Prečítajte Si Doma: Ako Funguje Prevodovka V Automobile

2023 Autor: Natalie MacDonald | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-08-25 03:56

Už sme si hovorili o tom, ako funguje spaľovací motor. Je čas vidieť, ako je usporiadaná a funguje jednotka, ktorá pomáha prenášať energiu motora na kolesá - prevodovka. Pohodlnejšie sa usaďte: teraz vám povieme všetko

Zhromažďujeme všetky materiály z tohto cyklu pod značkou čítať domy

Automobily dnes používajú rôzne typy prevodoviek, radikálne odlišné v dizajne - každá má svoje výhody a nevýhody. Najprv si však odpovieme na najdôležitejšiu otázku …

Prečo auto vôbec potrebuje prevodovku?

Kvôli zvláštnostiam spaľovacieho motora. V nízkych otáčkach nemusí mať vždy dostatočnú silu (krútiaci moment) na točenie kolies a pohyb auta. Aby ste motoru pomohli, musíte mu dať príležitosť točiť rýchlejšie pri nízkej rýchlosti vozidla - kvôli tomu je motor spojený s kolesami prostredníctvom prenosu.

Najjednoduchším prevodom sú dva prevodové stupne rôznych veľkostí, spojené zubami. Predstavte si, že jeden má trikrát toľko zubov ako druhý. Potom pri jednej otáčke veľkého prevodového stupňa urobí malý prevodový stupeň už tri otáčky. Naopak, pripojením motora na malý prevodový stupeň a kolies na veľký prevodový stupeň ich prinútime točiť trikrát pomalšie ako kľukový hriadeľ. Ďalšie plus: krútiaci moment, ktorý otáča kolesami, bude tiež trojnásobok krútiaceho momentu motora.

Ale keď sa zdvojnásobí rýchlosť automobilu, zvýšia sa otáčky motora šesťkrát. A nemôže sa otáčať príliš rýchlo - palivo jednoducho nebude mať čas na spaľovanie. Preto keď motor akceleruje, bude potrebovať ďalší pár prevodových stupňov - s menej dramatickým rozdielom v počte zubov (hovorí sa mu prevodový pomer). Moderné osobné automobily majú 5-6 rôznych prevodových stupňov (alebo stupňov) a niektoré majú deväť. A prevodovka je jednotka, v ktorej sú všetky spojené.

Prevodovka je teda iba veľa prevodových stupňov?

Áno a nie. V skutočnosti je všetko komplikovanejšie. Okrem samotných prevodoviek sú potrebné mechanizmy, ktoré umožňujú tieto prenosy meniť. A prevodové stupne sú iba jedným typom prevodovky. Za viac ako sto rokov existencie automobilov bolo vynájdených veľa mechanizmov - od najjednoduchších kladiek, medzi ktorými sa hádzal hnací remeň (podobne ako sa to robí s reťazou na bicykloch), až po úplne exotické vzory. A dnes sa v automobiloch používajú štyri typy prevodoviek: mechanické, hydromechanické, robotické a variátorové. Každá funguje svojim spôsobom.

Manuálna prevodovka

Zariadenie manuálnej prevodovky je najbližšie k príkladu, ktorý sme zvažovali na samom začiatku. Prevodové stupne v ňom sú iba dvojicou prevodových stupňov: predným a hnaným s rôznymi prevodovými pomermi. Všetky hnacie prevody sú namontované na vstupnom hriadeli z motora a hnané prevody sú namontované na výstupnom hriadeli, ktorý prenáša krútiaci moment na kolesá. Prvé sú ale pevne spojené s hriadeľom, zatiaľ čo druhé sa môžu voľne otáčať nezávisle od hriadeľa.

Ak je hnaný prevod (na obrázku nižšie) niektorého z prevodov napriek tomu pripevnený na hriadeli - je s ním pevne spojený, potom motor roztočí kolesá so zodpovedajúcim prevodovým pomerom.

