LABORATORIUM BUDOWY POJAZDÓW TEMAT: SKRZYNKI BIEGÓW SAMOCHODÓW OSOBOWYCH I CIŻAROWYCH SPIS TREŚCI: 1. Cel ćwiczenia. 2. Zadania skrzynek biegów. 3. Podział ogólny skrzynek biegów 4. Charakterystyka skrzynki biegów samochodu POLONEZ. 4.1 Budowa i zasada działania skrzynki biegów. 4.2Budowa i zasada działania synchronizatora. 5. Charakterystyka skrzynki biegów samochodu JELCZ 315 5.1 Budowa i zasada działania skrzynki biegów. 5.2Budowa i zasada działania synchronizatora. 6. Budowa nowoczesnych skrzynek biegów samochodów ciężarowych na przykładzie skrzynek samochodu VOLVO 1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania i budową mechanicznych skrzynek biegów, oraz zapoznanie się z budową i zasadą działania synchronizatora. 2. Zadania skrzynki biegów. Skrzynka biegów jest częścią składową układu napędowego za pomocą którego możemy uzyskać zmienne wartości momentu obrotowego wytwarzanego przez silnik, w celu otrzymania siły napędowej na kołach jezdnych. Skrzynka biegów umożliwia: -zmianę momentu obrotowego. -rozłączenie silnika i wału napędowego przez ustawienie dzwigni zmiany biegów w położeniu luz . -jazdę do tyłu. -otrzymanie odpowiedniej prędkości pojazdu. 3. Podział skrzynek biegów. Ze względu na sposób uzyskania zmiany wartości przełożeń skrzynki biegów dzielimy na: -stopniowe -bezstopniowe -mieszane Do stopniowych skrzynek biegów zaliczamy wszystkie skrzynki z przekładniami zębatymi. Liczbę przełożeń uzyskujemy w tych skrzynkach za pomocą określonej liczby kół zębatych, które w zależności od oporów jazdy mogą być włączane w czasie jazdy. Skrzynki biegów dzieli się również ze względu na sposób sterowania. Stopniowe skrzynki biegów mogą być sterowane: -ręcznie -półautomatycznie -automatycznie W skrzynkach biegów sterowanych ręcznie zmiana biegów odbywa się przez odpowiednie ustawienie dzwigni zmiany biegów, która znajduje się zazwyczaj obok siedzenia kierowcy. Sterowanie półautomatyczne zmianą biegów występuje wtedy gdy dobór biegu, a czasem i chwila jego włączania zależą od kierowcy, a samo przełączenie odbywa się samoczynnie bez wysiłku lub z małym wysiłkiem kierowcy. W skrzynkach sterowanych automatycznie wybór odpowiedniego przełożenia w ramach nastawionego zakresu przełożeń, jak i sama czynność zmiany biegów odbywa się samoczynnie, bez udziału kierowcy. Stopniowe skrzynki biegów możemy także podzielić w zależności od rodzaju przekładni zębatych na: -skrzynki z przekładniami zębatymi o osiach stałych: w skrzynkach tych zmiana przełożenia odbywa się przez zastosowanie specjalnych sprzęgieł lub przez przesuwanie kół zębatych w czasie ruchu samochodu. -skrzynki z przekładniami zębatymi o osiach obracających się są to tzw. obiegowe skrzynki biegów (planetarne), w których zmiana biegów odbywa się przez zahamowanie lub odhamowanie jednego lub kilku systemów obiegowych (planetarnych). 4. Charakterystyka skrzynki biegów samochodu Polonez. 4.1 Budowa i zasada działania skrzynki biegów. Mechaniczna skrzynka biegów posiada cztery lub pięć biegów z synchronizacją i jeden bieg wsteczny nie synchronizowany. Jest to klasyczna skrzynka biegów trój wałkowa o osiach stałych. Obudowa skrzynki składa się z trzech części : obudowa sprzęgła, skrzynka właściwa i pokrywa tylna. Obudowa sprzęgła służy do połączenia skrzynki biegów wraz z silnikiem. Połączenie to jest zrealizowane poprzez sprzęgło cierne wraz z łożyskiem oporowym i służy do rozłączania napędu. Sterowanie zmiany biegów skrzynki biegów odbywa za pomocą sterowania bezpośredniego co polega na tym, że lewarek zmiany biegów jest zamontowany bezpośrednio na skrzyni (nie ma żadnych cięgien pośrednich pomiędzy skrzynią a lewarkiem w kabinie) . Elementy wchodzące w skład skrzyni: -wałek sprzęgłowy(nr 1 na rys.1 i 2) z łożyskiem kulkowym i łożyskiem wałeczkowym -wałek główny (11) z kołami zębatymi napędzanymi I II i III biegu, pierścieniami synchronizatorów, piastami i tulejami przesuwnymi I-II, III-IV biegu oraz łożyskiem kulkowym środkowym. -wałek pośredni(13) z kołem zębatym stale zazębionym oraz kołami I, II, III biegu (koła napędzające). -łożysko kulkowe dwurzędowe przednie (może być z dwuczęściowym pierścieniem wewnętrznym). -łożysko rolkowe tylne. -wałek widełek wraz z widełkami I-II, III-IV oraz wałek i widełki wstecznego i V biegu. Rysunek 1 i 2 Przekazywanie napędu odbywa się za pośrednictwem tarczy sprzęgła na wałek sprzęgłowy, który jest stale zazębiony z wałkiem pośrednim. Koła zębate wałka pośredniego są stale zamontowane na wałku i są stale zazębione z kołami zębatymi na wałku głównym. Koła te są ułożyskowane ślizgowo na wałku głównym. Powoduje to iż podczas pracy silnika i nie włączonego żadnego z biegów wałek sprzęgłowy, wałek pośredni oraz koła zębate na wałku głównym cały czas się obracają natomiast wałek główny jest nieruchomy (podczas postoju samochodu). Przeniesienie napędu następuje w momencie połączenia jednego z kół zębatych z wałkiem głównym poprzez tuleje przesuwną synchronizatora. Możemy również włączyć bieg bezpośredni łącząc wałek sprzęgłowy bezpośrednio z wałkiem głównym pomijając wałek pośredni. Najczęściej jest to bieg IV wtedy prędkość obrotowa silnika jest równa prędkości obrotowej wału napędowego. Aby mieć możliwość jazdy do tyłu należy zmienić kierunek obrotu wałka głównego. W tym celu zamontowane jest dodatkowe koło zębate pomiędzy koło wałka pośredniego a koło wałka głównego. W celu uniknięcia zgrzytów i uszkodzenia kół zębatych gdy występują różne prędkości wałka głównego i koła zębatego na nim umieszczonego zastosowano w skrzynkach synchronizatory. Synchronizatory mają za zadanie wyrównanie prędkości obrotowych i ciche sprawne włączenie biegu. Mechanizm zmiany biegów. Elementy wewnętrznego sterowania skrzynki biegów to wałki z widełkami, kołki blokujące i kulki ze sprężynami zatrzasków. Wszystkie te elementy są pokazane na rys. 1,2 i 3. Rysunek 3 Urządzeniami służącymi do blokowania widełek są zatrzaski (rys. 3) mają one za zadanie utrzymywać wałki widełek w wybranym położeniu. Urządzeniem ryglującym służącym do zabezpieczenia przed wrzuceniem dwóch biegów jest blokada. Blokada składa się z trzech wałeczków. Wrzucając jeden bieg przesuwamy widełki i przesuwamy kołki do dwóch następnych widełek co powoduje ich unieruchomienie. Mechanizm ten nie wymaga dodatkowych regulacji i działa niezawodnie. Rysunek 4 4.2 Budowa i zasada działania synchronizatora. Budowę synchronizatora przedstawia rys. 5 Rysunek 5 Pierścień synchronizatora w stanie swobodnym dociska sprężyna do pierścienia osadczego. Dzięki ścięciom na czołach zębów pierścień synchronizatora może wykonywać niewielkie ruchy kątowe wzglądem wielowypustu koła zębatego. Wzajemne położenie zębów wielowypustu pierścieni i synchronizatora podczas włączania biegu pokazano na rys. 6. Na rys. 6a wyjaśniono sytuacje podczas wyrównywania prędkości, gdy tuleja połączona przez piastę z wałkiem głównym skrzynki biegów, ma inną prędkość obrotową niż połączone z pierścieniem synchronizatora koło zębate. Zetknięcie powierzchni stożkowych tulei z pierścieniem synchronizatora wywołuje tarcie części i wystąpienie siły obwodowej P . siła P przesuwa kątowo koło względem pierścienia z kołem na skosach czół zębów wielowypustu. Takie położenie utrzymuje się do chwili zaniku siły tarcia P, czyli do końca wyrównania prędkości koła i tulei(2). Z chwilą wyrównania prędkości obrotowych zęby pierścieni wsuwają się po skosach (5) we