A A A

Budowa i działanie stopniowych skrzynek biegów

W stopniowych skrzynkach biegów z przekładniami o stałych osiach mo- ment napędowy przekazywany jest przez walcowe koła zębate osadzone na równoległych wałkach, ułożysko- wanych w obudowie skrzynki. Zmianę przełożeń uzyskuje się przez włączanie różnych przekładni, tzn. par kół o różnych liczbach zębów. Najczęściej stosowany jest tzw. trzywałkowy układ skrzynek bie­gów (rys. 12.1), w którym wałek napędzający — sprzęgłowy i napędzany — główny, są współosiowe. Równolegle do nich usytuowany jest wałek pośredni. Moment napędowy może być przekazywany bezpośrednio, dzięki sprzęg­nięciu wałka sprzęgłowego z wałkiem głównym, lub pośrednio — z wałka sprzęgłowego na wałek pośredni przez przekładnię stałą i z wałka pośredniego na wałek główny przez przekładnie poszczególnych biegów. Oprócz skrzynek biegów o układzie trzywałkowym buduje się także skrzynki dwuwałkowe, w których napęd przenoszony jest z wałka na­pędzającego, przez przekładnie zębate poszczególnych biegów, na wałek na­pędzany umieszczony równolegle do wałka napędzającego. Na rys. 12.2 przedstawiono schemat zazębień trzywałkowej skrzyn­ki biegów, analogicznej do skrzynki przedstawionej na rys. 12.1. Napędzany jest wałek sprzęgłowy 7, zazębiony stale z kołem zębatym wałka pośredniego 2. Ta para kół zębatych zls i z2S tworzy zazębienie stałe (przekładnię stałą), przekazujące napęd na wałek pośredni. Z wałka pośredniego moment napę­dowy jest przekazywany na koła zębate osadzone przesuwnie na wałku głów­nym 3. Poszczególne biegi uzyskuje się ustawiając odpowiednio koła zębate na wałku głównym. Napęd jest przekazywany następująco: I bieg — wałek sprzęgłowy, zazębienie stałe, wałek pośredni, za­zębienie pierwszego biegu (z21, z31), wałek główny i dalej przez układ napę­dowy do kół jezdnych. II bieg — wałek sprzęgłowy, zazębienie stałe, wałek pośredni, zazębienie drugiego biegu (z22, zZ2 wałek główny i dalej. /// bieg — „bezpośredni" — przesuwne koło zębate drugiego biegu z32 zostaje sprzęgnięte z kołem zębatym na wałku sprzęgłowym. Napęd przekazywany jest więc bezpośrednio z wałka sprzęgłowego na wałek głów­ny z pominięciem wałka pośredniego, który obraca się bez obciążenia. Wsteczny bieg — wałek sprzęgłowy, zazębienie stałe, wałek po­średni, osobno ułożyskowane koło zębate wstecznego biegu zR, przesuwne koło zębate pierwszego biegu z3l, wałek główny i dalej. Zależnie od sposobu włączania rozróżnia się przekładnie z kołami przesuwnymi i z kołami stale zazębionymi. W przekładniach z kołami przesuwnymi włączenie biegu polega na przesunięciu koła zębatego, osadzonego na wielowypuście wałka głównego, tak aby zazębiło się ono z odpowiadającym mu kołem wałka po­średniego. Na rys. 12.3 przedstawiono przykładowo czterostopniową skrzyn­kę biegów z kołami przesuwnymi, stosowaną w samochodach FSC Lublin. Wałek sprzęgłowy ułożyskowany jest w łożysku kulkowym, w ściance obu­dowy skrzynki. Drugi jego koniec — niewidoczny na rysunku — ułożysko­wany jest w kole zamachowym silnika. Wieniec zębaty zazębienia stałego nacięty jest bezpośrednio na wałku sprzęgłowym. Zadania wałka pośrednie­go spełnia jednolita tuleja z naciętymi wieńcami zębatymi poszczególnych przekładni. Jest ona ułożyskowana na wałeczkach, na nieruchomym wałku ustalonym w ściankach obudowy skrzynki biegów. Wałek główny ułożysko­wany jest z jednej strony na wałeczkowym łożysku wewnątrz wałka sprzęgło­wego, a z drugiej strony w łożysku kulkowym w obudowie skrzynki. Na wałku głównym nacięty jest wielowypust, po którym przesuwają się koła zębate poszczególnych przekładni. Koła zębate przesuwa się za pomocą widełek zamocowanych na przesuwnych wodzikach, sterowanych przez kie­rowcę