Reklama
A A A

Bezstopniowe skrzynki biegów — przekładnie

Ciągłą (bezstopniową) zmianę prze- łożeń można uzyskać wieloma sposoba- mi, stosując przekładnie mechaniczne, hydrauliczne (hydrokinetyczne lub hy- drostatyczne) lub elektryczne. Z prze­kładni bezstopniowych w samochodach stosuje się prawie wyłącznie prze­kładnie hydrokinetyczne. W przekładni takiej, podobnie jak w przypadku sprzęgła hydroki-netycznego, czynnikiem przenoszącym napęd jest ciecz wirująca między łopatkami wirników. Różnica między sprzęgłem a przekładnią polega na tym, że przekładnia hydrokinetyczna może zwiększać wartość przekazywa­nego momentu obrotowego, dostosowując go do chwilowego obciążenia. Efekt ten uzyskuje się dzięki zastosowaniu dodatkowego, nieruchomego elementu kierownicze­go o kształcie wirnika, tzw. kierownicy, umie­szczonego między tur­biną i pompą (rys. 12.26). Kąty pochyle­nia łopatek wirników pompy, turbiny oraz kierownicy są tak do­brane, że wirująca ciecz zmienia na ło­patkach kierownicy kierunek ruchu i na- pierając na me wywo­łuje powstanie mo­mentu reakcyjnego. O wielkości reakcyjnego oddziaływania kierownicy decy­duje stopień odchylenia kierunku przepływającej przez nią cieczy oraz prę­dkość tej cieczy. Zmiana kierunku ruchu zależy od konstrukcji wirnika, a ściślej od kształtu jego łopatek, natomiast prędkość przepływu cieczy zależy od różnicy prędkości obrotowych pompy i turbiny. Jeżeli wskutek napotkanego wzniesienia drogi, przeciwnego wiatru, bądź jakichkolwiek innych przyczyn, opory ruchu pojazdu wzrosną, wów­czas zmniejsza się prędkość jazdy i zmniejsza się prędkość obrotów turbi­ny, związanej układem napędowym z kołami. Spadek prędkości obrotowej turbiny w stosunku do prędkości pompy powoduje wzrost różnicy sił odśrod­kowych, działających na cząsteczki cieczy wypełniającej przestrzeń między-łopatkową wirników. Szybsze wirowanie cieczy między łopatkami powoduje powstanie większego momentu reakcyjnego na kierownicy, w wyniku czego wzrasta moment obrotowy na wale napędzanym przekładni i na kołach. Umożliwia to pokonanie napotykanych oporów ruchu i ponowne zwiększe­nie prędkości jazdy. W sprzęgłach hydrokinetycznych moment na turbinie Mt był zawsze równy momentowi na pompie Mp. W przekładniach hydrokinetycz­nych, dzięki zastosowaniu kierownicy, bilans momentów ma postać Mt = Mp + Mk gdzie: Mf, — moment reakcyjny na kierownicy. Stosunek momentu na wale napędzanym do momentu na wale napędzającym stanowi dynamiczne przełożenie przekładni, nazywane stop­niem transformacji i oznaczane literą k ™p k=Mt_= Mp + Mk = j Mk ™p Stosunek prędkości obrotowej wału napędzanego nt do prędkości obrotowej wału napędzającego np stanowi przełożenie kinematyczne prze­kładni Sprawność przekładni hydrokinetycznej r, określamy jako stosu­nek mocy oddawanej przez turbinę Nt do mocy pobieranej przez pompę Np Jak widać, sprawność przekładni hydrokinetycznej jest równa iloczynowi stopnia transformacji i przełożenia kinematycznego. Na rys. 12.27 przedstawiono charakterystykę przekładni w po­staci funkcji k =/(*) oraz >) = f(i), tzn. w postaci zależności stopnia trans­formacji i sprawności od przełożenia kinematycznego. Charakterystykę taką można także wykonać w funkcji poślizgu przekładni s, przy czym poślizg określa się jako Z zależności 12.7 