wręby wielowypustu koła zębatego(4, rys. 6b). Za pierścieniem (1) wsuwa wielowypust koła tuleja(2) sprzęgając koło z piastą i włączając bieg. Rysunek 6 Zatrzaski wałków widełek, pokazane na rys. 3, utrzymują tuleje (2, rys. 6) w położeniu włączonego biegu. Sprężyna (3 rys. 5) działa na tuleję w kierunku wyłączenia biegu. W celu zabezpieczenia przed samoczynnym wyłączeniem biegu podczas jazdy i ciągłym ocieraniem tulei przesuwnej o widełki wyłączające tuleja jest dodatkowo osiowo unieruchomiona na piaście. Zabezpieczenie to wynika z trzech krótszych zębów na piaście, które są grubsze od pozostałych. Przy obciążonej skrzynce biegów opierają się one o skosy zębów tulei (c, rys .6) i zabezpiecza ją przed przesuwaniem. 5. Charakterystyka skrzynki biegów samochodu JELCZ 315. 5.1. Budowa i działanie skrzynki biegów Skrzynia biegów jest skrzynią mechaniczną, 5-cio biegową, synchronizowaną, trójwałkową, przystosowaną do współpracy z silnikami o maksymalnym momencie obrotowym wynoszącym w zależności od wersji M=760 Nm. i M=900 Nm. Wszystkie koła zębate skrzyni biegów, oprócz biegu pierwszego i wstecznego pozostają w stałym zazębieniu. Biegi II, III, IV są synchronizowane, a włączenie ich odbywa się za pomocą synchronizatorów bezwładnościowych typu blokującego. Rysunek 7 Bieg pierwszy i wsteczny włącza się za pomocą biernego koła przesuwnego na wałku głównym. Sterowanie skrzynki biegów odbywa się z kabiny kierowcy odległościowo, mechanicznie za pomocą mechanizmu zmiany biegów oraz cięgła sztywnego. Rysunek 8a Rysunek 8b Legenda do rys 8 1-obudowa skrzynki biegów 2-pokrywa wałka napędowego. 3-pokrywa przednia wałka pośredniego. 4- pokrywa tylna wałka pośredniego. 5-pokrywa wałka głównego. 6-pokrywa sterowania. 7-łożysko przesuwek. 8-wałek napędowy. 9-koło napędzające stałego zazębienia. 10-koło napędzane stałego zazębienia. 11-koło napędzające biegu. 12-koło napędzające III biegu. 13-koło napędzające II biegu. 14-wałek pośredni. 15-koło wstecznego biegu. 16-wałek korka wstecznego biegu. 17-koło napędzane biegu. 18-koło napędzane III biegu. 19-koło napędzane II biegu. 20-koło napędzane I biegu. 21-wałek główny. 22-tuleja karetki synchronizatora koła V biegu. 23-pierścień karetki V biegu. 24-tuleja łożyska koła V biegu. 25-pierścień łożyska koła V biegu. 26-tuleja karetki synchronizatora II i III biegu. 27-karetka synchronizatora IV i V biegu. 28-karetka synchronizatora II i III biegu. 29-pierścień cierny synchronizatora. 30-pierścień karetki. 31-oprawa synchronizatora. 32- kołek synchronizatora. 33-tarcza wałka przegubu. 34- tarcza wałka przegubu. 35-obejma gumowa. 36-obsada wałka szybkościomierza. 37-koła napędu szybkościomierza. 38-wałek napędu szybkościomierza. 39-wieszak skrzyni biegów. 40-sworzeń zawieszenia skrzynki biegów. 41-wałek zmiany biegów. 42-tuleja pokrywy sterowania. 43-palec zmiany biegów. 44-oś dzwigni pośredniej. 45-dzwignia pośrednia zmiany biegów. 46-sworzeńzabezpieczający dzwigni pośredniej. 47widełki zmiany biegów. 48-widełki I i wstecznego biegu. 49-przesuwka I i wstecznego biegu. 50-przesuwka II i III biegu. 51- przesuwka IV i V biegu. 52-podkładka. 53-zawleczka. 54-nakrętka koronowa. 