cestovna vozila i transmisija

12.2012.

VELEUČILIŠTE U RIJECI Prometni odjel Zdenko Novak

TRANSMISIJA

1

*

Prijenos snage

• Osnovno mjerilo funkcionalne sposobnosti transportnih vozila je brzina kretanja. • Performanse vozila analiziraju u funkciji brzine kretanja vozila i zovu se vučno-dinamičke karakteristike. • Brzina ovisi o raspoloživoj snazi vozila. • Snaga potrebna za kretanje vozila ovisi o otporima vožnje. Ukupni otpor vožnje R je zbroj: 1. Otpora kotrljanja Rk 2. Otpora zraka

Rz 3. Otpora penjanja Rp 4. Otpora ubrzanja Ru 5. Otpora vuče Rv

R = Rk + Rz + R p + Ru + Rv [N ] Otpori vožnje rastu s brzinom

Snaga na kotačima potrebna za savladavanje svih otpora:

PR = R ⋅ v [W ]

2

Prijenos snage • Snaga koju motor isporučuje na kotačima u svim uslovima kretanja vozila treba biti potpuno iskorištena, odnosno nastojimo zadovoljiti uslov:

*

P = F ⋅ v = const Idealna vučna karakteristika: - hiperbola vuče

• Znači, što je veća brzina, imamo na raspolaganju manje vučne sile motora. • S druge strane, otpori vožnje rastu s povećanjem brzine. • Najveća brzina vozila je ograničena vučnom silom koju motor vozila može razviti na kotačima pri toj brzini vožnje.

3

*

Prijenos snage Pri istoj brzini otpori vožnje mogu biti različiti zbog različitog: • • • • •

Otpora kotrljanja Otpora penjanja Otpora vuče Otpora ubrzanja Otpora zraka

4

*

Prijenos snage Snaga motora se pomoću transmisije treba dovesti kotačima.

Vučna sila koju razvija motor na pogonskim kotačima rezultat je okretnog momenta kotača, pa se jednaki odnosi mogu izraziti i preko momenta M na kotačima:

M k = Fk ⋅ R

Ovakva idealna hiperbola vuče pri stalnoj maks. snazi se može ostvariti samo pomoću bezstepenog mjenjača brzina ili s elektropogonom.

5

*

Prijenos snage • Motor se vrti višestruko brže nego kotači. • Od motora do kotača postoji redukcija broja okretaja.

• Pomoću mjenjača se prijenosni odnos može mijenjati prema potrebi.

6

*

Snaga motora

• Motor nema kontinuiranu snagu P kroz cijeli raspon broja okretaja nego ona raste po krivulji Pe. • Zato ni moment ne odgovara idealnoj hiperboli vuče M, nego ovisi o karakteristici motora Me • Područje vrtnje između maks. momenta i maks. snage se naziva elastično područje rada motora.

7

*

Prijenos snage

• Kada bi transmisija od motora do kotača imala samo jedan prijenosni odnos tada bismo mogli zadovoljiti usko područje vučne sile (momenta) – ispod krivulje Me: • Porastom brzine raste potreba za vučnom silom.

Za razliku od elektromotora, snaga MSUI motora se može koristiti u uskom rasponu broja okretaja koji ne može pokriti čitavi raspon brzine vozila. Zato vozila s MSUI imaju promjenjivi prijenosni odnos transmisije – mjenjač brzina. 8

*

Prijenos snage • Okretni moment M na kotačima ovisi o okretnom momentu motora Me i prijenosnom odnosu transmisije it, te gubicima u prijenosu ηm:

