Piotr Cabaj Gr.3.3 Warszawa

28.04.2009r.

Referat

„Układy napędowe”

UKŁAD NAPĘDOWY, mechanizm napędowy, w znaczeniu ogólnym mechanizm użyty do napędzania, zwł. urządzenie przenoszące energię mech. od silnika do kół jezdnych pojazdu (drogowego, szynowego) w sposób kontrolowany przez kierowcę i zapewniający optymalne wykorzystanie tej energii w różnych warunkach ruchu. Rozróżnia się układy napędowe mechaniczne (najczęściej stosowane w samochodach, motocyklach) , hydrostat. i elektryczne. Typowy układ napędowy samochodu składa się ze sprzęgła , skrzyni biegów, wału napędowego i mostu napędowego.

Sprzęgło

(encyklopedycznie) Techn. zespół części maszyny służący do łączenia wałów i przenoszenia momentu obrotowego bez zmiany jego wartości i bez zmiany kierunku; w sprzęgle rozróżnia się człon czynny (napędzający) osadzony na wale czynnym, człon bierny (napędzany) osadzony na wale biernym oraz łącznik obu członów; jeżeli łącznikiem jest ciało stałe, sprzęgło zw. jest mech., jeżeli ciecz hydrodynamicznym, jeżeli siły pola elektromagnetycznym. Sprzęgło mające człony stale ze sobą połączone nazywa się sprzęgłem stałym, a o członach łączonych i rozłączanych sprzęgłem rozłącznym; wśród sprzęgieł stałych rozróżnia się m.in.: sztywne (nie pozwalające na wzajemne ruchy łączonych wałów; tulejowe, łubkowe, tarczowe), podatne, czyli sprężyste (zawierają elementy sprężyste umożliwiające względny obrót wału biernego w stosunku do czynnego, zależny od przenoszonego momentu). Sprzęgła włączalne służą tylko do łączenia i rozłączania członów, są stosowane np. w pojazdach samochodowych. Sprzęgła przeciążeniowe włączają się samoczynnie przy przeciążeniu.

Sprzęgło

Jest to urządzenie pozwalające ma okresowe odłączanie wału korbowego silnika od, układu napędowego samochodu, umożliwia włączanie lub zmianę przekładni "w skrzynce biegów". Oprócz tego zadanie sprzęgła polega na wyrównywaniu prędkości obrotowych wału korbowego i wału sprzęgłowego skrzynki biegów w okresie łączenia ich ze sobą. Ze względu na konstrukcję i zasadę działania rozróżnia się sprzęgła: cierne i hydrokinetyczne. Sprzęgło cierne przenosi napęd dzięki oporom tarcia jakie przeciwstawiają się przesuwaniu po sobie dokładnie dopasowanych powierzchni pierścieniowych, na dociskanych do siebie częściach, z których jedne osadzone są na wale sprzęgłowym skrzynki biegów, a pozostałe na wale korbowym silnika. Wyłączanie sprzęgła polega na rozsunięciu tych elementów, wskutek czego przestają one przylegać do siebie. Przy włączaniu sprzęgła w miarę wzrostu nacisków na współpracujących ze sobą powierzchniach, następuje wyrównywanie się obrotowej wału korbowego i sprzęgłowego, po czym oba wały wirują z jednakową prędkością obrotową.

Sprzęgło suche

Elementy cierne pracujące na sucho. Przedostanie się niewielkich choćby ilości oleju lub smaru na przylegające do siebie powierzchnie może spowodować poślizg sprzęgła.

Sprzęgło mokre

Elementy cierne pracujące w kąpieli olejowej. Wobec wielokrotnie mniejszych oporów tarcia: dociskane do siebie powierzchnie elementów "przenoszących napęd muszą być znacznie większe niż w sprzęgle suchym. Sprzęgła mokre wykonywane są z zasady jako wielotarczowe.

