Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było poznanie budowy, zasady działania oraz podstawowych sposobów diagnostyki oraz regulacji mostu napędowego

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 spełnia dwie podstawowe funkcję:

1. Zmienia o 90 kierunek przeniesienia napędu na koła jezdne
2.Redukuje prędkość obrotową wału napędowego na odpowiednią dla kół napędowych. Przełożenie zależy m.in. od maksymalnej prędkości obrotowej silnika i od maksymalnej prędkości jazdy i promienia dynamicznego kół napędowych.

Przebieg ćwiczenia:

Podział przekładni:

Rodzaje przekładni głównych:

1.Stożkowa

 Osie obydwu kół zębatych , napędzającego koła stożkowego, zwanego zębnikiem, albo wałkiem atakującym oraz napędzanego koła talerzowego leża w jednej płaszczyźnie

2.Hipoidalna

przekładnia hipoidalna: (1) koło talerzowe, (2) zębnik
Przekładnie z zębami: a – prostymi, b – śrubowymi, c – łukowymi, d – hypoidalnymi; zęby: I – skośne, II – spiralne, III – ewolwentowe, IV – łukowe, V – daszkowe

Oś zębnika jest przesunięta w dół w stosunku do osi koła talerzowego. Pozwala to na zwiększenie średnicy zębnika,a zmniejszenie średnicy koła talerzowego, co pozwala na przenoszenie większych sił niż w przekłądni stożkowej. Poślizg wzdłużny zębów pozwala na cichszą pracę. Ze względu na tarcie poślizgowe należy jednak stosować do takich przekładni specjalny olej hipoidalny, który tworzy warstwę ochronną zapobiegającą bezpośredniemu stykowi metalu z metalem.

Zastosowanie przekładni hypoidalnej pozwala na zbliżenie podłogi nadwozia samochodowego do nawierzchni drogi, a zatem na obniżenie punktu ciężkości pojazdu

Omówienie działania przekładni głównej oraz mechanizmu różnicowego:

Przekładnia główna i mechanizm różnicowy

Podczas pokonywania zakrętów, koło wewnętrzne przebywa krótszą drogę niż koło zewnętrzne. Wiąże się to z różną prędkością obrotową obu kół. Z pomocą przychodzi mechanizm różnicowy, zwany dyferencjałem

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.

 

Od mechanizmu różnicowego do kół napęd jest przekazywany przez półosie napędowe które mogą być następujących rodzajów:

1. Obciążone (samochody osobowe)

2. Półobciążone

3. Nieobciążone (samochody ciężarowe i autobusy)

Budowa mechanizmu różnicowego

Działanie

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.

Koło talerzowe (1) przekładni głównej jest na stałe przymocowane do obudowy. Napędza je koło zębate przenoszące moment obrotowy pochodzący pośrednio od silnika. Koło talerzowe tak naprawdę nie bierze udziału w rozdziale momentu pomiędzy kołami. Wewnątrz obudowy znajdują się dwa inne rodzaje kół zębatych. Koła koronowe (3) są połączone za pomocą wielowypustu z półosiami (4), tak więc jeśli obraca się którekolwiek z nich (lewe lub prawe), to będzie obracać się także i półoś przymocowana do tego koła zębatego.

Pozostałe stożkowe koła zębate nazywane są satelitami (5). Są one połączone z kołami koronowymi i obracają się wokół czopów krzyżaka (6), na których są zamocowane. Krzyżak obraca się razem z obudową (2). Jeśli więc koła samochodu obracają się z taką samą prędkością, działanie mechanizmu różnicowego nie jest potrzebne, to koła koronowe obracają się z taką samą prędkością względem siebie, a satelity poruszają się razem z nimi, ale nie obracają się wokół osi czopów krzyżaka.

Jedyny sposób, w jaki można wprawić w ruch koła koronowe, opiera się właśnie na satelitach.Koła koronowe nie są bezpośrednio połączone z niczym innym. Oba koła koronowe obracają się z taką samą prędkością, w wyniku nazwijmy to „pchania” ich przez satelity (te nie obracają się wokół własnej osi), które otrzymują ruch od krzyżaka, ten od obudowy, a ta od koła talerzowego.

Jeśli wystąpi różnica prędkości obrotowych pomiędzy kołami samochodu, zaczyna się praca satelitów. Oprócz tego, że nadal poruszają się razem z kołami koronowymi (ten ruch jest naturalnym następstwem faktu, że napędzane jest koło talerzowe, które obraca się wraz z obudową dyferencjału, a wraz z nią obraca się krzyżak z satelitami), to różnica w ilości obrotów pomiędzy prawym, a lewym kołem koronowym wymusza obrót satelitów wokół ich własnej osi – wokół ramion krzyżaka. 

Jak łatwo zauważyć, można dopuścić do sytuacji, gdy jedno z kół będzie obracało się podwojoną prędkością wału napędowego, zaś drugie będzie zatrzymane. W dodatku do takiej sytuacji można łatwo doprowadzić w momencie, gdy jedno z kół będzie miało mniejszą przyczepność, bądź nie będzie dotykać nawierzchni, co znacznie zmniejsza mobilność pojazdów z dyferencjałami w trudnym terenie, bądź na śliskiej nawierzchni. Aby temu zapobiec powszechnie stosuje się mechanizmy różnicowe o zwiększonym oporze, które przenoszą większą część momentu obrotowego na koło o większym oporze toczenia (tzw. LSD, (ang.) limited slip differential)^[1].

