Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny
im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu
Wydział Mechaniczny
Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn
Budowa samochodów i teoria ruchu
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA
Układy napędowe.
2
Spis treści
1. Zadanie układu napędowego ............................................................................... 3
2. Klasyfikacja układów napędowych .................................................................... 4
2.1. Klasyczny układ napędowy ................................................................................ 5
2.2. Zblokowane układy napędowe ........................................................................... 7
2.2.1. Układ zblokowany przedni .......................................................................... 7
2.2.2. Układ zblokowany tylni ............................................................................... 8
2.3. Napęd na wszystkie koła .................................................................................. 10
2.4. Budowa i zasada działania sprzęgła jednotarczowego ..................................... 12
2.5. Budowa i zasada działania skrzynki biegów .................................................... 14
2.6. Wał napędowy i przeguby ................................................................................ 17
2.7. Budowa przekładni głównej i mechanizmu różnicowego ................................ 18
4. Wytyczne do sprawozdania ............................................................................... 19
3
1. Zadanie układu napędowego
Zadaniem układu napędowego w samochodzie jest przenoszenie mocy silnika do kół
napędowych i umożliwienie uzyskiwania takich przełożeń momentu obrotowego silnika, jaki
jest potrzebny bądź do pokonywania dużych oporów jazdy, bądź też do uzyskiwania dużej
prędkości samochodu przy mniejszych oporach jazdy. W tym celu w układzie napędowym
samochodu zastosowano przekładnie o stałym przełożeniu w postaci przekładni głównej
i przekładni o zmienianym przełożeniu w postaci skrzynki biegów oraz ewentualnie
dodatkowej skrzynki przekładniowej umieszczonej zwykle pomiędzy skrzynką biegów
a przekładnią główną (mostem napędowym) samochodu.
2. Klasyfikacja układów napędowych
Silnik umieszczony
wzdłużnie
Silnik umieszczony
Poprzecznie
Przedni
Silnik umieszczony
wzdłużnie
Silnik umieszczony
poprzecznie
Silnik umieszczony
centralnie
Tylny
Zblokowany układ napędowy Klasyczny układ napędowy
Ręcznie włączany napęd drugiej osi
w samochodach osobowych
Ręcznie włączany napęd
wszystkich kół w samochodach
ciężarowych i osobowych
Stały napęd wszystkich kół
z wykorzystaniem zespołów
samochodu osobowego
o napędzie przednim
Stały napęd wszystkich kół
z wykorzystaniem zespołów
samochodu osobowego
z klasycznym układem napędowym
Napęd na wszystkie koła
Układy napędowe
Rys.2.1. Klasyfikacja układów napędowych
2.1. Klasyczny układ napędowy
W samochodach osobowych silnik znajduje się pomiędzy kołami przednimi,
a napędzane są koła osi tylnej (rys. 2.2). Aby bardziej dociążyć oś tylną i uzyskać
korzystniejszy rozkład masy, w niektórych modelach zastosowano skrzynkę biegów
zblokowaną z przekładnią główną. Z wyjątkiem lekkich samochodów dostawczych wszystkie
samochody ciężarowe mają silnik umieszczony z przodu lub pomiędzy przednią i tylną osią.
Daleko do tyłu wysunięta powierzchnia ładunkowa uniemożliwia zastosowanie tu innego
rozwiązania. To samo dotyczy ciągników siodłowych, w których znaczna część masy naczepy
obciąża siodło, umieszczone ponad kołami tylnymi.
Rys.2.2. Klasyczny układ napędowy samochodu osobowego – silnik z przodu napęd na koła tylne (Fiat
130)
Rys.2.3. Układ napędowy z przekładnią i skrzynią zblokowany z tyłu samochodu (Chevrolet Corvette
1998).