Na upevnenie ozubených kolies na výstupnom hriadeli v prevodovke sa používajú ozubené spojky, ktoré sa môžu pohybovať pozdĺž jej osi. Vodič, ktorý stlačí spojku, odpojí vstupný hriadeľ (a spolu s ním aj poháňané prevody) od motora. Potom vodič zaradí prevodový stupeň pomocou páky - spojkou prestaví požadovaný prevodový stupeň. K dispozícii je tiež trecí krúžok - synchronizátor medzi prevodovým stupňom a spojkou. Pohyb spojky ho núti tlačiť na prevodový stupeň a spomaliť ho alebo ho zrýchliť na rýchlosť otáčania hriadeľa. Keď sú rýchlosti otáčania ozubeného kolesa a spojky rovnaké, spojka je spojená s ozubením pomocou zubov a je zaradený prevodový stupeň. Vodič musí iba opatrne uvoľniť spojku pripojením prevodovky k motoru.

Ako funguje spiatočka? Aby auto mohlo ísť dozadu, musí sa výstupný hriadeľ skrinky začať otáčať v opačnom smere. Za týmto účelom sú ozubené kolesá na vstupnom a výstupnom hriadeli jednoducho spojené iným, medzistupňom. A keďže pri stojacom automobile (keď sa hriadele v skrinke neotáčajú) zapíname spiatočku, spätný chod nevyžaduje synchronizátor a spojku. Medzistupeň sa zvyčajne pohybuje pozdĺž svojej osi a zubami sa drží na zvyšku.

Spočiatku, mimochodom, všetky prevodové stupne na prvých manuálnych prevodovkách v automobiloch fungovali rovnako - za jazdy však bolo oveľa ťažšie ich zaradiť ako synchronizované, opotrebenie zubov sa zvýšilo. Takto sa zrodili prevodovky, na ktoré sme dnes zvyknutí.

Robotický prevod

Postupom času chceli inžinieri uľahčiť vodičom život radením spojky a radením rýchlostí na automatiku. Takto sa objavili robotické boxy.

Najjednoduchšou verziou „robota“je konvenčná mechanická skrinka, v ktorej sa spojky pohybujú pomocou servopohonov na príkaz elektroniky. Ostatné serva uvoľnia a uvoľnia spojku v pravý čas. Ale v praxi v najjednoduchších „robotoch“elektronika mení prevodové stupne ako začínajúci vodič - zhruba a pomaly.

Oveľa lepšia práca preselektívne robotické boxy … V nich sa ozubené kolesá zapínajú rovnakým spôsobom - spojkami so synchronizátormi a krútiaci moment sa prenáša ozubenými kolesami zo vstupného hriadeľa na výstupný hriadeľ. Iba pole na predvoľbu používa štyri hriadele. Na jednom páre sú prevodovky párnych prevodových stupňov, na druhom - nepárne prevodové stupne. K dispozícii sú tiež dve spojky, každá pre vlastný vstupný hriadeľ. Zhruba povedané, preselektívna robotická skrinka sú dve obyčajné skrinky spojené v jednej.

Ako to funguje? Keď auto jazdí napríklad na treťom prevodovom stupni, automatický systém vopred (odtiaľ názov „predvoľba“) obsahuje štvrtý prevodový stupeň - ak automobil akceleruje, alebo druhý - ak automobil spomaľuje. V takom prípade je spojka, ktorá je spojená s „rovnomerným“hriadeľom, otvorená a táto časť skrinky nemá nijaké spojenie s motorom. Prechod z tretieho na štvrtý prevodový stupeň nastáva v okamihu, keď je vypnutá jedna spojka a súčasne je aktivovaný druhý. Potom sa spustí piaty (alebo prvý) stupeň na teraz nefunkčnom „nepárnom“hnanom hriadeli a v pravý okamih sa znova objaví rošáda spojky. Elektronika vie rýchlo a takmer nepostrehnuteľne zatvárať a otvárať spojky pre vodiča, preto je tu radenie rýchlo a prakticky bez prerušenia trakcie.

