Zadania i funkcje skrzyń biegów. Opracował: Robert Urbanik Zespół Szkół Mechanicznych w Opolu

Transkrypt

1 Zadania i funkcje skrzyń biegów Opracował: Robert Urbanik Zespół Szkół Mechanicznych w Opolu

2 Zadania skrzyni biegów Skrzynia biegów umożliwia optymalne wykorzystanie mocy silnika. Każdy silnik ma pewien użyteczny zakres obrotów, w którym powinien pracować. Gdyby nie korzystać z możliwości jakie daje skrzynia biegów, prędkość pojazdu można by zmieniać tylko poprzez zmianę obrotów silnika, co byłoby bardzo niekorzystne, a zbyt niski moment obrotowy w wielu wypadkach uniemożliwiłby wjazd na wzniesienie czy pokonanie innych oporów ruchu. Skrzynia biegów dzięki zmianie przełożeń, umożliwia nam utrzymanie optymalnej prędkości obrotowej silnika w zależności od prędkości jazdy i dostarczenie niezbędnego do aktualnych warunków jazdy momentu obrotowego.

3 Zadania skrzyni biegów Skrzynia biegów umożliwia ponadto zmianę kierunku przekazywanego na koła jezdne napędu. Ze względów konstrukcyjnych silnik spalinowy nie może zmienić kierunku obrotów. W skrzyni biegów zmianę tę uzyskuje się poprzez wprowadzenie pomiędzy dwa koła zębate trzeciego koła, zmieniającego dodatkowo kierunek obrotów.

4 Zadania skrzyni biegów Skrzynia biegów pozwala ponadto na rozłączenie silnika od pozostałych podzespołów układu napędowego niezależnie od sprzęgła (tzw. luz) co pozwala na zatrzymanie pojazdu z włączonym silnikiem i włączonym sprzęgłem.

5 Zadania skrzyni biegów Podsumowując, można wyróżnić 4 podstawowe zadania skrzyni biegów: Dostarczenie do kół odpowiedniego do aktualnych warunków jazdy momentu obrotowego, Odpowiednią zmianę prędkości obrotowej, Rozłączenie silnika od pozostałych elementów układu napędowego, Zmianę kierunku przekazywania napędu.

6 Opory ruchu 1. Opór toczenia, na dobrej drodze jest stosunkowo niewielki i zależny od ciężaru pojazdu oraz współczynnika oporu, zależnego z kolei od typu nawierzchni, rodzaju opony, prędkości itp.

7 Opory ruchu 2. Opór powietrza, mały przy niskich prędkościach, ale szybko rosnący przy zwiększaniu szybkości jazdy, zależny głównie od prędkości ruchu pojazdu i jego cech aerodynamicznych.

8 Opory ruchu 3. Opór wzniesienia, tym większy, im bardziej stroma jest droga, zależny od kąta nachylenia wzniesienia i ciężaru samochodu.

9 Opory ruchu 4. Opory łączne są sumą oporu powietrza, oporu Wszystkie te opory sumują się wzniesienia i toczenia. Opór toczenia Opór powietrza Opór wzniesienia i wymagają odpowiedniej mocy napędowej na kołach, zmiennej i zależnej od aktualnych warunków ruchu. Sprostanie tym warunkom wymaga zainstalowania między silnikiem a osiami napędowymi skrzyni biegów.

10 Ilość biegów a elastyczność silnika Decydującym czynnikiem jest użyteczny zakres prędkości obrotowej silnika. Im mniejszy jest ten zakres tym więcej musi być biegów. Jeśli zakres jak na wykresie jest dość szeroki wówczas przełożeń może być mniej.

11 Ilość biegów a elastyczność silnika Jeśli natomiast zakres jak na wykresie jest stosunkowo wąski i mało użyteczny, liczba przełożeń musi być większa.

12 Zakres prędkości użytecznych ge [kg/kws] jednostkowe zużycie paliwa N[kW] moc M[Nm] moment obr. Użyteczny zakres prędkości obrotowej silnika n M n Najkorzystniej jest, gdy prędkość obrotowa silnika utrzymywana jest pomiędzy prędkością maksymalnego momentu a prędkością maksymalnej mocy. Po osiągnięciu prędkości maksymalnej mocy należy włączyć wyższy bieg, aby pojazd mógł nadal przyspieszać. Z kolei przy jeździe z ustaloną prędkością najkorzystniej jest utrzymywać prędkość bliższą prędkości maksymalnego momentu, zapewniającą niższe zużycie paliwa. Prędkość N obrotowa silnika n[obr/min]

13 Pole podaży mocy Różowe pole obejmuje rzeczywisty obszar podaży mocy silnika, który jak widać jest znacznie mniejszy niż optymalny, zaznaczony na żółto.

