Silniční motorová vozidla
Kinematika a dynamika
Převodovka,kloubový hřídel,rozvodovka s diferenciálem
Kinematika vozidla
Dráha potřebná k zastavení.
Než vozidlo, jedoucí rychlostí v, se začne
zpomalovat na dráze sb, bude se ještě předtím
pohybovat nebrzděným pohybem na dráze sn, kdy
nejprve řidič zareaguje na myšlenku brzdit,
sešlápne pedál brzdy, která bude mít zpožděný
účinek. Dráze nebržděného pohybu odpovídá v
praxi čas asi 1-2 s (čas reakce je asi 0,6-1 s). Celá
dráha je tedy dána dráhou rovnoměrného pohybu rychlostí v a dráhou rovnoměrného zpomaleného pohybu se
zpomalením a:
v2
s = sn + sb = v. t n +
2. a
kde tn je čas nebržděného pohybu vozidla
Zpomalení ale závisí na účinnosti brzdového systému a součiniteli adheze fa mezi pneumatikami a vozovkou.
Vozovka
suchá
mokrá
zablácená
asfalt
beton
náledí
0,5-0,7
0,7-0,9
0,3-0,5
0,5-0,6
0,001-0,1
0,2-0,3
0,3-0,4
Předpokládáme že brzdí všechna kola. Brzdíme-li obvodovou silou na kole F a mezi pneupatikami a vozovkou
vzniká při brždění třecí-adhezní síla Ft musí platit nerovnost, jinak dojde ke smyku:
F < Ft
m. a < m. g . f a
a < g. f a
Dosadíme-li hodnotu a s rovnítkem do rovnice dráhy s, bude skuteční dráha potřebná k zastavení vždy delší než
tato mezní hodnota.
Bezpečná vzdálenost mezi vozidly
Řidič vozu 1 jede rychlostí v1 a do zastavení ujede
dráhu s1 .Řidič vozu 2 po spatření brzdových světel
začne brzdit a zastaví na dráze s2 . Nemá-li tedy
dojít k nárazu, musí pro bezpečnou vzdálenost l
platit podmínky:
s2 > l + s1
v2 . tn +
kde a je zpomalení vozidel (předpokládáme stejné)
v 22
v2
>l+ 1
2. a
2. a
1
auto2.doc
Dynamika vozidla
Pro jednoduchost předpokládáme vozidlo jedoucí po vodorovné vozovce rychlostí v, motor přivádí na nápravu
efektivní (užitečný) výkon Pe s momentem hnacím Mk a pneumatika má dynamický poloměr r. Je zařazen
rychlostní stupeň, kterému odpovídá převodové číslo ip a v rozvodovce je převodové číslo ir.
Od teoretické síly na kole Fm pak musíme odečíst odpory vzniklé na konstrukci vozidla (Fp..odpory v
převodných ústrojích, Fvz..odpor vzduchu):
Fm =
M k .i p .ir
r
=
Pe
v
Fvz = cx . p d . S x
cx.. součinitel čelního odporu
Sx..čelní plocha
pd..dynamický tlak na čelní plochu
Skutečná hnací síla
Fhn = Fm − Fp − Fvz
(Tuto sílu bychom mohli získat také jako součet odporů závislých na vozovve a způsobu jízdy. Určili bychom
sílu odporu valení, sílu odporů při klesání-stoupání, sílu setrvačnou).
Převodovka
Převodovka násobí kroutící moment motoru v poměru převodového čísla. Vhodným řazením pak využíváme
motor v oblasti jeho největšího kroutícího momentu a tím dosahujeme nejlepších dynamických vlastností
vozidla. Špatným řazením se dá “promrhat” až 20 % paliva, proto vývoj směřuje k samočinným převodovkám.
Tříhřídelová čtyřstupňová převodovka s čelními koly
Je to současná koncepce převodovky pro klasické uspořádání
poháněcí soustavy.
Hnací hřídel 3 přivádí otáčkami motoru nm kroutící moment na
kola stálého záběru s počty zubů z1 a z2 . Na předlohovém
hřídeli 5 jsou kola pevně spojena s hřídelem (většinou jsou
vyrobena s ním vcelku), na hnaném hřídeli 4 jsou kola
nasazena otočně a jsou ve stálém záběru (mají ozubení čelní se
šikmými zuby). Na tomto hřídeli jsou nasazeny na drážkování
synchronizační spojky 1, které jsou ovládány přesouvacími
vidlicemi 2. Převodového stupně je tedy dosaženo až po
přesunutí synchronizační spojky a propojení s některým kolem
na hřídeli 4 (3). Nejvyšší rychlostní stupeň získáme spojením
synchronizační spojky s kolem z1 a získáme tím tzv.přímý
záběr (IV.stupeň).