Sprzęgło automatyczne

W sprzęgle występuje dodatkowy mechanizm samoczynnie włączający je, w przypadku gdy prędkość obrotowa wału korbowego przekracza określoną wielkość. W razie spadku prędkości obrotowej wału korbowego poniżej tej wielkości sprzęgło automatyczne samoczynnie się wyłącza rolę mechanizmu automatycznie włączającego i wyłączającego sprzęgło może spełniać odpowiedni mechanizm odśrodkowy lub urządzenie hydrauliczne, podciśnieniowe czy też elektromagnetyczne. Zastosowanie sprzęgła automatycznego ułatwia prowadzenie pojazdu, gdyż kierowca włącza je przez naciśnięcie na pedał przyspieszenie oraz wyłącza przez zwolnienie pedału przyspieszenia.

Sprzęgło hydrokinetyczne (hydrauliczne)

Przenosi napęd dzięki bezwładności cieczy zmuszanej do krążenia pomiędzy łopatkami ustawionych na przeciw siebie wirników pompy i turbiny. Wirnik pompy zaklinowany jest na wale korbowym silnika a wirnik turbiny na wale sprzęgłowym skrzynki biegów. Łopatki obu wirników są tak ukształtowane, że tworzą zakrzywione kanały, które w ilości kilkudziesięciu rozmieszczone są na obwodzie wirników. Gdy wał korbowy obraca się, ciecz wypełniająca kanały wirnika pompy pod działaniem sił odśrodkowych usiłuje, oddalić się od osi, obrotu wirnika. Wydobywająca się z kanałów wirnika pompy ciecz natrafia na łopatki wirnika turbiny, które zmuszają ją do powrotu do kanałów wirnika pompy. Zmieniając kierunek ruchu przy wypływie z kanałów wirnika pompy ciecz wywiera silny nacisk na łopatki wirnika turbiny, zmuszając go do obracania się w ślad za wirnikiem pompy. Gdy prędkość obrotowa wału karbowego jest mała (np. podczas jałowego biegu silnika), wówczas napór cieczy odrzucanej przez wirnik pompy na wirnik turbiny nie wystarcza do spowodowania obrotu wału sprzęgłowego, a sprzęgło hydrokinetyczne nie przenosi napędu. Natomiast przy podwyższaniu się prędkości obrotowej wału korbowego napór cieczy na łopatki wirnika turbiny coraz gwałtowniej wzrasta, powoduje to coraz szybsze obracanie się wału sprzęgłowego. Przy znamionowej szybkobieżności silnika różnica prędkości obrotowych wirnika pompy i wirnika, turbiny (tzw. poślizg wirnika turbiny względem wirnika pompy) zmniejsza się do 2-3 %, a więc praktycznie nie odgrywa roli. Warto zapamiętać, że sprzęgło hydrokinetyczne nie zmienia w ogóle przenoszonego momentu obrotowego (bez względu na chwilową prędkość obrotową wału korbowego oraz wielkość poślizgu wirnika turbiny względem wirnika pompy, moment obrotowy na wale korbowym jest zawsze równy momentowi obrotowemu na wale sprzęgłowym). Szczególną zaletą sprzęgła hydrokinetycznego jest zupełne tłumienie wszelkich drgań i wstrząsów w układzie napędowym oraz bardzo elastyczne sprzęganie wału korbowego z wałem sprzęgłowym.

Skrzynia biegów

(encyklopedycznie) Skrzynka biegów, skrzynia (skrzynka) prędkości, przekładnia zmianowa o zwartej budowie, zamknięta w szczelnym kadłubie; wchodzi w skład mechanizmu napędowego maszyny, pojazdu mech. itp.; w pojeździe zmiana przełożenia skrzyni biegów, czyli zmiana biegu pojazdu, umożliwia dostosowanie prędkości obrotowej wału korbowego do prędkości jazdy i uzyskanie dostatecznie dużego momentu obrotowego (napędowego) na kołach. W automatycznych (samoczynnych) skrzyniach biegów zmiana biegów następuje automatycznie, kierowca nastawia tylko dźwigienką lub klawiszem zakres pracy przekładni (np. jazda powolna, jazda w tył), a dobór najkorzystniejszego przełożenia odbywa się samoczynnie, w zależności od oporów jazdy, prędkości i położenia pedału gazu; skomplikowany układ automatyczny działa na układ siłowników (hydraulicznych lub elektromagnetycznych) przełączających poszczególne przekładnie. Skrzynię biegów wynalazł 1821 bryt. konstruktor R.J. Griffith.