M = M e ⋅ it ⋅η m • Prijenos snage do kotača trpi mehaničke gubitke zbog otpora trenja u ležajima, zupčanicima, brtvama itd. • Ti se gubici izražavaju kroz ukupni mehanički stupanj djelovanja. • Podijeljeno po sklopovima transmisije: Mehanizam Mjenjač -Uključen direktan prijenos P = Pe ⋅η m -Uključen međuprijenos Kardanski prijenos gdje je: Glavni prijenos P – snaga na kotačima - Konični zupčanici Pe- efektivna snaga motora - Hipoidni zupčanici ηm - mehanički stupanj djelov. - Dvostruka redukcija

h

• Snaga na kotačima iznosi:

0,96-0,98 0,94-0,96 0,98-1,0 0,94-0,95 0,97-0,98 0,85-0,95 9

*

Prijenos snage Potrebnu vučnu silu vozilo ostvaruje na obodu pogonskih kotača:

Fk =

Mk R

Kako je M k = M e ⋅ it ⋅η m vučna sila na kotačima Fk ovisi o raspoloživom okretnom momentu motora Me , prijenosnom odnosu transmisije it, radijusu kotača R, te gubicima u prijenosu ηm:

Fk =

M e ⋅ it ⋅η m R

Maks. brzina vožnje se nalazi na sjecištu linije otpora R i linije vučne sile F

10

Prijenos snage • Što vozilo ima veći broj brzina, to se potencijal motora više približava idealnoj hiperboli vuče.

Oznake otpora vožnje R: • Rf – otpor kotrljanja • Rz – otpor zraka • Rj - otpor ubrzanja • Ru – otpor uspona • s - uspon (%)

11

*

Maksimalna brzina Zašto je poželjno imati veći broj stupnjeva prijenosa (brzina u mjenjaču)? Zato što: 1. Kod ubrzavanja i prebacivanja u viši stupanj broj okretaja motora pada pa:

*

- Kod malog broja brzina – one su “razrijeđene” pa broj okretaja pri prebacivanju npr. iz III. u IV. brzinu može previše pasti i doći u nestabilno područje rada motora. - Motor slabo “vuče” iz niskih okretaja. 2. Za trenutni otpor vožnje je rezerva snage u nižoj brzini prevelika, a viša brzina je preslaba.

3. S većim brojem brzina potencijal motora je bliži idealnoj hiperboli vuče pri konstantnoj snazi (područje neiskorištene snage je manje). - Motor radi uvijek u elastičnom području momenta i ima veću snagu na raspolaganju

12

*

Transmisija

Motor

Spojka

Mjenjač

Prijenosno vratilo

Transmisija se sastoji iz: • Spojke • Mjenjača • Prijenosnog vratila • Pogonskog mosta (prednjeg, zadnjeg, ili oba)

Pogonski most (pog. osovina)

Zadatak transmisije je: • Prenijeti snagu motora do kotača • Prilagoditi broj okretaja motora i okretni moment trenutnoj brzini kretanja. • Odvojiti prijenos od motora pri stajanju.

13

*

Spojka U vozilima se koriste najčešće dvije vrste spojki: a) Tarne b) Hidrodinamičke

14

*

a) Tarne spojke • Najčešće se koriste kod vozila s ručnim mjenjačem (ali i kod elektronski kontroliranih DSG mjenjača) • Princip rada

15

*

Tarna spojka • Sastav

16

*

Tarna spojka a) uključen pogon (pedala nije pritisnuta)

b) isključen pogon (pritisnuta pedala)

17

Spojke

*

Spojka teretnog vozila

18

Spojke

*

b) Hidrodinamičke spojke Prenose moment uslijed zahvata tekućine (viskoznosti hidrauličkog ulja) između lopatica dva turbinska kola.