Synchronizační spojka je složená ze spojky kuželové, kterou
tvoří synchronizační kroužky. Při zasouvání spojky se snaží tyto kroužky vyrovnat otáčky volně otočných kol s
otáčkami výstupní hřídele. Po sesynchronizování následuje zasunutí zbylé části spojky , která je provedena jako
zubová. Aretace je zajištěna kuličkovou západkou. Pro realizaci zpátečního chodu je použita třetí hřídel s kolem
o počtu zubů zz ,který pak vytváří vložené kolo mezi kolem na hřídeli 5 a hřídelí 4. Na schematu se řazení tohoto
kola provede pohybem směrem doleva (kola mají přímé zuby s ohledem na snadnost zasunutí).
Převodová čísla pro jednotlivé převodové stupně:
il =
z2 z4 nm
. =
z 1 z 3 n1
i ll =
z 2 z6 n m
. =
z1 z 5 n 2
2
illl =
z2 z8 nm
. =
z1 z7 n3
auto2.doc
Planetová převodovka
Tyto druhy převodovek se vyznačují kompaktností, větší tuhostí. Jsou výrobně náročnější a nákladnější. Proto se
užívají u dražších automobilů. Náhon je od motoru s otáčkami nm
na centrální kolo, které zabírá do satelitů S1. Na hřídeli se
vyskytují ještě satelity S2. Ty zabírají do dalšího centrálního kola,
které může být bržděno brzdou B1. Obdobně může být bržděn
unašeč U se satelity. Výstupní kroutící moment se odebírá přes
korunové kolo K. Zabržděním některé části získáme různá
převodová čísla.
Vícestupňové převody můžeme také získat řazením jednodušších
planetových převodovek za sebou (seriově). To znamená, že
výstupní konec napojíme na vstupní hřídel dalšího dílu (naše dvě
převodovky dle schematu pak dávají čtyři převody). Toto
jednoduché řešení v sobě skrývá zhoršení účinnosti zařízení celkového (účinnosti se násobí).
Hydrodynamická převodovka (měnič)
Dříve se tyto konstrukce užívaly u těžkých automobilů, nyní pronikají také do oblasti osobních vozů. Jejich
výhodou je pozvolné “řazení” , které lze jednodušeji
zautomatizovat, malá hlučnost..Naznačené schema se skládá z
hnacího kola-čerpadla Č, které vhání hydraulickou kapalinu na
lopatky reaktoru R. Ten dráhu kapaliny přetvoří, změní její
rychlost (relativní, unášivou) a dopraví ji na lopatky kola
turbínového T, získáme převod. Při zvětšování otáček se mění
rychlostní poměry kapaliny v reaktoru, až se dosáhne situace, že
moment reaktoru bude opačný. Ten způsobí uvolnění volnoběhu a
kolo reaktorové se začne točit ve smyslu kola čerpadlového. Tím
vznikne “druhý převod”.
Více převodů můžeme získat prokládáním kol reaktorových a turbínových. Každé reaktorové kolo má svůj
volnoběh, všechna kola turbínová jsou upevněna na jednu výstupní hřídel. “Měkkost záběru” můžeme ovlivnit
velikostí olejové náplně, dá se dočerpávat i odčerpávat za chodu zařízení.
Kloubový hřídel
Užívaný v klasickém uspořádání poháněcí soustavy. Spojuje převodovku s rozvodovkou. Protože rozvodovka je
uložena kyvně, musí kloubový hřídel tyto pohyby umožňovat. V
klasické podobě obsahuje na koncích klouby K1 a K2, které jsou
propojeny troubou. Poněvadž při pérování dochází také k
délkovým změnám mezi převodovkou a rozvodovkou, je v
konstrukci použita také dilatační spojka, nejčastěji zubová (ZS).
Trouba musí mít určitý průměr vzhledem k požadované tuhosti a
je také dynamicky vyvážena. Aby byla zajištěna rovnoměrná rychlost otáčení, jsou koncové klouby se svými
vstupními a výstupními konci uloženy rovnoběžně a vidlice na troubě leží v jedné rovině.
