Rodzaje skrzynek biegów. W pojazdach samochodowych są stosowane trzy rodzaje skrzynek biegów, różniące się sposobem sterowania. Są to: Zwykłe skrzynki biegów, w których wyboru odpowiedniego przełożenia (biegu) oraz jego włączenia dokonuje kierowca. Półautomatyczne skrzynki biegów, w których kierowca wybiera żądane przełożenie, natomiast jego włączenia dokonuje automat. Automatyczne skrzynki biegów, 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 oraz w wielu samochodach ciężarowych i autobusach. Zwykłe skrzynki biegów umożliwiają stopniową zmianę przełożeń w drodze kolejnego włączania par kół zębatych, o różnych liczbach zębów, czyli o różnym przełożeniu. Skrzynki biegów z przesuwnymi kołami zębatymi. Stosowana w klasycznym układzie napędowym skrzynka biegów stanowi osobny zespół, zamknięty w oddzielnej obudowie. Skrzynka taka z reguły ma trzy wałki (rys. 3.14): Wałek sprzęgłowy 1, wyprowadzony z obudowy skrzynki biegów w stronę sprzęgła. Wałek ten służy do wprowadzenia do skrzynki biegów momentu obrotowego odbieranego z sil­nika. Wałek główny 3, wyprowadzony z obudowy skrzynki biegów w stronę wału napędowego i z nim połączony. Wałek ten służy do wyprowadzenia ze skrzynki biegów momentu obrotowego odpowiednio zwiększonego przez przełożenie. Wałek pośredni 2, całkowicie zamknięty wewnątrz obudowy skrzynki biegów. Wałek ten pośredniczy w przeniesieniu momentu z wałka sprzęgłowego na wałek główny. Schematy zazębień trzywałkowej trzybiegowej skrzynki biegów (analogicznej do skrzynki przedstawionej na rys. 3.14) ilustruje rys. 3.15. Moment obrotowy odbierany z silnika jest wprowadzony do skrzynki biegów przez wałek sprzęgłowy I, a następnie — przez parę stale zazębionych kół zębatych zls i z2s — kierowany na wałek pośredni 2. Z tego wałka napęd jest przekazywany na wałek główny 3 przez odpowiednią, kolejno sprzęga­ną parę kół zębatych. W ten sposób otrzymujemy: Bieg I — współpracują koła zębate z2i i Bieg II — współpracują koła zębate z22 i z-n- Bieg III — bezpośrednie sprzężenie wałka sprzęgłowego 1 z wałkiem głównym 3. W tym przypadku nie jest użyta żadna z przekładni, więc na wał napędowy jest przekazywany moment obrotowy silnika. Wałek pośredni obraca się swobodnie. Położenie luzu — nie jest zazębiona żadna z par kół zębatych między wałkami pośrednim i głównym. Wałek pośredni obraca się swobodnie, a wałki sprzęgłowy i główny wirują niezależnie od siebie, stosownie do aktualnych prędkości obrotowych silnika i wału napędowego. Bieg wsteczny — zmiana kierunku wirowania wałka głównego. Konieczne jest więc dodanie koła zębatego biegu wstecz­nego zR. Współpracują koła zębate z2R, zr i zn. W omówionej skrzynce biegów zmianę przełożenia uzyskuje się przez przesunięcie jednego z kół zębatych. Pary kół zębatych są zatem przekładniami z kołami przesuwnymi. Taka skrzynka biegów, chociaż konstrukcyjnie najprostsza, ma wiele wad, a mianowicie: • utrudnione i hałaśliwe zazębianie kół zębatych, powodujące szybkie zużywanie się krawędzi zębów; • konieczność stosowania kół zębatych o zębach prostych, hałasujących podczas pracy, oraz • szerokie rozstawienie kół zębatych na wałkach, zwiększające wymiary skrzynki biegów. Wad tych nie mają skrzynki biegów z kołami stale zazębionymi. Skrzynki biegów z kołami zębatymi stale zazębionymi. W takiej skrzynce pary kół zębatych na wałkach pośrednim i głównym są ze sobą stale zazębione, natomiast kolo wałka głównego może się na nim swobodnie obracać. Sprzężenia