Przekładnia zębata

Jest to mechanizm służący do zwiększania lub zmniejszania momentu obrotowego, z jednoczesną odwrotnie proporcjonalną zmianą prędkości obrotowej wału napędzanego w stosunku do prędkości obrotowej wału napędzającego. Prostą przekładnię zębatą twarzy para zazębionych ze sobą kół zębatych, ustalonych w określonej odległości od siebie w sposób umożliwiający im jedynie swobodne przekręcanie się wokół osi obrotu. Na wieńcu każdego z kół znajduje się odpowiednio dobrana ilość specjalnie ukształtowanych zębów, które podczas obracania się kół wchodzą w przestrzenie pomiędzy zębami drugiego koła. Tym samym obracające się koło napędzające zmusza zawsze koło napędzane do jednoczesnego przekręcania się w przeciwnym kierunku. Odstępy pomiędzy zębami na wieńcach współpracujących ze sobą kół są jednakowe, wskutek czego stosunek ilości zębów obu kół jest zawsze równy stosunkowi ich średnic podziałowych, a więc i stosunkowi w jakim przekładnia zmienia przenoszony moment obrotowy. Wyjaśnia to następujący przykład: jeśli np. średnica koła napędzającego jest trzy razy mniejsza niż średnica koła napędzanego, to wynikająca z momentu na wale napędowym siła zostaje przejęta przez wieniec koła napędzanego, lecz teraz działa na trzy razy większym promieniu, wskutek czego na wale napędzanym uzyskuje się trzy razy. większy moment obrotowy niż na wale napędzającym. Przekładnia zębata zwiększając lub zmniejszając moment obrotowy zmienia jednocześnie w odwrotnym stosunku prędkość obrotową wału napędzanego (w podanym przykładzie trzykrotne zwiększenie przenoszonego momentu obrotowego uzyskuje się kosztem trzykrotnego obniżenia się prędkości obrotowej wału napędzanego w stosunku do prędkości obrotowej wału napędzającego). W zespołach samochodów stosuje się najczęściej przekładnie zwalniające, służące do zwiększania momentu obrotowego, czyli przekładnie o przełożeniu większym od 1,0.

Skrzynka biegów

Jest to zespół składający się z kilku ( czterech lub pięciu i więcej ) przekładni zębatych o różnych przełożeniach, z których każda zmienia w ściśle określonym stosunku moment obrotowy uzyskiwany na wale napędowym w stosunku do momentu obrotowego na wale korbowym silnika.
Przekładnia bezpośrednia (bieg bezpośredni).W znacznej większości samochodowych skrzynek biegów istnieje możliwość łączenia wału sprzęgłowego wprost z wałem głównym, związanym z wałem napędowym. Jest to tzw. przekładnia bezpośrednia lub bieg bezpośredni, po włączeniu którego skrzynka biegów przekazuje moment obrotowy silnika wprost na wał napędowy, a prędkości obrotowe wału korbowego i wału napędowego są jednakowe lub inaczej, po włączeniu biegu bezpośredniego skrzynka biegów pracuje jak zwykłe sprzęgło łączące wał korbowy z wałem napędowym..
Nadbieg (przekładnia przyspieszająca) służy do zwiększania prędkości obrotowej wału napędowego w odniesieniu do prędkości obrotowej wału korbowego, kosztem zmniejszenia w tym samym stosunku przenoszonego momentu obrotowego. W nadbieg wyposaża się samochody użytkowane w sprzyjających warunkach drogowych, przy niewielkich oporach ruchu (np. na autostradach). Posługiwanie się nadbiegiem pozwala na zwiększanie prędkości jazdy bez podwyższania prędkości obrotowej wału korbowego, co przy przebywaniu płaskich odcinków drogi zapewnia znaczne oszczędności w zużyciu paliwa. Mechanizm nadbiegu stanowi albo dodatkową przekładnię zębatą (zwykle planetarną), wbudowaną za skrzynką biegów z przełożeniem bezpośrednim, albo jedną z przekładni w skrzynce biegów (np. zamiast biegu bezpośredniego).

