespolenie się sprzęgła. Połączone oba wałki przekazują moc do osi nie napędzanej. Cały proces opisaliśmy w dość dużym uproszczeniu, ale jednocześnie dzieje się bardzo wiele rzeczy jak kontrole poślizgu pompowanie dodatkowe itp. Cały układ natomiast działa bardzo szybko i producent podaje, że może zaprogramować urządzenie na minimalny czas ok. 60 ms. Poślizg zostaje wychwycony już przy 15 stopniach obrotu koła w poślizgu. Producent może oczywiście zmieniać te parametry i konsultuje je, podczas gdy zostaje ono dostosowywane do nowego pojazdu. Musi ono, bowiem być jak wiemy w pełni kompatybilne ze wszystkimi mechanizmami. Ogólny widok sprzęgła widać na rysunkach: Można tam również zauważyć gdzie w pojeździe jest mocowane. Jest umiejscowione tuż przed tylną osią tak jak większość mechanizmów w układzie na cztery koła. HALDEX jest stosowany obecnie przez dwóch producentów na świecie. Są nimi VOLKSWAGEN, VOLVO i SKODA. W wielu testach znanych czasopism motoryzacyjnych auta te są chwalone za układ jezdny. Wspominamy oczywiście pojazdy tych producentów z napędem na cztery koła. Jest to mechanizm stosunkowo trudny w budowie i jak zwykłe sprzęgło jest urządzeniem bezobsługowym. Wszelkie naprawy w razie uszkodzenia lepiej powierzyć serwisowi, ponieważ są to bardzo ważne mechanizmy ze względu na bezpieczeństwo jazdy.

13. Możliwe uszkodzenia i naprawa.

Każdy element w pojeździe może ulec uszkodzeniu. Może on jednak podlegać naprawie lub wymianie. W przypadku opisywanych mechanizmów takich jak TORSEN lub, HALDEX. Uszkodzenie tych elementów wynika z nieprawidłowego sposobu ich eksploatacji. Żywotność tych elementów jest wysoka, więc zależy w dużej mierze od ich eksploatacji. Zbyt ostra jazda może, ale nie musi doprowadzić do ich uszkodzenia. Te mechanizmy, w których znalazły się obwody elektroniczne są bardziej narażone na wszelkiego rodzaju uszkodzenia mechaniczne takie jak:
- Przetarcie przewodów;
- Poluzowanie styków;
- Wysunięcia kostek i miejsc mocowań;
- Przerwanie bezpieczników.

II. Część praktyczna

1. Wstęp.

Wózki są to dźwignice proste służące do transportu ciężarów w płaszczyźnie poziomej lub nieznacznie pochylonej. Ciężar znajdujący się na wózku może spoczywać na nim lub może być zawieszony. Ciężar na naszym wózku może być tylko przewożony na platformie wózka.

Ogólnie wózki dzielimy ze względu na rodzaj drogi na jezdniowe i torowe. W przypadku naszej pracy dyplomowej będzie to wózek jezdniowy. Wózki jezdniowe są przystosowane do przemieszczania się po gładkich nawierzchniach(podobnie jak samochody) wzdłuż dowolnych krzywizn. Cechą charakterystyczną wózków jezdniowych jest ich zwrotność, czyli zdolność do zmiany kierunku jazdy.

Nośność wózka jest odniesiona do jednostki drogi i czasu tzw. wydajność wózka. Na wydajność wózka do przewożenia różnego rodzaju materiałów i elementów będzie wpływać:

• jakość jezdni (drogi) lub innej nawierzchni;

• ciężar przewożonego ładunku;

• stopień wykorzystania ładowności wózka.

Nasz wózek jest wózkiem z napędem ręcznym tzn., że jest on ciągnięty przez osobę, wyróżniającą się siłą potrzebną do pokonania oporów ruchu.

2. Cel pracy.

Celem niniejszej pracy było wykonanie wózka służącego do przewożenia materiałów o strukturze jednolitej i średniej wielkości gabarytach, w obozie harcerskim w Korczakowie.

Wózek ten ma na celu nie tylko zmniejszyć i ułatwić prace, ale również ograniczyć w nieznacznym stopniu wysiłek fizyczny człowieka potrzebny do przetransportowania danego ładunku. Ograniczając wysiłek ludzki zmniejszamy także czas wykonywanej pracy, co jest kolejna zaletą tego wózka.

3. Opis techniczny wózka.

Przystępując do wykonania naszej pracy dyplomowej, czyli wózka, mieliśmy z góry wytyczony plan, ponieważ konstrukcja jego była nam znana. W ten sposób bazowaliśmy się na istniejącej już konstrukcji, dzięki czemu mogliśmy uniknąć błędów, które mogły by się pojawić.

Cały model jest konstrukcją zwartą w której istnieje możliwość opuszczania trzech burt (dwóch bocznych i tylnej).