6
Tabela 1 Zalety i wady klasycznego układu napędowego
Zalety Wady praktycznie nieograniczona długość silnika
i dlatego układ korzystny dla samochodów klasy
wyższej (z silnikami 8- i 12-cylindrowymi),
małe obciążenie elementów zawieszenia silnika,
ponieważ musi ono przejąć tylko maksymalny
moment silnika pomnożony przez przełożenie
najniższego biegu,
stosunkowo łatwa izolacja drgań silnika,
przy całkowitym obciążeniu pojazdu większa jego
część obciąża napędzane koła tylne (ważne
w samochodach kombi i w wypadku ciągnięcia
przyczepy,
dłuższy układ wylotowy, a dzięki temu lepsze
tłumienie hałasu, łatwa zabudowa katalizatora,
korzystna strefa zgniotu z poddającym się
zespołem napędowym,
możliwość zastosowania prostej konstrukcji
przedniego zawieszenia, nie narażonego na
oddziaływanie sił napędowych,
równomierne zużycie opon,
prosta konstrukcja układu sterowania skrzynki
biegów,
duża sprawność skrzynki biegów na biegu
bezpośrednim, ponieważ przekazywanie momentu
napędowego odbywa się bez udziału kół zębatych,
dużo miejsca na zabudowę układu kierowniczego,
dobre chłodzenie dzięki umieszczeniu silnika
i chłodnicy z przodu, możliwość zastosowania
oszczędniejszego wentylatora,
wydajne ogrzewanie dzięki krótkim przewodom
wodnym i gorącego powietrza.
niestateczność w ruchu na wprost (rys. 2.4), co
daje się jednak w pełni skorygować przez
właściwy dobór kątów ustawienia kół przednich,
odpowiednią konstrukcję tylnego zawieszenia
i zastosowanie odpowiednich opon;
napędzane koła tylne są mało obciążone, gdy
samochodem podróżują tylko dwie osoby, co przy
deszczowej pogodzie i w warunkach zimowych
zmniejsza możliwą do rozwinięcia siłę napędową
oraz powoduje niebezpieczeństwo poślizgu tylnych
kół, szczególnie przy szybkim pokonywaniu
ostrych zakrętów; poprawę może zapewnić
w samochodzie nie obciążonym rozkład masy
przypadającej na osie w stosunku 50/50% oraz
układ regulacji poślizgu kół napędowych ASR;
tendencja do zmiany toru ruchu pod wpływem
zmiany siły napędowej, czemu przeciwdziałać
może: skomplikowane zawieszenie tylne z ramą
pomocniczą i układem przeniesienia napędu, co
z kolei powoduje zmniejszenie pojemności
bagażnika;
wał przegubowy pomiędzy skrzynką biegów
a przekładnią główną przez co nie do uniknięcia
jest tunel w podłodze.
Rys.2.4. Jeśli są napędzane koła przednie (rysunek lewy), pojazd jest ciągnięty. Siły napędowe FX,W,a
i siła bezwładności Fc,V tworzą układ stateczny. W razie napędzania kół tylnych układ sił jest
teoretycznie niestateczny. Stateczność ruchu uzyskuje się odpowiednią geometrią ustawienia
kół przednich.
7
2.2. Zblokowane układy napędowe
Silnik, przekładnia główna i skrzynka biegów stanowią tu jeden zespół, umieszczony
przed, nad lub za przednią lub tylną osią. Konstrukcja taka jest bardzo zwarta i umożliwia
uzyskanie samochodu krótszego o 100 do 300 mm w porównaniu z samochodem, który
posiada klasyczny układ napędowy. Dodatkowo zblokowany napęd przedni umożliwia
uzyskanie odpowiednio więcej miejsca dla pasażerów i bagażu.
Napęd przedni nie jest jednak odpowiedni dla samochodów ciężarowych. Koła tylne są
tu silnie obciążone, natomiast koła przednie mniej. Mimo to niektórzy producenci
samochodów dostawczych, godząc się z tą wadą, decydują się na napęd przedni, aby uzyskać
możliwie jak najniższe położenie podłogi i dzięki temu zwiększenie przestrzeni ładunkowej
a także w celu ułatwienia załadunku.