tego koła zębatego z wałkiem głównym dokonuje się za pomocą sprzęgła zębatego. Zasadę działania sprzęgła zębatego ilustruje rys. 3.16. Na wie-lowypuście wałka głównego 3 jest umieszczony pierścień przesuwny 4. Po obydwu stronach tego pierścienia są wykonane wąskie wewnętrzne wieńce zębate 5, odpowiadające wieńcom zewnętrznym 6 na kołach zębatych. Moment obrotowy z silnika jest doprowadzany do skrzynki biegów wałkiem sprzęgłowym 1, a następnie parą kół zębatych — zls i z2s — do wałka pośredniego 2. Stale zazębiona para kół zębatych z2 i z3 powoduje obracanie się kola zębatego z3, ale nie wprawia w ruch wałka głównego 3 dzięki łożysku 7. Dopiero przesunięcie pier­ścienia przesuwnego 4 w prawo i zazębienie wieńców zębatych 5 i 6 powoduje sprzężenie koła zębatego z3 z wałkiem głównym i przeniesienie momentu przez skrzynkę biegów. Mo- ment na wałku głównym jest zwielokrotniony dzięki przełożeniu przekładni zębatych. Przesunięcie pierścienia przesuwnego 4 w lewo i zazębienie wieńców zębatych 8 i 9 powoduje bezpośrednie sprzężenie wałków sprzęgłowego i głównego. W tym przypadku moment obrotowy przenoszony przez wałki nie ulega zmianie, chociaż wszystkie koła zębate skrzynki biegów są stale w ruchu. Zastosowanie stale zazębionych par kół zębatych umożliwia wykonywanie zębów skośnych, pracujących znacznie ciszej. Przekrój czterobiegowej skrzynki biegów ze stale zazębionymi kołami zębatymi przedstawia rys. 3.17. W chwili sprzęgania wieńca sprzęgła zębatego z wieńcem koła zębatego występują uderzenia wywołane różnicą prędkości obrotowych sprzęganych elementów. Uderzeń tych można uniknąć stosując sprzęgła zębate połączone z dodatkowymi sprzęgłami ciernymi, których zadaniem jest synchronizowanie (wyrównywanie) prędkości obrotowych sprzęganych elementów przed włączeniem sprzęgła zębatego. Działanie najprostszego synchronizatora przedstawia rys. 3.18. Na wielowypuście wałka głównego jest osadzony pierścień przesuwny 1. Pierścień przesuwny ma po obu stronach powierzchnie stożkowe 2 o pochyleniu i średnicy pasujących do analogicznych powierzchni stożkowych wykonanych na kołach zębatych. Zewnętrzna obwodowa część pierścienia 1 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. 3.18b) powoduje — dzięki zatrzaskowi 5 — przesunięcie także pierścienia przesuwnego 1. Stożki pierścienia przesuwnego i koła zębatego stykają się, a występujące między nimi tarcie szybko prowadzi do wyrównania prędkości obrotowych obu elemen tów. Dalsze zwiększenie nacisku na pierścień zewnętrzny powoduje pokonanie siły oporu zatrzasku 5 i przesunięcie pierścienia zewnętrznego, aż do zazębienia go z wieńcem koła zę­batego. Zazębienie to następuje w chwili, gdy wałek główny wraz z synchronizatorem oraz koło zębate mają takie same prędkości obrotowe, toteż odbywa się bez uderzeń, gładko i cicho. Stosowane w praktyce synchronizatory są nieco bardziej skom­plikowane. Dobry synchronizator umożliwia bez zgrzytu zmianę biegów w samochodzie bez wyłączania sprzęgła. Taki sposób dokonywania zmiany biegów nie jest jednak zalecany, gdyż powoduje znaczne obciążenie elementów synchronizatora. Usytuowanie synchronizatorów w skrzynce biegów jest widoczne na rys. 3.17. W zblokowanych układach napędowych, w których skrzynka biegów jest usytuowana blisko przekładni głównej, stosuje się skrzynki biegów dwuwałkowe. Moment obrotowy jest przeka- zywany z silnika wprost na wałek pośredni, spełniający tu także zadanie wałka sprzęgłowego. Z