Preto sa takéto boxy stali v športových automobiloch bežnými.

Hydromechanický prevod

Skrinka, ktorá sa hovorovo nazýva „automatická“, pretože tiež prepína schody bez účasti vodiča. Základom jeho konštrukcie ale nie je dvojica prevodových stupňov, ale planétová prevodovka, ktorá je zložitejšia (pozri obrázok). Má centrálny (slnečný) prevod, prstencový prevod - krúžok so zubami na vnútornom povrchu a niekoľko satelitov - malé prevody, ktoré zapadajú do slnka a koruny súčasne. Osi rotácie satelitov sú navzájom prepojené ďalšou časťou - nosičom. V takom prípade sa centrálne koleso, krúžok a nosič môžu otáčať okolo jednej imaginárnej osi.

Unikátnosť planétovej prevodovky spočíva v tom, že jej prevodový pomer nie je pevný, ako pri najjednoduchšom prevodovom stupni s dvoma prevodmi, ale môže sa meniť v závislosti od toho, ako sa jeho časti otáčajú. Keď je krúžkový prevod nehybný, nosič sa točí niekoľkokrát pomalšie ako slnko. Ak sa ale koruna začne otáčať rovnakým smerom, prevodový pomer zo slnka na nosič sa zníži - a keď korunka zvyšok „dobehne“, stane sa rovnou jednote. A potom so zvýšením jeho rýchlosti sa zvýši prevodovka, to znamená, že výstupný hriadeľ sa začne krútiť rýchlejšie ako vstup!

A ak prenesiete rotáciu zo vstupného hriadeľa prevodovky na výstup cez niekoľko takýchto „planétových prevodov“, spojíte ich rôzne časti v rôznych kombináciách - a vďaka tomu ich prinútite točiť rôznymi rýchlosťami, získate prevodovku s niekoľkými prevodovými stupňami. Môžete dokonca prinútiť výstupný hriadeľ, aby sa pri spätnom chode otáčal v opačnom smere. Navyše pre 6-stupňový „automat“stačia iba tri planétové prevodovky a so štyrmi už môžete urobiť 10 prevodových stupňov!

V „automatike“je však oveľa ťažšie ako v „mechanike“zaradiť prevodový stupeň - preto to robí automatika, a nie človek. Každý prevod má svoju vlastnú kombináciu častí, ktoré je potrebné navzájom spojiť. Alebo pomocou skrinky, ktorá zastaví ich otáčanie. Na tento účel používajú automatické prevodovky lamelové spojky s viacerými lamelami, ktoré fungujú na rovnakom princípe ako spojka: keď je stlačený „sendvič“diskov, prestávajú navzájom kĺzať - a rýchlosti otáčania častí s ktorými sú disky spojené, sú zarovnané. Spojky v tradičnom „automatickom“stroji sú stlačené pod tlakom oleja - a tento tlak je vytváraný čerpadlom poháňaným motorom. Kedy a do ktorej spojky dodať olej, rozhodne elektronika, ktorá otvára rôzne ventily v tele ventilu a smeruje tekutinu rôznymi kanálmi.

Trecie spojky pracujú plynulejšie ako spojky prevodových stupňov a nevyžadujú úplné odpojenie motora od prevodovky pri radení rýchlostných stupňov. Preto sa krútiaci moment z motora prenáša na prevodovku nie spojkou, ale meničom krútiaceho momentu - kvôli tomu sa prevodovka tzv. hydromechanické … Prevodník krútiaceho momentu má tri koaxiálne kolesá s lopatkami ako turbína: hnacie koleso rotujúce s motorom, hnané koleso spojené so vstupným hriadeľom „stroja“a takzvaný reaktor, ktorý môže byť stacionárny alebo sa môže voľne otáčať jeden smer. Priestor medzi týmito kolesami je vyplnený olejom. Lopatky hnacieho kolesa roztáčajú tok oleja, v reaktore tok mení smer a následne roztáča hnané koleso. Medzi motorom a prevodovkou nie je pevné spojenie, takže „automat“prepína plynulo, bez hrubých trhnutí a úderov.