2.2.1. Układ zblokowany przedni
Rys.2.5. Rozmieszczenie silnika, skrzynki biegów i mechanizmu różnicowego w samochodzie VW
Polo. Z powodu niesymetrycznego położenia mechanizmu różnicowego półoś napędowa
prowadząca do lewego koła przedniego jest krótsza od półosi prawej
8
Tabela 2 Zalety i wady zblokowanego przedniego układu napędowego
Zalety Wady obciążenie kół kierowanych i napędzanych,
duże bezpieczeństwo jazdy, szczególnie na mokrej
nawierzchni i w warunkach zimowych; samochód
jest ciągnięty, a nie pchany,
dobra zdolność rozpędzania i wystarczająca
zdolność pokonywania wzniesień przy małym
obciążeniu,
podsterowna charakterystyka podczas jazdy na
zakręcie i w związku z tym zdolność
samoczynnego wytłumiania zaburzeń ruchu,
mała wrażliwość na wiatr boczny,
prosta konstrukcja tylnego zawieszenia,
możliwy większy rozstaw osi, dzięki czemu
większy komfort jazdy,
krótsza droga przekazywania momentu
napędowego, ponieważ silnik, skrzynka biegów
i mechanizm różnicowy tworzą jeden zespół,
dobre chłodzenie silnika (chłodnica z przodu),
skuteczne ogrzewanie dzięki małej odległości,
płaska podłoga nadwozia,
długi układ wylotowy (ważne w wypadku
samochodów osobowych z katalizatorem),
duży bagażnik z korzystnie ukształtowaną strefą
zgniotu.
przy całkowitym obciążeniu pogorszenie zdolności
rozpędzania i pokonywania wzniesień na mokrej
i śliskiej nawierzchni,
w wypadku silników o większej mocy wpływ
napędu na kierowalność, ograniczona długość
silnika,
przy dużym obciążeniu przedniej osi wymagane
duże przełożenie przekładni kierowniczej lub
wspomaganie,
przy umieszczonej wysoko zębatkowej przekładni
kierowniczej wymagane centralne wyprowadzenie
drążków kierowniczych, w przeciwnym razie nie
do uniknięcia kinematyczne zmiany kątów
zbieżności kół,
konieczność przenoszenia przez zawieszenie
zespołu napędowego momentu silnika
pomnożonego przez całkowite przełożenie układu
napędowego,
obciążenia giętne układu wylotowego na skutek
przemieszczeń zespołu napędowego podczas
rozpędzania i hamowania (silnikiem),
skomplikowana konstrukcja przedniego
zawieszenia i półosi napędowych z przegubami
synchronicznymi o kompensacji ruchów osiowych
od strony wewnętrznej,
ograniczenie minimalnego promienia skrętu
i promienia zawracania przez dopuszczalny kąt
załamania przegubów (do 50°) albo ograniczenie
kątów skrętu kół przez wymaganą pojemność
przedziału silnika,
duża wrażliwość na niewyrównoważenie i błędy
kształtu opon kół przednich,
nierównomierne zużywanie się opon, ponieważ
koła przednie są zarówno skręcane, jak
i napędzane,
niekorzystny rozkład siły hamowania (ok. 75%
przód i 25% tył),
skomplikowane sterowanie skrzynki biegów, na
które mogą także wpływać przemieszczenia
zespołu napędowego.
2.2.2. Układ zblokowany tylni
Silnik umieszczony z tyłu, zblokowany ze skrzynką biegów i przekładnią główną
z mechanizmem różnicowym napędza koła tylne. Silnik może znajdować się za (rys. 2.6) lub
przed tylną osią, silnik centralny. W tym drugim wypadku nie ma miejsca na tylną kanapę,
ponieważ silnik zajmuje jej miejsce. Zbudowany w tym układzie samochód dwumiejscowy
może służyć tylko jako pojazd sportowy lub rajdowy.
9
Rys.2.6. Układ napędowy zblokowany z tyłu samochodu (VW Transporter)
Tabela 3 Zalety i wady zblokowanego tylnego układu napędowego
Zalety Wady dobre przyspieszenia dzięki małym momentom
bezwładności,
bardzo dobra zdolność pokonywania wzniesień,
krótka droga przekazywania momentu
napędowego dzięki zblokowaniu silnika ze
skrzynką biegów i przekładnią główną,
małe siły w układzie kierowniczym dzięki małemu
obciążeniu kół przednich,
korzystny rozkład siły hamowania,
łatwość wymontowania silnika (tylko w wypadku
silnika umieszczonego za tylną osią),
zupełny brak lub tylko niewielki tunel w płycie
podłogowej,
możliwość uzyskania małego zwisu przedniego.