Synchronizator

Jest to urządzenie służące do wyrównywania prędkości obwodowych pary sprzęganych kół zębatych, bezpośrednio przed ich zazębieniem. Zasada działania synchronizatora polega zazwyczaj na wstępnym sprzęganiu zazębianych kół zębatych za pomocą elementów ciernych, które ślizgając się po sobie doprowadzają do wyrównania prędkości obwodowych kół, po czym dopiero zęby jednego koła wsuwają się pomiędzy zęby drugiego koła. Synchronizacja biegów w skrzynkach przekładniowych ułatwia przełączenie biegu i zapobiega jednocześnie występowaniu zgrzytów oraz uszkodzeniom kół zębatych przy nieumiejętnym włączaniu biegu.

Przekładnia planetarna

Jest to zespół stale zazębionych ze sobą kół zębatych, składających się z koła słonecznego o uzębieniu zewnętrznym, dwóch lub więcej satelitów ułożyskowanych na czopach osadzonych we wspólnym koszyku oraz koła pierścieniowego (zewnętrznego), zazwyczaj o uzębieniu wewnętrznym. Satelity są jednocześnie zazębione stale z kołem słonecznym oraz z kołem pierścieniowym. Jeśli koszyk satelitów wiruje, a, koło słoneczne trwa w bezruchu (np. wskutek zablokowania hamulcem), wówczas satelity toczą się po. wieńcu koła słonecznego, zmuszając koło pierścieniowe do przekręcania się. W przypadku unieruchomienia koła pierścieniowego, satelity obracając się na czopach wirującego koszyka i tocząc się jednocześnie po wieńcu koła pierścieniowego, zmuszać będą koło słoneczne do przekręcania się. Podobnie wskutek zablokowania koszyka satelitów, wirujące koło słoneczne zmusza koło pierścieniowe do wirowania z określoną prędkością obrotową lub odwrotnie.
Dzięki przekładni planetarnej uzyskać można następujące przełożenia:
a) zablokowane koło słoneczne
b) zablokowane koło pierścieniowe
c) zablokowany koszyk satelitów

Przekładnia hydrokinetyczna

Jest to urządzenie służące do bezstopniowego zwiększania przenoszonego momentu obrotowego. Najprostszą przekładnię hydrokinetyczną uzyskuje się przez wprowadzenie do sprzęgło hydrokinetycznego trzeciego nieruchomego "wirnika" związanego z obudową, zwanego kierownicą. Zmiana momentu obrotowego w przekładni hydrokinetycznej jest następstwem wywoływania przez napór cieczy na łopatki kierownicy momentu reakcyjnego, który przejmuje obudowa przekładni. Przekładnia hydrokinetyczna może przekazywać moment obrotowy tylko w jednym kierunku, odpowiednio do kształtu łopatek wirników i kierownicy. Samochodowe skrzynki przekładniowe zaopatruje się w przekładnie hydrokinetyczne, których kierownice osadzone są na piastach związanych z wałem napędzanym za pomocą. sprzęgieł jednokierunkowych (tzw. mechanizmów "wolnego koła"). Gdy wał napędowy zwalnia swą prędkość obrotową wskutek wzrostu obciążenia zewnętrznego (np. gdy pojazd pokonuje wzniesienie), kierownica takiej przekładni hydrokinetycznej jest nieruchoma i opiera się poprzez sprzęgło jednokierunkowe o obudowę, dzięki czemu przekładnia zwiększa przenoszony moment obrotowy. Natomiast skoro tylko czynny moment obrotowy na wale korbowym silnika wzrośnie lub obciążenie zewnętrzne zmniejszy się tak, że powstanie niewielki choćby nadmiar czynnego momentu powodujący przyspieszenie prędkości obrotowej wału napędowego kierownica odłącza się od obudowy i zaczyna wirować z coraz większą szybkością, zgodnie z kierunkiem obrotu wirnika turbiny. Kierownica usiłuje przy tym wyprzedzić wirnik turbiny, lecz prawie natychmiast zostaje zatrzymana przez drugie sprzęgło jednokierunkowe. Od tej chwili kierownica wiruje wraz z wirnikiem turbiny z jednakową prędkością obrotową, tworząc z nim jakby jedną całość, a przekładnia hydrokinetyczna pracuje według zasady. sprzęgła hydrokinetycznego nie zmieniając w ogóle przenoszonego momentu obrotowego. W przypadku powstania niedoboru czynnego momentu obrotowego kierownica znów się zatrzymuje i opiera o obudowę. wskutek czego wzrasta przekazywany moment obrotowy. Omawiane przedbiegi nieustannie powtarzają się podczas ruchu samochodu, dzięki czemu skrzynka biegów wyposażona w przekładnię hydrokinetyczną samoczynnie utrzymuje stan równowagi pomiędzy czynnym momentem obrotowym na wale korbowym silnika a obciążeniem zewnętrznym na wale napędowym, zmieniającym się odpowiednio do chwilowych oporów jazdy, co zapewnia płynne przyśpieszanie i opóźnianie ruchu samochodu.