Toto je možno najsofistikovanejšia prevodovka používaná v automobiloch. A ak sa staršie „automatické stroje“nepáčili pre svoju pomalosť a nízku účinnosť (časť energie motora bola vynaložená na zbytočné miešanie oleja v meniči krútiaceho momentu), dnes je tento typ prevodovky veľmi podobný tradičným manuálnym prevodovkám z hľadiska účinnosti a na robotické z hľadiska rýchlosti radenia.

Pohon s premenlivou rýchlosťou

A vo variátore nie sú vôbec žiadne prevodové stupne, preto sa volá plynulý prevod … Presnejšie povedané, existuje prevodovka, akoby bola, ale iba jedna, avšak s premenlivým prevodovým pomerom. A krútiaci moment sa prenáša z hnacieho hriadeľa na hnaný hriadeľ nie priamym záberom s rotujúcimi remenicami, ale prostredníctvom remeňa, ktorý ich spája. Rovnako ako nožný pohon šijacieho stroja u našich babičiek fungoval.

Ale remenice aj remeň variátora nie sú jednoduché. Každá kladka je dva kužele na jednom hriadeli, ktorých vrcholy smerujú k sebe. Medzera medzi nimi, v ktorej je pás umiestnený, sa môže meniť - zväčšuje sa alebo zmenšuje sa. Ak sa kužele posunú od seba, pás bude bližšie k osi ich otáčania a pri otáčaní kladky sa bude pohybovať po malom polomere. Naopak, keď sa kužele priblížia k sebe, bude pás vytlačený smerom von a polomer sa zvýši.

Rozdiel v polomeroch hnacieho a hnaného hriadeľa určuje prevodový pomer remeňového pohonu. Dá sa to teda zmeniť - posunutím kužeľov na jednom hriadeli a súčasne ich tlačením od seba na druhom. Hlavná vec je, že pás na kladkách nekĺže - preto je naverbovaný z množstva priečnych kovových dosiek, spojených do slučky s oceľovými pásmi. Niekedy sa namiesto pásu použije špeciálna reťaz, čo však nemení princíp činnosti variátora.

Kužele sa pohybujú a pohybujú od seba zhruba rovnakým spôsobom, ako sú stlačené trecie spojky v „automatickom stroji“- tlakom oleja, ktorý je regulovaný elektronikou. Variátor má tiež ďalšie spoločné jednotky s hydromechanickou skrinkou. Napríklad menič krútiaceho momentu, ktorý umožňuje automobilu s CVT štart a zastavenie. Alebo planétová prevodovka - zaradiť spiatočku.

CVT sa dnes často používajú v nízkonákladových vozidlách ako cenovo dostupnejšia alternatíva k tradičným automatickým prevodovkám.

Ktorá krabica je teda najlepšia?

Na túto otázku neexistuje jednoznačná odpoveď, preto dnes v automobilovom svete existujú paralelne. Jeden pracuje veľmi hladko, ale má menšiu účinnosť - čo znamená, že auto s ním spotrebuje viac paliva. Ostatné sa prepínajú rýchlo a sú tu straty minimálne - ale príliš drahé a málo spoľahlivé. Každá z nich má svoje výhody a nevýhody. Automobilka pri rozhodovaní o tom, ktorú škatuľu si zaobstará budúce auto, zohľadňuje mnoho rôznych faktorov: jeho cenu, prevádzkové podmienky a dokonca aj vkus kupujúcich. Povedzte nám, ktoré políčko uprednostňujete a prečo?