niekorzystne zachowanie się samochodu w ruchu
prostoliniowym,
duża wrażliwość na wiatr boczny,
wyraźna tendencja do nadsterowności na zakręcie
(silnik umieszczony za tylną osią),
gorsza kierowalność na śliskiej nawierzchni
z powodu małego obciążenia kół przednich,
niekorzystny rozkład obciążenia opon (duże
obciążenie kół tylnych),
konieczność przejmowania przez zawieszenie
silnika momentu reakcyjnego równego momentowi
silnika pomnożonemu przez całkowite przełożenie
układu napędowego,
krótki układ wylotowy, trudny do właściwego
dostrojenia,
trudność wytłumienia hałasu silnika,
skomplikowane sterowanie skrzynki biegów,
w wypadku umieszczenia chłodnicy z przodu
długie przewody doprowadzające ciecz,
w przypadku umieszczenia chłodnicy z tyłu duży
pobór mocy przez wentylator z powodu
wymuszonego chłodzenia,
układ ogrzewania wymagający długich przewodów
wodnych i przewodów ciepłego powietrza,
trudność umieszczenia zbiornika paliwa
w bezpiecznej strefie,
ograniczona pojemność bagażnika.
10
2.3. Napęd na wszystkie koła
W tym układzie wszystkie koła samochodu osobowego lub ciężarowego są napędzane
przez cały czas (stały napęd wszystkich kół) lub też jedna z dwóch osi jest na stałe połączona
z silnikiem, a napęd drugiej jest dołączany ręcznie lub automatycznie. Umożliwia to sprzęgło
międzyosiowe. Jeśli doprowadzenie momentu napędowego do przednich i tylnych kół
odbywa się poprzez międzyosiowy mechanizm różnicowy, to na drodze konstrukcyjnej
można dobrać taki rozdział momentu pomiędzy osie, który będzie najkorzystniejszy ze
względu na rozkład obciążeń pionowych osi, przyjęty układ konstrukcyjny, czy też
wymagane własności pojazdu. Tak więc w samochodzie Audi V8 Quattro oraz
w samochodzie terenowym Mercedes-Benz klasy M przyjęto rozdział momentu w stosunku
50/50%, podczas gdy w samochodzie Mercedes-Benz klasy E tylko 35% momentu
napędowego przypada na koła przednie, a 65% na tylne.
Tabela 4 Zalety i wady napędu na wszystkie koła
Zalety Wady lepsze własności trakcyjne we wszystkich
warunkach drogowych, a w szczególności na
mokrej nawierzchni i w warunkach zimowych,
większe zdolności rozpędzania i pokonywania
wzniesień oraz ich niezależność od stopnia
obciążenia pojazdu,
możliwość uzyskiwania większych przyśpieszeń
na niskich biegach, szczególnie w przypadku
pojazdów z silnikami o dużej mocy,
mniejsza wrażliwość na działanie wiatru bocznego,
korzystniejsze zachowanie w wypadku
akwaplaningu,
szczególna przydatność do holowania przyczep,
korzystniejszy rozkład nacisków osi,
słabsza reakcja na zmianę siły napędowej,
równomierne zużycie opon.
większy koszt,
masa własna pojazdu większa o 6% do 10%,
ogólnie nieco mniejsza prędkość maksymalna,
zużycie paliwa większe o 5% do 10%,
nie zawsze jednoznaczne zachowanie się na
zakręcie,
mniejszy bagażnik w porównaniu z pojazdem
o napędzie przednich kół.
11
Rys.2.7. Napęd na wszystkie koła typu Syncro
Rys.2.8. Napęd na wszystkie koła typu Quattro
12
2.4. Budowa i zasada działania sprzęgła jednotarczowego
Rys.2.9. Sprzęgło jednotarczowe a)rozłączone, b) załączono
1 – koło zamachowe, 2 – wał korbowy, 3 – tarcza sprzęgła, 4 – okładziny, 5 – pedał sprzęgła,
6 – wałek sprzęgłowy, 7 – łożysko wyciskowe, 8 – sprężyny dociskowe, 9 – tarcza dociskowa
Zadaniem sprzęgła głównego w samochodzie, czyli sprzęgła umieszczonego między
silnikiem i mechanizmami napędowymi samochodu jest:
13
umożliwienie chwilowego odłączania silnika od mechanizmów napędowych
i łagodnego sprzęgania silnika znajdującego się w ruchu z mechanizmami
napędowymi samochodu.