dźwignią zmiany biegów. Skrzynki biegów z przesuwnymi kołami zębatymi, jakkolwiek konstrukcyjnie najprostsze, ze względu na wiele wad są coraz rzadziej uży­wane. Włączanie przekładni przez przesuwanie koła zębatego spotyka się obecnie dość często tylko na biegach I i wstecznym. Przekładnie wyższych biegów budowane są prawie zawsze jako przekładnie o zazębieniu stałym. Do wad przekładni z przesuwnymi kołami zębatymi należą: trudne i hałaśliwe włączanie biegów (zwłaszcza przy dużych różnicach prędkości obrotowej); szybkie zużywanie się obrzeży zębów wskutek uderzeń przy włączaniu biegów; konieczność stosowania zaokrągleń obrzeży zębów w celu ułatwienia włączania, co powoduje wzrost szerokości kół zę­batych; szerokie rozstawienie kół zębatych na wałkach; konieczność stosowalna hałaśliwie pracujących kół zębatych o zębach prostych lub trudnych do wykonania, a więc dro­gich, wielowypustów śrubowych. W przekładniach z kołami zębatymi stałe zazębiony­mi koło na wałku głównym osadzone jest na łożysku (ślizgowym lub tocz­nym) i dopóki bieg nie jest włączony obraca się ono swobodnie, niezależnie od prędkości obrotowej wałka. Włączanie biegu polega na sprzęgnięciu koła zębatego z wałkiem. Służą do tego specjalne sprzęgła zębate, kłowe lub pal­cowe, których przesuwna część osadzona jest na wielowypuście wałka głów­nego. Takie rozwiązanie znacznie ułatwia włączanie biegów oraz umożliwia stosowanie kół zębatych o zębach śrubowych, pracujących ciszej niż koła o zębach prostych. Skrzynki biegów z takimi przekładniami są zwarte i cechu- , , je je większa trwałość. Na rys. 12.4 przedsta­wiono zasadę działania sprzę­gła zębatego. Na wielowypuście wałka głównego-umieszczony jest przesuwny pier­ścień, obracający się razem z wał­kiem. Pierścień ten ma po obu stronach wąskie wieńce zębate, odpowiadające wieńcom naciętym na bocznych powierzch­niach sąsiadujących z nim kół zębatych. Na zewnętrznej powierzchni pier­ścienia nacięty jest rowek, w który wchodzą widełki układu sterowania. Prze­sunięcie pierścienia w lewo powoduje zazębienie się wieńców zębatych sprzę­gła zębatego i włączenie biegu bezpośredniego (sprzęgnięcie wałków sprzę­głowego i głównego). Wałek główny obraca się z inną prędkością niż ułoży-skowane na nim koło zębate stale zazębione z kołem współpracującym osa­dzonym na wałku pośrednim. Przesunięcie pierścienia w prawo powoduje zazębienie się wieńców zębatych drugiego sprzęgła zębatego i przekazywa­nie momentu przez zazębienie stałe, wałek pośredni oraz przekładnię włą­czonego biegu — na wałek główny. Włączając przekładnię za pomocą samych sprzęgieł zębatych nie można uniknąć pewnych uderzeń, wywołanych różnicą prędkości obroto­wych sprzęganych elementów. Uderzenia te są źródłem dodatkowych obcią­żeń dynamicznych przekładni, stuków przy włączaniu biegu i wpływają nie­korzystnie na trawałość skrzynki biegów. Dlatego w wielu konstrukcjach stosuje się sprzęgła zębate połączone z dodatkowymi sprzęgłami ciernymi, których zadaniem jest synchronizowanie (wyrównywanie) prędkości obroto­wych sprzęganych elementów. Takie połączone sprzęgła cierne i zębate na­zywamy synchronizatorami. Przykładem konstrukcji, w której zastosowano sprzęgła zębate bez synchronizatorów, jest pięciostopniowa skrzynka biegów samochodu Star, przedstawiona na rys. 12.5. Przekładnie I i II biegu mają koła prze­suwne, natomiast przekładnie biegów III i V są stale zazębione. Bieg IV jest biegiem bezpośrednim. Biegi III, IV i V są włączane za pomocą sprzęgieł zębatych bez synchronizatorów, przy czym zadanie przesuwnego elementu sprzęgła zębatego włączającego III bieg spełnia odpowiednio skonstruowane koło zębate II biegu. Na uwagę zasługuje fakt, że w skrzynce tej bieg