5.2.Budowa i działanie synchronizatora z blokowaniem poprzecznym W samochodach JELCZ zastosowano synchronizatory bezwładnościowe. Budowę tego typu synchronizatora przedstawia rys. 9 Rysunek 9 Na wielowypuście wałka głównego osadzona jest przesuwnie piasta (1) z wieńcami sprzęgieł zębatych. Występy tej piasty wchodzą w wycięcia tulei synchronizującej (2) i są połączone kołkami (3) z pierścieniem zewnętrznym (4). W pierścieniu tym wycięty jest rowek, w który wchodzą widełki układu sterowania. W tuleję synchronizująca (2) wciśnięte są stożkowe nakładki cierne (5). Współpracujące w czasie włączania biegu z pierścieniami stożkowymi (6) włączanych kół zębatych (7). Tuleja synchronizująca (2) połączona jest z piastą (1) zatrzaskami sprężynowymi (8). Na rys. 10 przedstawiono trzy kolejne fazy włączania biegu. Aby ułatwić zrozumienie zasady działania synchronizatora rysunek ten uproszczono , pomijając niektóre szczegóły konstrukcji. Rysunek 10 Przykładając siłę do dzwigni zmiany biegów kierowca powoduje przesunięcie pierścienia zewnętrznego wraz z piastą oraz połączonej z nią zatrzaskami tulei synchronizującej w kierunku włączanego koła. Dociśnięcie powierzchni stożkowej koła powoduje powstanie siły tarcia obracającej tuleję synchronizującą względem piasty tak, że występ piasty znajdującej się w wycięciu tulei zostaje zablokowany. W tym położenie nawet przyłożenie przez kierowcę siły większej niż siłą oporu zatrzasków nie może spowodować przesunięcia piasty względem tulei i zazębienia sprzęgieł zębatych. Może to nastąpić dopiero wówczas gdy wskutek całkowitego wyrównania prędkości obrotowej tulei synchronizującej i koła zębatego zniknie siłą tarcia utrzymująca tuleje w pozycji blokującej występ piasty. Dopiero wówczas może nastąpić wciśnięcie zatrzasków i dosunięcie piasty w kierunku koła tak, że wieńce sprzęgła zębatego piasty i koła zazębią się. 6. Nowoczesne skrzynki biegów samochodów ciężarowych na przykładzie skrzynek biegów firmy VOLVO. W nowych wersjach samochodów ciężarowych Volvo serii FH i FM firma ta proponuje skrzynkę biegów 12 i 14 biegową z całkowicie automatycznym układem zmiany biegów. Pełne sterowanie elektroniczne pozwala kierowcy na korzystanie z automatycznej lub ręcznej zmiany biegów. Jedną z tych skrzynek jest skrzynka I- SHIFT . I-SHIFT to skrzynka biegów skonstruowana w oparciu o prostą i niezawodną w działaniu budowę manualnej skrzynki biegów o przekładniach zębatych z wałkiem głównym pośrednim sprzęgłowym i biegu wstecznego. Skrzynia główna wykonana z aluminium posiada trzy niezsynchronizowane przełożenia podstawowe oraz synchronizowaną przekładnię zmiany półbiegów. Do pomocy obsługi skrzynki biegów zamontowany został wyświetlacz (rys. 11). Wyświetlacz ten pokazuje aktualny bieg oraz dostępne biegi. Rysunek 11 (nowoczesny wyświetlacz VOLVO) Do obsługi tej skrzynki został zamontowany wybierak zakresów zintegrowany z fotelem kierowcy przedstawiony na rysunku nr 12 Rysunek 12 (wybierak elektronicznej skrzynki biegów) Na rysunkach 13 oraz 14 mamy przedstawioną budowę zewnętrzną i wewnętrzną skrzynki I-SHIFT . Rysunek 13 (budowa zewnętrzna skrzynki12 biegowej typu I-SHIFT ) Legenda do rysunku 14 1.obudowa urządzeń sterujących z jednostką sterującą zaworami elektromagnetycznymi i czujnikami. 2.siłownik zmiany biegów 3. widełki przełączające. 4. hamulec wałka pośredniego. 5. przekładnia półbiegów. 6. przekładnia biegu wstecznego. 7.pompa olejowa napędzana przekładnią zębatą. 8.szeregowy filtr oleju. 9.przekładnia zmiany zakresu typu planetarnego. Konstruktorzy VOLVO proponują także manualne skrzynki biegów. Manualna zmiana biegów jest teraz łatwiejsza ponieważ konstruktorzy zastosowali nowy cięgnowy układ zmiany biegów, który zapewnia płynne działanie i wyrazne położenia lewarka zmiany biegów. Lewarek i cięgnowy system zmiany biegów przedstawione są na rys.15 i 16 Rysunek 15 (wybierak manualnej skrzynki biegów) Rysunek 16 (cięgnowy wybierak do skrzynki manualnej) Budowa zewnętrzna i wewnętrzna zostały przedstawione na rysunkach 17 i 18. Rysunek 17 (budowa zewnętrzna manualnej skrzynki biegów typu) Rysunek 14 ( budowa zewnętrzna i wewnętrzna skrzynki biegów typu I-SHIFT ) Rysunek 18 (budowa zewnętrzna i wewnętrzna manualnej skrzynki biegów)