1. Wózek z zamkniętymi wszystkimi burtami.

2. Widok przedstawiający cała konstrukcję wózka z otwartą boczną burtą.

3. Wózek z otwartymi wszystkimi trzema burtami.

4. Opis budowy wózka.

Budowę wózka możemy podzielić na trzy etapy:

a). wykonanie ramy wózka wraz z tylną osią;

b). wykonanie obrotnicy wraz z dyszlem;

c). wykonanie burt.

a). Budowę ramy rozpoczęliśmy od odmierzenia czterech rur o przekroju kwadratowym 30x30 mm. Dwóch na wymiar 1500 mm i dwóch na wymiar 900 mm o końcach ściętych pod kątem 45⁰. Rurki kwadratowe z materiału St3S (łatwo spawalne) zostały zespawane ze sobą tak aby tworzyły prostokąt o wymiarach 900x1500 mm. Następnie zostały odpowiednio ucięte i przyspawane dwie rurki kwadratowe 30x30 miało to usztywnić ramę i umożliwić zamontowanie części obrotnicy i osi tylnej. Kolejna rzeczą jaką wykonaliśmy było przyspawanie użebrowania z rurki prostokątnej 20x30mm, tak aby można było zamontować blaszaną podłogę platformy. Do ramy został też przyspawany górny krążek obrotnicy i mocowanie tylnej osi za pomocą czterech rurek ∅ 30. Do zamocowania kół wykorzystaliśmy zwrotnice z Fiata 126p, po odpowiednim przycięciu i wytoczeniu na wymiar taki aby mogła się zmieścić w rurce o średnicy ∅30. Po odpowiednim wytoczeniu zwrotnice zostały przyspawane do rurki ∅ 30 i powstała dzięki temu oś tylna została przyspawana do mocowania ramy. Blat wykonany został z pięciu blach aluminiowych o wymiarach 300x900 mm i przymocowany za pomocą nitów. Pomiędzy blachy a ramę został wprowadzony przeźroczysty sylikon, miało to za zadanie zmniejszenie hałaśliwości blatu.

4. Końcówkę osi która zrobiona jest ze zwrotnicy Fiata 126p.

5. Podwozie wózka.

b). Budowę obrotnicy rozpoczęliśmy od wytoczenia koła z tekstolitu które miało na celu zmniejszyć tarcie i rozprowadzać smar. Umożliwiają to otworki, które są wywiercone w tymże kole. Oś przednia powstała w ten sam sposób jak oś tylna, tyle że nie została przyspawana do ramy. Jest ona połączona z ramą poprzez sworzeń łączący ze sobą dwa metalowe koła, pomiędzy którymi znajduje się przestrzeń smarownicza z tekstolitowym kołem. Do części obrotnicy, która jest schowana pod platformą, dołączony jest dyszel dzięki któremu możliwe jest sterowanie ręczne wózkiem. Dyszel został dołączony za pomocą sworznia obustronnie nagwintowanego, który przechodzi przez otwory wywiercone w rurkach kwadratowych części obrotnicy i dyszla. Nakrętki sworznia zabezpieczone są zawleczkami. Do zamocowania kół wykorzystaliśmy zwrotnice z Fiata 126p, po wytoczeniu.

6. Krążek z tekstolitu zmniejszający tarcie miedzy dwoma krążkami metalowymi w obrotnicy.

7. Konstrukcja obrotnicy i dyszla.

c).Budowę burt rozpoczęliśmy od wycięcia czterech rurek ∅15 o długości 1500 mm, czterech o długości 900 mm, oraz ośmiu o długości 400 mm. Zostały one połączone ze sobą za pomocą spawów. W środki tych ram została w spawana siatka metalowa. Burta przednia zamocowana jest na stałe, a resztę burt można opuścić. Burta tylna i boczne są założone na zawiasach. Z góry burty mają otwory w rurkach. W te otwory wkłada się zaczepy, które umożliwiają otwierania lub zamykania burt.

7. Zaczep zabezpieczający burty przed otwarciem.

5. Dane techniczne wózka.

Masa wózka	- 70 kg
Długość wózka	- 3000 mm
Szerokość wózka	- 900 mm
Całkowita wysokość wózka	- 1100mm
Wysokość wózka od ziemi do platformy	- 570 mm
Długość platformy	- 1500 mm
Wysokość platformy	- 400 mm
Dopuszczalne ciśnienie w ogumieniu	- 0,2 Mpa

6. Konserwacja i przechowywanie.

W celu zapewnienia prawidłowej pracy wózka należy:

• przeprowadzić okresowe smarowanie łożysk;

• przechowywać wózek w suchym miejscu,

• utrzymywać ogólną czystość wózka,

• utrzymywać odpowiednie ciśnienie powietrza w oponach.

III. Literatura

1. „Dźwignice i urządzenia transportowe”

2. „Auto świat”

3. „Moto magazyn”

4. „Auto-technika motoryzacyjna”

5. „Internet”

• www.haldex.com

• www.torsen.com

• www.rallycars.com

6. „Pojazdy samochodowe - podstawy konstrukcji”

7. „Auto expert”

55

---