zabezpieczenie wszystkich elementów układu napędowego przed nadmiernymi
obciążeniami mogącymi powstać w wyniku gwałtownego przyspieszenia mas
obrotowych związanych z mechanizmami napędowymi samochodu. Obciążenia tego
rodzaju w postaci momentu skręcającego w układzie napędowym, wywołanego
bezwładnością mas z nim związanych, mogą powstać w przypadku gwałtownego
połączenia silnika posiadającego dużą prędkość obrotową z mechanizmami
napędowymi w czasie ruszania samochodu z miejsca.
zabezpieczenie elementów mechanizmów napędowych, zwłaszcza kół zębatych, od
drgań skrętnych przekazywanych przez silnik do układu napędowego
i wynikających z cykliczności pracy silnika. Do tłumienia tych drgań służy
stosowane w sprzęgłach urządzenie zwane tłumikiem drgań skrętnych.
W sprzęgłach, współczesnych samochodów osobowych stosowane są tarczowe
sprężyny dociskowe zamiast sprężyn śrubowych.
Rozpowszechnienie w sprzęgłach samochodów osobowych sprężyn tarczowych jest
wynikiem wielu ich zalet w porównaniu ze sprężynami śrubowymi, a mianowicie:
uproszczenia konstrukcji sprzęgła dzięki wyeliminowaniu dźwigni
odwodzących tarczę dociskową, których zadanie spełniają wewnętrzne
brzegi sprężyny tarczowej,
możliwości uzyskania prawie stałej wartości momentu tarcia sprzęgła
niezależnie od stopnia zużycia okładzin ciernych dzięki małym zmianom
siły sprężyny w zależności od ugięcia w pewnych jego granicach,
małej siły potrzebnej do włączania i wyłączania sprzęgła,
prostszej technologii i mniejszych kosztów wytwarzania niż sprzęgieł ze
sprężynami spiralnymi.
Wadami sprężyn tarczowych są:
mała możliwość regulowania przez kierowcę płynności włączania
sprzęgła przy ruszaniu samochodu z miejsca,
utrudniona standaryzacja sprężyn tarczowych ze względu na ścisłą
zależność ich wymiarów i kształtu od indywidualnych wymiarów
konstrukcyjnych, nacisków jednostronnych i momentu tarcia
przenoszonego przez sprzęgło.
14
Rys.2.10. Sprężyna tarczowa
2.5. Budowa i zasada działania skrzynki biegów
W pojazdach samochodowych stosuje się trzy rodzaje skrzynek biegów, różniące się
sposobem sterowania. Są to:
skrzynki biegów zwykłe, w których wybranie odpowiedniego przełożenia (biegu)
oraz jego włączenie dokonuje kierowca,
skrzynki biegów półautomatyczne, w których kierowca wybiera żądane przełożenie,
natomiast jego włączenia dokonuje automat,
skrzynki biegów automatyczne, w których zarówno dobór najkorzystniejszego
w danych warunkach jazdy przełożenia, jak i jego włączanie odbywa się
samoczynnie.
Najmniej skomplikowane, a więc i najtańsze są zwykłe skrzynki biegów, toteż są one
powszechnie stosowane w popularnych samochodach osobowych.
15
Rys.2.11. Schemat kinematyczny trzywałkowej skrzyni biegów: 1 – wałek główny, 2 – wałek pośredni,
s – wałek sprzęgłowy
Przełożenia na poszczególnych biegach
12
11
1
2
S
SiI 22
21
1
2
S
SiII 32
31
1
2
S
SiIII 1IVi
2
1
1
2
3
1
2
3
1
2
T
T
S
S
T
T
T
T
S
SiR
16
Rys.2.12. Skrzynia dwuwałkowa zblokowana z przekładnią główną
Działanie najprostszego synchronizatora przedstawia rys. 2.13. Na wielowypuście
wałka głównego jest osadzony pierścień przesuwny 1. Pierścień przesuwny ma po obu
stronach powierzchnie stożkowe 2 o pochyleniu i średnicy odpowiadających powierzchniom
stożkowym kół zębatych. Zewnętrzna obwodowa część pierścienia stanowi szeroki wieniec
zębaty 3. Wieniec ten stale współpracuje z zębami wewnętrznymi pierścienia zewnętrznego 4.