W układzie LSD mechanizm różnicowy uzupełniony jest o parę sprzęgieł między oboma bocznymi kołami zębatymi, a klatką dyferencjału. Dzięki temu w momencie, gdy jedno z kół zrywa przyczepność, jedno ze sprzęgieł zaczyna przeciwdziałać temu swoją siłą tarcia (sprzęgła te działają bez poślizgu tylko wówczas, gdy oba koła poruszają się z tą samą szybkością). Drugie koło nadal otrzymuje moc w tym momencie (tylko część mocy równoważną mocy traconej na pokonanie sił tarcia sprzęgła).

Pojazdy terenowe są zazwyczaj wyposażane w blokady mechanizmów różnicowych, które powodują, że po ich zablokowaniu pojazd zachowuje się jakby miał sztywną oś. Trzeba jednak pamiętać o tym, że blokady służą tylko jako ostatnia deska ratunku i dłuższa jazda z zablokowanymi dyferencjałami w szczególności po twardym podłożu może prowadzić do ich uszkodzenia.

Obecnie coraz częściej zamiast blokować mechanizm różnicowy przyhamowuje się koło na którym moment obrotowy jest tracony. Odpowiedzialny za to jest system ASR.

Główne typy mechanizmów różnicowych, stosowanych obecnie w motoryzacji:

• z kołami zębatymi stożkowymi,

• z przekładnią planetarną,

• ślimakowe, TorSen (nazywane również, chociaż błędnie, mechanizmem Torsena).

• ślimakowo-kulowe DAK

Naprawa i obsługa

Wszystkie rodzaje przekładni głównych odznaczają się (łącznie z olejem użytym do ich smarowania) trwałością wystarczającą na cały okres eksploatacji samochodu. Dlatego zabiegi naprawczo-regulacyjne bywają potrzebne tylko w przypadku ewentualnych uszkodzeń awaryjnych. Naprawa polega na wymianie wszystkich łożysk (zębnika i koła talerzowego) oraz par kół zębatych w fabrycznie dopasowanych i wspólnie oznakowanych kompletach.

Po prawidłowym zamontowaniu tych elementów przekładnia z walcowymi kołami zębatymi nie wymaga już żadnej regulacji, gdyż niezbędny luz międzyzębny wymuszany jest przez samą konstrukcję jej obudowy. O wiele trudniejszy jest właściwy montaż części przekładni kątowych, czyli stożkowych i hipoidalnych. Dlatego powinny się nim zajmować zakłady specjalistyczne, a ogólne serwisy i warsztaty mechaniki pojazdowej jedynie w przypadkach absolutnej konieczności.

Wspomniana trudność wynika z faktu, iż wzdłużne położenie zębnika ustalane jest za pomocą odpowiednio dobieranych podkładek dystansowych, podobnie jak poprzeczne ustawienie koła talerzowego (w tym wypadku zamiast podkładek stosowane bywają niekiedy dystansowe elementy gwintowane). Od wzajemnego zaś ustawienia obu kół przekładni zależy jej prawidłowa praca.

Podkładki ustalające koło talerzowe (P1) i atakujące (P2)

Regulację bez specjalnego wzornika i oprzyrządowania pomiarowego można przeprowadzić dość żmudną metodą doświadczalną. Polega ona na takim wstępnym zmontowaniu przekładni, aby wieńce zębate obu jej kół zazębiły się wzajemnie na całej długości zębów, a stożkowe łożyska mechanizmu różnicowego uzyskały zgodne z instrukcją naprężenie wstępne.

Następnie robocze powierzchnie zębów jednego z kół smaruje się tuszem, a potem zespół zazębionych kół obraca się w tym samym kierunku przez kilka obrotów koła talerzowego i obserwuje ślady tuszu na kole wcześniej nim nie pokrytym.

Niezależnie od rodzaju zazębienia poprzeczne przesunięcia koła talerzowego należy wykonywać, przenosząc podkładki dystansowe z jednej strony na drugą lub przekręcając o ten sam kąt i w tym samym kierunku gwintowane elementy regulacyjne. Tylko w ten sposób można zachować

przeprowadzoną uprzednio regulację wstępnego naprężenia łożysk stożkowych.

Regulacji podlega:

1. osiowe wsunięcie lub wysunięcie wałka atakującego przez dobór grubości podkładki

2. naciąg łożysk przez zaciśnięcie nakrętki

3. dosunięcie lub odsunięcie koła talerzowego do wałka atakującego

4. ustawienie luzu międzyrębnego (luzu mierzonego na zablokowanym wałku i wykonywującym ruch obrotowy kole talerzowym

5. naciąg łożysk mechanizmu różnicowego, którego miarą jest odkształcenie opraw łożysk

Parametry montażowe i regulacyjne

Momenty dokręcenia połączeń gwintowanych

Parametry regulacyjne

Wydłużenie (osiowe) wałka atakującego w obudowie

Grubość pierścienia oporowego tylnego łożyska wałka napędzającego dobiera się wg zależności:

S = a - (b) = a – b

S – grubość pierścienia oporowego

a – wielkość określona za pomocą czujnika

b – fabryczna wielkość podana na wałku napędzajacym

b = 0,024

Pomiar wartości a:

1. 2,68

2. 2,40

Średnia:

2,54

S =2,54 – 0,024 = 2,516mm

Wnioski:

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.

Współczesna technologia pozwoliła na korzystniejsze rozwiązania. Wymaga on również dokładnej regulacji i odpowiedniego smarowania, niewielkie nawet niedokładności montażowe mogą spowodować głośną pracę a nawet uszkodzenie mechanizmu. Do odpowiedniego ustawienia i dobrego montażu należy posłużyć się odpowiednim sprzętem pomiarowym.