widać wyraźnie, że wzrostowi poślizgu (spowodowane­mu np. wzrostem opo­rów ruchu) towarzyszy zmniejszenie się wartości przełożenia kinematyczne­go. Jednocześnie rośnie jednak stopień transforma­cji (patrz rys. 12.27). Do kół doprowadzony jest więc większy moment, ale obra­cają się one z mniejszą prę­dkością obrotową. Taki sam efekt osiąga kierowca samo­chodu wyposażonego w stopniową skrzynkę biegów, gdy w celu pokonania zwiększonych oporów ruchu włącza niższy bieg. Zgodnie z zależnością 12.6 sprawność przekładni jest równa zero, gdy k = 0 oraz gdy i = 0. Jak widać z rys. 12.27, ze wzrostem wartości i funkcja yj = /(i) początkowo rośnie, osiąga maksimum, a następnie maleje i dla i = 100% *) jest równa zeru. Szczególnie szybko sprawność przekład­ni maleje począwszy od wartości i, przy której stopień transformacji k = 1 (punkt A wykresu). Zgodnie z wzorem 12.4 stopień transformacji osiąga wartości mniejsze od jedności wówczas, gdy moment na kierownicy Mk zmienia znak na ujemny. Aby uniknąć pracy przekładni hydrokinetycznej w zakresie niskiej sprawności, konstrukcja przekładni powinna wykluczać możliwość występowania ujemnego momentu reakcyjnego na kierownicy. Można to osiągnąć łącząc kierownicę z obudową nie w sposób sztywny, lecz za pomocą sprzęgła jednokierunkowego (tzw. wolnego koła). Wówczas przekładnia pracuje w opisany poprzednio sposób tak długo, dopóki mo­ment Mk jest dodatni. Gdy wartość momentu spada do zera, kierownica zaczyna obracać się razem z turbiną. Moment reakcyjny Mk = 0 i przekład­nia zaczyna pracować jak sprzęgło hydrokinetyczne. Charakterystykę takiej przekładni przedstawiono na rys. 12.28. Na rys. 12.29 przedstawiono chara­kterystykę przekładni hydrokine­tycznej, w której oprócz wolnego koła zastosowano dodatkowe sprzęgło cierne między wałami napędzającym i napędzanym. Z chwilą gdy zaczyna obracać się kierownica, następuje równocześnie samoczynne sprzęgnię­cie wałów, dzięki czemu napęd prze­noszony jest w sposób bezpośredni. Sprawność takiego przeniesienia napę­du 7) = 1. Zdolność samoczynnego do­stosowywania się momentu obrotowe­go na wale napędzanym do obciąże­nia stanowi cenną zaletę przekładni hy-drokinetycznych. Odbierany moment obrotowy zmienia się automatycznie, bez udziału kierowcy i jakiegokolwiek specjalnego urządzenia sterującego. Dlatego w większości automatycznych skrzynek biegów stosuje się prze­kładnie hydrokinetyczne. Aby jed­nak zwiększyć zakres przełożeń takiej przekładni, łączy się ją zwykle z kilku­stopniową mechaniczną skrzynką bie- gów (najczęściej planetarną), w której poszczególne biegi włącza się przez dodatkowy układ automatycznego sterowania. Taki zespół nazywamy skrzyn­ką hydromechaniczną. Hydromechaniczne skrzynki biegów znalazły szerokie zastosowa­nie we współczesnych samochodach. Na rys. 12.30 przedstawiono przykłado­wo automatyczną hydromechaniczną skrzynkę biegów systemu Torąueflite, stosowaną w wielu samochodach, np.: Chrysler, De Soto, Dodge, Imperial i inne. Jest ona złożona z przekładni hydrokinetycznej o zakresie przełoże­nia od 1,0 do 2,7 oraz trójstopniowej skrzynki planetarnej o dwóch reduku­jących rzędach planetarnych. Trzeci stopień przekładni uzyskuje się włą­czając przełożenie bezpośrednie. Na rys. 12.31 przedstawiono charakterys­tykę takiej przekładni.