Zewnętrzny pierścień przesuwny 4 jest ustalany na pierścieniu przesuwnym 1 za pomocą
zatrzasku kulkowego 5. Na obwodzie pierścienia zewnętrznego jest wykonany rowek, w który
wchodzą widełki mechanizmu sterowania skrzynki biegów.
Przesunięcie pierścienia zewnętrznego w prawo (rys. 2.13) powoduje przesunięcie
pierścienia przesuwnego. Stożki pierścienia przesuwnego i koła zębatego stykają się,
a występujące między nimi tarcie szybko prowadzi do wyrównania prędkości obrotowych obu
elementów. Dalsze zwiększenie nacisku na pierścień zewnętrzny powoduje pokonanie siły
oporu zatrzasku 5 i przesunięcie pierścienia zewnętrznego aż do zazębienia go z wieńcem
zębatym koła zębatego. Zazębienie to następuje w chwili, gdy wałek wraz z synchronizatorem
oraz koło zębate mają taką samą prędkość obrotową, toteż odbywa się cicho i bez uderzeń.
17
Rys.2.13. Zasada działania synchronizatora a) położenie luz (synchronizator wyłączony), b) włączenie
biegu (synchronizator wyrównuje prędkości koła zębatego i sprzęgła zębatego), c) zazębienie
koła zębatego z pierścieniem zewnętrznym, 1–pierścień przesuwny, 2–powierzchnie stożkowe,
3–wieniec zębaty, 4–pierścień zewnętrzny, 5–zatrzask
2.6. Wał napędowy i przeguby
Rys.2.14. Dwuczęściowy wał napędowy: 1,4–odcinki wału, 2–przegub elastyczny, 3–elastyczne
zawieszenie łożyska, 5–łożysko, 6–przeguby krzyżakowe
Rys.2.15. Przegub kulowy (Birfielda) 1–czasza kilista, 2–koszyk, 3–kulka, 4–piasta
18
2.7. Budowa przekładni głównej i mechanizmu różnicowego
Rys.2.16. Przekładnia główna z mechanizmem różnicowym: 1 – koło zębate atakujące, 2 – koło zębate
talerzowe, 3 – obudowa mechanizmu różnicowego, 4 – obudowa przekładni głównej, 5 – koł
zębate satelitów, 6 – koł koronowe, 7 – krzyżak
19
4. Wytyczne do sprawozdania
Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny
im. K. Pułaskiego w Radomiu
IEPiM INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN
LABORATORIUM (z przedmiotu) BUDOWA SAMOCHODÓW I TEORIA RUCHU
Ćwiczenie nr (wg harmonogramu)
Temat ćwiczenia: .....................................................................................................................
Data wykonania ćwiczenia ................ Prowadzący ....................................
Wydział MECHANICZNY Kierunek LOGISTYKA
Rok akademicki ......................Semestr .............. Grupa ........... Wykonawcy ćwiczenia OCENY (uwagi Prowadzącego)
sprawdziany sprawozdanie końcowa
1. Nazwisko Imię
2. .................................................
3. .................................................
.................
.................
.................
.................
.................
.................
................
................
.................
Sprawozdanie powinno zawierać:
1. Cel ćwiczenia
2. Przebieg ćwiczenia
Zadania do wykonania podczas ćwiczenia laboratoryjnego:
1. Opisać budowę wskazanego układu napędowego na podstawie stanowiska
dydaktycznego oraz wskazać wymienione elementy zabudowane na pojeździe.
2. Naszkicować i opisać budowę i zasadę działania sprzęgła ciernego
jednotarczowego.
3. Wykonać schemat kinematyczny skrzyni biegów i przekładni głównej
z mechanizmem różnicowym. Na naszkicowanych schemacie opisać budowę.
3. Wnioski