Koriste se najčešće kod automatskih mjenjača starijih izvedbi. 19

Spojke

Hidrodinamički pretvarač momenta • Danas automatski mjenjači najčešće koriste hidrodinamički pretvarač momenta. • Princip rada je sličan hidrodinamičkoj spojci. • Zbog dodatnog (slobodnog) kola s lopaticama (Leitrad) moment motora se može povećavati • Time se dobiva učinak kao da se uključio niži stupanj prijenosa

20

*

Mjenjač brzina Zadaci mjenjača brzina: • Prilagoditi područje broja okretaja motora trenutnim uvjetima vožnje • Povećati moment motora pri kretanju i penjanju • Omogućiti rad motora u mjestu • Omogućiti vožnju unatrag Mjenjači se mogu podijeliti: Prema broju prijenosnih odnosa : • Kontinuirani – promjena prijenosnog odnosa bez stupnjeva • Stupnjevani – s konačnim brojem brzina Prema načinu promjene prijenosnog odnosa: • Ručni – vozač sam mijenja brzine • Automatski

21

Kontinuirani mjenjač brzina • Omogućuje bezstepenu promjenu prijenosnog odnosa • Takvi mjenjači za vozila koriste remen s promjenjivim promjerima remenica (CVT – Continuous Variable Transmission)

• Takav mjenjač teoretski može održavati maks. snagu kroz cijeli raspon brzine vožnje (može realizirati idealnu hiperbolu vuče).

22

Kontinuirani mjenjač brzina •Kod mopeda je remen od armirane gume •Kod automobila se koristi metalni remen podmazivan uljem •Promjena prijen. odnosa je automatska ali kod automobila obično dozvoljava i ručnu promjenu u određenom broju koraka. • Prvi auto s CVT – DAF Variomatic

23

*

Ručni stupnjevani mjenjač brzina • Prvi su mjenjači imali pokretne (klizne) zupčanike • Pri uključivanju je trebalo pažljivo uskladiti okretaje oba zupčanika

• Noviji mjenjači imaju zupčaste parove u stalnom zahvatu • Uključivanje se vrši pomoću zupčastih spojki

• Zupčanici z1, z2 i z3 se slobodno vrte na vratilu, sve dok ih zupčasta spojka ne uključi u pogon • Ovakve zupčaste spojke danas obično koriste traktori i građevinski strojevi

24

Ručni stupnjevani mjenjač s 5 brzina

• Moderni mjenjači imaju sve brzine, osim (obično) vožnje unatrag, sa sinhroniziranim uključivanjem.

25

Ručni stupnjevani mjenjač s 6 brzina • Sve brzine osim (obično) vožnje unatrag imaju sinhronizirano uključivanje.

26

Sinhronizacija uključivanja brzina • Pri uključivanju brzina izjednačava (sinhronizira) vrtnju zupčaste spojke i zupčanika • Time omogućava bržu promjenu brzine, glatko i bez šumova. • Sinhronizaciju omogućava sinhron – slobodni prsten s koničnom plohom

27

Sinhronizacija uključivanja brzina • Faze sinhronizacije pri uključivanju brzine

Isključeno

Sinhron se slobodno vrti između spojke i zupčanika

Početak sinhronizacije

Spojka je zupcima potisnula sinhron i pritisnula konuse zupčanika i sinhrona jedan na drugi

Kraj sinhronizacije

Sinhron je izjednačio vrtnju sa zupčanikom

Uključeno

Zupci spojke sada mogu preko sinhrona uključiti zupčanik

Link za animaciju: http://www.kfz-tech.de/Engl/SSynchronisation.htm

28

Automatski mjenjači – sa stupnjevanim brzinama Osim već ranije opisanih kontinuiranih mjenjača koji također ugl. rade automatski, postoje i automatski mjenjači sa stupnjevanim mijenjanjem brzina. Uglavnom ih dijelimo na: •Mjenjače s hidrodinamičkom spojkom (ili pretvaračem momenta) i planetarnim zupčastim prijenosom •Mjenjačem s dvostrukom tarnom spojkom i klasičnim sinhroniziranim uključivanjem brzina (DSG – mjenjači)

29

*

Automatski mjenjači – s hidrodinamičkom pretvaračem momenta i planetarnim zupčastim prijenosom • Šematski prikaz