Pokud je koncepce s předním pohonem, je rozvodovka za převodovkou a výstupní hřídele z tohoto kompaktního
celku pohánějí přední kola pomocí stejnoběžných kloubů (spojek)(viz stať řízení).
3
auto2.doc
Rozvodovka a diferenciál
Rozvodovka má za úkol rozvést kroutící moment na jednotlivá kola vozu. Diferenciál má eliminovat rozdíl
otáček kola vnitřního a vnějšího při jízdě do zatáčky na této
nápravě. Nejvíce používaná koncepce je rozvodovka s kuželovým
diferenciálem. Ve skříni rozvodovky 5 jsou kola rozvodovky s počty
zubů z8 a z9 (převodové číslo asi 3-3,5). Skříň diferenciálu 1
obsahuje satelity 2 a planetová kola 3, která pohánějí hřídele
nápravy 4. Při přímé jízdě nekonají satelity 2 vzhledem ke skříni
žádný pohyb. V zatáčivé jízdě pak tyto kola konají vzhledem ke
skříni ke svým čepům rotační pohyb a navzájem v opačném smyslu.
Tím se otáčivý pohyb kola na vnitřní straně zatáčky zpomalí a na
vnější dráze kola zrychlí, nedojde k prokluzování pneumatik s
vozovkou. Uzávěr diferenciálu je možností zablokovat otáčení
satelitů a pak se přenáší zatížení rovnoměrně na obě nápravy 4 se
všemi důsledky na životnost pneumatik (ve schematu nezakresleno).
Používá se tedy pouze krátkodobě pro vyproštění vozidla, nebo
jízdu v terénu . Kuželová kola mají hypoidní ozubení (šroubové s mimoběžnými osami), kola diferenciálu pak
zuby přímé.
Šnekový diferenciál
Řešení umožňuje zvýšení tření ve šnekových převodech v závislosti na zatížení a tím supluje proměnlivě funkci
závěru diferenciálu.
Je mnoho různých řešení, naznačený systém nese
označení SENSOTORG. Vyniká citlivou charakteristikou
růstu svorných sil danou tím, že veškerá hybná spojení
mezi pastorky a satelity i pastorky navzájem jsou na bázi
šnekového ozubení.
1...klec diferenciálu poháněná kuž.soukolím rozvodovky
2...dvoudílný unášecí prstenec
3...trojice satelitů (na protilehlé straně je poloha B))
6,7...planetová kola
8,9...hnací hřídele nápravy
Hybné spojení klece diferenciálu 1 s planetovými koly 6 a
7 provádí unášecí prstenec 2, pevně přišroubovaný ke
kleci diferenciálu 1. V prstenci jsou upraveny přesné
otvory, v nichž jsou volně točně pastorky zabírající
šnekovým ozubením do planetových kol
6,7.
Prostřednictvím drážkovaného ozubení pohání planetová
kola hnací hřídele nápravy 8 a 9. Satelitů (pastorků) je
celkem šest. Všechny se jednou polovinou své délky
volně otáčejí v prstenci 2 a druhou polovinou své délky jsou v záběru s planetovými koly (tři s levým a tři s
pravým). Každá trojice satelitů je hybně-šnekovým ozubením-propojena mezi sebou.
Pohybuje-li se vozidlo přímo, satelity se kolem své osy neotáčejí, unáší stejnou rychlostí planetová kola a hnací
hřídele nápravy. Vjede-li vozidlo do zatáčky, kolo na vnitřní straně se zpomalí a kolo na vnější straně se zrychlí.
Satelity se začnou protáčet. Protože jde o malý rozdíl v rychlosti otáčení, satelity se otáčí bez odporu. Dojde-li
ke ztrátě adheze jednoho z hnacích kol, to se rychle roztočí a zrychlí se rapidně i otáčení satelitů. To má za
následek prudké zvýšení třecích sil na bocích šnekového ozubení satelitů. Ty se tedy přibrzdí, hybné spojení
klece diferenciálu s oběma planetovými koly se obnoví. Ke svornosti tedy dochází “měkce”.
Šneková ozubení, přesné dutiny uložení, drážkovaná spojení jsou výrobně náročná. Princip je výhodný užít také
v mezinápravových rozvodovkách u vozů s předním i zádním pohonem.
4
auto2.doc
Download

Auto II