Automatyczna skrzynka przekładniowa

Jest to samoczynna skrzynka biegów, składająca się zazwyczaj z przekładni hydrokinetycznej i dwóch. lub trzech przekładni planetarnych. Zmiana biegów (włączenie poszczególnych przekładni) odbywa się bez udziału kierowcy, którego zadanie ogranicza się jedynie do wyboru zakresu pracy przekładni przez prze-sunięcie dźwigni sterującej do określonego położenia lub naciśnięcie odpowiedniego przycisku Charakterystyczne położenia sterowania oznacza się według norm SAE, obowiązujących w USA. Typowa automatyczna skrzynka przekładniowa ma następujące zakresy pracy:
P (parking)- unieruchomienie pojazdu na postoju (przekładnia spełnia rolę hamulca ręcznego);
N (neutral) - przekładnia nie przenosi napędu co umożliwia pracę silnika podczas postoju samochodu;
D (drive) - przekładnia przenosi napęd (zwykłe . warunki ruchu pojazdu, np. jazda po autostradzie);
L (low) - przekładnia przenosi napęd przy zwiększonym całkowitym przełożeniu (trudne warunki ruchu samochodu, np. jazda w mieście lub w terenie)
R (reverse) - przekładnia przenosi (napęd, a wał napędowy obraca się w odwrotnym kierunku (tylny bieg).

Most napędowy

(encyklopedycznie) Zespół elementów nośnych i mechanizmów napędowych samochodu; spełnia funkcję osi przejmującej przypadającą na niego część ciężaru samochodu i jednocześnie doprowadza napęd od wału napędowego na koła jezdne; most napędowy składa się najczęściej ze sztywnej obudowy, przekładni gł., mechanizmu różnicowego oraz półosi napędowych połączonych z piastami kół napędowych; zależnie od sposobu zawieszenia kół napędowych buduje się mosty napędowe sztywne (zawieszenie kół zależne) lub łamane, przegubowe (zawieszenie kół niezależne).

Przekładnia główna

Jest to przekładnia zębata wbudowana w moście napędowym, która w stałym stosunku zwiększa moment obrotowy przekazywany na półosie kół napędowych i jednocześnie w tym samym stosunku zmniejsza prędkość obrotową kół napędowych w odniesieniu do prędkości obrotowej wału napędowego. Przełożenie przekładni głównej decyduje o szybkości maksymalnej, jaką może w ogóle rozwijać samochód w sprzyjających warunkach ruchu.

Przekładnia główna stożkowa prosta

Stosowane wówczas, gdy przekładnię główną stanowi para stożkowych kół zębatych, których osie obrotu przecinają się ze sobą. Koła mogą mieć zęby proste lub śrubowe.

Przekładnia główna stożkowa hipoidalna

Stosowane wówczas, gdy przekładnię główną stanowi para stożkowych kół zębatych, których osie obrotu nie przecinają się ze sobą. Zastosowanie przekładni hipoidalnej pozwala na zbliżenie podłogi nadwozia samochodowego do nawierzchni drogi, a zatem na obniżenie punktu ciężkości pojazdu.