wałka głównego napęd jest przekazywany wprost na przekładnię główną, znajdującą się zwykle we wspólnej obudowie ze skrzynką biegów. Przykład zblokowanego układu napędowego z dwuwałkową skrzynką biegów przedstawia rys. 3.19. Wałki skrzynki biegów są ułożyskowane w łożyskach tocznych. Natomiast obecność oleju w skrzynce biegów, niezbędna do smarowania współpracujących kół zębatych oraz synchronizatorów, umożliwia zastosowanie łożysk ślizgowych przy osadzaniu kół zębatych na wałku głównym. Zapewnia to możliwość znacznego zmniejszenia wymiarów skrzynek biegów. Niezależnie od rozwiązania konstrukcyjnego skrzynki biegów przełączanie biegu polega na przesunięciu kół zębatych, sprzęgieł zębatych lub synchronizatorów. Przeniesienie siły i przesunięcia z dźwigni zmiany biegów — uruchamianej przez kierowcę — na widełki przełączające, działające bezpośrednio na przesuwane elementy, umożliwia mechanizm sterowania skrzynki biegów. Część zewnętrzna mechanizmu sterowania, znajdująca się poza skrzynką biegów, sprzęga dźwignię zmiany biegów z wystającymi poza obudowę skrzynki wałkami części wewnętrznej mechanizmu sterowania. Część zewnętrzna składa się z układu cięgien lub łączników sztywnych, ukształtowanych i połączonych stosownie do konstrukcji samochodu i usytuowania w nim skrzynki biegów (rys. 3.20). Niekiedy część zewnętrzną mechanizmu stanowi tylko dźwignia zmiany biegów, wchodząca wprost do wnętrza skrzynki biegów i poruszająca bezpośrednio wodziki mechanizmu wewnętrznego. W większości skrzynek biegów jako część wewnętrzną mecha-nimu sterowania stosuje się wodzikowe mechanizmy zmiany biegów (rys. 3.21). Widełki 1 przesuwają przełączany element (koło zębate, pierścień zewnętrzny synchronizatora itp.). Każde widełki są zamocowane na osobnym wodziku 6', również przesuwanym. Przesuwki 2, 3 i 4 są zamocowane na wodzikach w takim położeniu, że wchodzący do skrzynki koniec dźwigni sterującej 7, znajdującej się w położeniu luzu, po wprawieniu go w ruch w kierunku A może wybrać jeden z wodzików. Po wybraniu odpwiedniego wodzika można go przesunąć do przodu lub do tyłu (w kierunku B), włączając odpowiadający temu ruchowi bieg. Wodziki są zabezpieczone przed obracaniem się występami 5 oraz przed niepożądanym przesuwaniem się — zatrzaskami sprężynowymi. Ponadto specjalny system blokady, działający na wodziki, zabezpiecza przed jednoczesnym włączeniem dwóch biegów i przed pomyłkowym włączeniem biegu wstecznego podczas jazdy do przodu. Automatyczne bezstopniowe skrzynki biegów. W pojazdach samochodowych jako bezstopniowe skrzynki biegów z reguły stosuje się przekładnie hydrokinetyczne. Tak jak w przypadku sprzęgła hydrokinetycznego, czynnikiem przenoszącym napęd jest ciecz, wirująca miedzy łopatkami wirników (rys. 3.22). W przekładni hydrokinetycznej oprócz elementu napędzającego (pompy 1) oraz elementu napędzanego (turbiny 2) zastosowano nieruchomy element o kształcie wirnika, tzw. kierownicę 3. Dzięki temu pojawiła się możliwość zwiększania wartości przekazywanego momentu obrotowego stosownie do chwilowego obciążenia. W zastosowaniu do pojazdów samochodowych zakres przełożeń możliwych do uzyskania w przekładni hydrokinetycznej jest niewystarczający. Dlatego zazwyczaj przekładnię hydrokinetyczną łączy się z kilkubiegową mechaniczną skrzynką biegów, w której poszczególne biegi włącza się za pomocą dodatkowego układu automatycznego sterowania. Zespół taki jest nazywany hydromechaniczną skrzynką biegów.