14 Pole podaży mocy Dzięki zastosowaniu dobieranych przełożeń w skrzyni biegów osiąga się znacznie lepsze wypełnienie pola co pozwala na zbliżenie do charakterystyki idealnej. Większa liczba biegów pozwala na lepsze wypełnienie pola podaży mocy.

15 Pole podaży momentu obrotowego Podobnie pole podaży momentu obrotowego dostarczanego przez silniki (niebieskie) znacznie odbiega od pola pożądanego (idealnego, zaznaczonego na żółto).

16 Pole podaży momentu obrotowego Zastosowanie kilku przełożeń pozwala na korzystniejszy przebieg momentu i lepsze dopasowanie do idealnej charakterystyki momentu napędowego.

17 Ilość przełożeń Prędkość obrotowa silnika n[obr/min] Przełożenie maksymalne Przełożenie minimalne n max Bieg 1 Bieg 2 Bieg 3 Bieg 4 Bieg 5 n min Vmax Prędkość jazdy [km/godz]

18 Ilość przełożeń Prędkość obrotowa silnika n[obr/min] Przełożenie maksymalne Przełożenie minimalne n max Bieg 1 Bieg 2 Bieg 3 Bieg 4 n min Vmax Prędkość jazdy [km/godz]

19 Ilość przełożeń Z przedstawionych wykresów wynika, że dla silnika o małej rozpiętości prędkości obrotowej (małej elastyczności) konieczna jest skrzynia o większej liczbie przełożeń, niż dla silnika bardziej elastycznego.

20 Rzeczywisty wykres przełożeń Prędkość obrotowa silnika n[obr/min] Przełożenie maksymalne Bieg 1 Bieg 2 Bieg 3 n max Bieg 4 Przełożenie minimalne Bieg 5 n min Rzeczywisty wykres przełożeń wygląda jeszcze inaczej, gdyż zakresy poszczególnych biegów muszą się w znacznej części pokrywać, aby zapewnić płynną jazdę samochodu. Vmax Prędkość jazdy [km/godz]

21 Rzeczywisty wykres przełożeń Prędkość jazdy [km/godz] Vmax Wykres rozpędzania samochodu przy zastosowaniu 5-biegowej skrzyni biegów. Bieg Bieg 4 80 Bieg Bieg 2 Bieg 1 nm nn Prędkość obrotowa silnika n[obr/min]

22 Po co tyle biegów? Pierwszy bieg służy do pokonania największych oporów ruchu towarzyszących ruszaniu samochodu z miejsca lub wjeżdżaniu pod strome wzniesienie. Prędkość wału jest znacznie mniejsza od prędkości silnika, zaś moment większy. Biegi 2, 3 a czasem także 4 pomagają rozpędzić samochód do żądanej prędkości jazdy. Prędkość wału nadal jest mniejsza od prędkości silnika, zaś moment większy. Biegi 4 lub 5 ma przełożenie bezpośrednie lub bliskie bezpośredniemu, używany jest do normalnej jazdy z prędkością podróżną. Prędkość wału taka sama lub zbliżona do prędkości silnika, podobny jest też moment napędowy. Bieg 5 lub 6 to tzw. nadbieg, używany przy jeździe po autostradzie. Pozwala na jazdę szybką i ekonomiczną bez zmuszania silnika do pracy z najwyższą prędkością obrotową. Prędkość wału jest nieco większa od prędkości silnika, zaś moment mniejszy. Bieg wsteczny umożliwia ruch do tyłu i cofanie pojazdu. Wał napędowy obraca się w przeciwną stronę co wał korbowy silnika. Prędkość wału jest mniejsza a moment większy od wartości uzyskiwanych na wale korbowym.

23 Zadania i funkcje skrzyń biegów Opracował: Robert Urbanik Zespół Szkół Mechanicznych w Opolu