30

DSG (Direkt Shift Gearbox) mjenjač • Mjenjač s dvostrukom tarnom spojkom i klasičnim sinhroniziranim uključivanjem brzina (automatski ili ručno)

• Tarna spojka ima dvije nezavisne lamele. • Jedna lamela (plava) pogoni grupu neparnih brzina (1-3-5-7), a druga (zelena) grupu parnih (2-4-6-R). • Zato dok auto još vozi npr. u 1. brzini jer je ta spojka uključena, automatika već unaprijed može uključiti zupčanik 2. brzine. • Kada motor dosegne dovoljan broj okretaja za promjenu brzine, automatika samo 31 promjeni uključenost s jedne na drugu lamelu spojke

DSG (Direkt Shift Gearbox) mjenjač • Mjenjač s dvostrukom tarnom spojkom i klasičnim sinhroniziranim uključivanjem brzina – izvedba VW (mjenjač se u originalu zvao Doppel-Schalt-Getriebe)

Link

http://www.myvideo.de/watch/3408081/Volkswagen_7_Gang_Getriebe_DSG

32

DSG (Direkt Shift Gearbox) mjenjač • Šema izvedbe Mitsubishi Lancer Evo X

33

*

Šema transmisije vozila s zadnjim pogonom • Mjenjač je spojen s zadnjim mostom pomoću zglobnog vratila – kardana • U zadnjem mostu se nalazi glavni prijenos i diferencijal Zadnji most može biti: a) Kruti b) Neovisno ovješen (na slici)

34

*

Glavni prijenos • Nalazi se u pogonskom mostu i sastoji se obično iz para zupčanika. • Za slučaj stražnjeg pogona to je konični par zupčanika (na slici) Zadatak glavnog prijenosa je: a) Prenijeti pogon od vratila (ili direktno od mjenjača kod prednjeg pogona) na diferencijal b) Smanjiti broj okretaja

35

Diferencijal Zadatak mu je: • Ravnomjerno razdijeliti moment na lijevi i desni kotač mosta. • Održavati potrebnu razliku broja okretaja lijevog i desnog kotača u zavoju.

U vožnji ravno, gonjeni zupčanik se okreće zajedno s kućištem diferencijala, satelitima i sunčanicima. • Sateliti i sunčanici su tada u “mirnom” zahvatu. U zavoju, vanjski sunčanik se vrti brže od unutrašnjeg. • Sateliti se zato okreću oko svoje osi međusobno suprotno čime održavaju razliku vrtnje sunčanika.

*

36

Diferencijal (dobar link iz 1937.: http://www.youtube.com/watch?v=yYAw79386WI) •Problem kod standardnog diferencijala nastaje kada se jedan kotač nađe na klizavoj podlozi, a drugi na hrapavoj. •Kotač na klizavoj podlozi ne može prenijeti gotovo nikakav moment, te će početi proklizavati. •Kako diferencijal raspodjeljuje jednaki moment na oba kotača, znači da će i kotač na hrapavoj dobiti jednaki moment – tj. nulu, a vozilo će stati. •Zato vozila koja se kreću po teškim terenima imaju blokadu diferencijala. •Ona djelomično ili u potpunosti sprječava da se kotači različito okreću.

Djelomična blokada diferenc. s lamelama

Potpuna blokada diferencijala

37

*

Diferencijal • Vozila s više pogonskih mostova imaju u zavoju različite putanje svih kotača. • To znači da svaki kotač ima svoju brzinu vrtnje, a isto tako i svaki most. • Zato i u razvodniku pogona na mostove mora postojati središnji diferencijal koji će raspodijeliti moment na prednji i stražnje mostove.

38

Diferencijal • Vozila s pogonom na sve kotače su u pravilu terenska vozila, te i središnji diferencijal obično ima blokadu. Blokada središnjeg diferencijala

Blokada zadnjeg diferencijala 39