bez­pośredni nie jest biegiem najszybszym. Najszybszy jest bieg V, przy czym przekładnia tego biegu jest przekładnią przyspieszającą, czyli tzw. nadbie­giem. Nadbieg stosowany jest często w skrzynkach biegów samochodów ciężarowych przeznaczonych do ciągnięcia przyczep. Wykorzystuje się go wówczas, gdy samochód jedzie bez przyczepy, po dobrej płaskiej nawierzchni, a więc gdy opory ruchu są niewielkie. W takich warunkach dzięki stosowa­niu nadbiegu uzyskuje się zmniejszenie zużycia paliwa. Na rys. 12.6. przedstawiono w pełni zsynchronizowaną cztero­stopniową skrzynkę samochodu osobowego Polski Fiat 125p. Przekładnie wszystkich biegów są tu stale zazębione i włączane za pomocą synchroniza­torów. Omówione dotychczas trzywałkowe skrzynki biegów stanowią wy­odrębnione zespoły układu napędowego. Dość często, zwłaszcza w mniej­szych samochodach osobowych, spotyka się zblokowane układy napę­dowe, w których skrzynka biegów, przekładnia główna i mechanizm różni­cowy umieszczone są we wspólnej obudowie. Przykładem takiej konstrukcji, w której skrzynka biegów zbudowana w układzie dwuwałkowym jest zespo­lona z pozostałymi mechanizmami przeniesienia napędu, jest zblokowany układ napędowy samochodu Polski Fiat 126p (rys. 12.7). Z wałka napędza­jącego (połączonego ze sprzęgłem) moment przekazywany jest przez prze­kładnie poszczególnych biegów na wałek napędzany, na którego końcu na­cięte jest stożkowe koło zębate przekładni głównej. W samochodzie Polski Fiat 126p zespół napędowy usytuowany jest wzdłuż osi podłużnej samochodu. W niektórych samochodach skrzynka biegów ustawiona jest poprzecznie do kierunku jazdy. Na rys. 12.8 poka­zano takie rozwiązanie zastosowane w samochodzie Polski Fiat 127p. W ta­kim przypadku przekładnię główną stanowi para kół zębatych walcowych. Konstrukq'a taka jest bardziej zwarta. W samochodach ciężarowych przeznaczonych do pracy w różno­rodnych warunkach drogowych, a zwłaszcza w ciężkim terenie, nie wystar­cza zakres przełożeń, jaki można uzyskać za pomocą cztero- lub pięciobie-gowej skrzynki biegów. W takich przypadkach stosuje się zwykle zestawy złożone z dwóch zespołów: zasadniczej skrzynki cztero-, pięcio- lub nawet sześciobiegowej oraz dodatkowej przekładni zwielokrotniającej liczbę biegów zasadniczej skrzynki. Dodatkowe przekładnie zwykle mają przełożenie zwal­niające, dlatego nazywamy je reduktorami. Reduktory mogą stanowić jedną całość ze skrzynką biegów lub mogą być wykonywane jako osobne zespoły układu napędowego. Na rys. 12.9 przedstawiono dziewięciostopniową skrzynkę firmy Leyland, złożoną z typowej — produkowanej do innych samochodów — skrzynki pięciostopniowej oraz reduktora umieszczonego w oddzielnej obu­dowie, przykręconej śrubami do przedniej ścianki skrzynki. Dodatkowa przekładnia włączana jest za pomocą sprzęgła kłowego zamiast przekładni stałej, co podwaja liczbę pośrednich biegów skrzynki. Na rys. 12.10 przedstawiono dwustopniowy reduktor, stanowiący odrębny zespół układu napędowego. Reduktor taki, umieszczony za skrzyn­ką biegów, może pracować na biegu bezpośrednim — nie zmieniając prze­łożeń zasadniczej skrzynki biegów — lub może pracować na biegu zwalnia­jącym, dzięki czemu uzyskuje się biegi dodatkowe o przełożeniach równych iloczynowi przełożeń poszczególnych biegów skrzynki i zwalniającego prze­łożenia reduktora. W samochodach z napędem na dwa lub więcej mostów napędo­wych reduktor buduje się często jako jeden zespół ze skrzynką rozdziel­czą — tzn. z mechanizmem umożliwiającym w razie potrzeby doprowadze­nie napędu do wszystkich mostów lub wyłączanie napędu z jednego lub dwóch mostów przy jednoczesnym doprowadzeniu napędu do pozostałego mostu. Konstrukcję taką przedstawiono na rys. 12.11.