Převodovka – zařízení, účel, typy

Účel a vlastnosti zařízení převodovky. Princip činnosti převodovek. Specifika a výhody různých typů.

Převodovka neboli převodovka (Gearbox) je jednou z nejdůležitějších převodových jednotek – spolu s hnací hřídelí, spojkou a zadní hnací nápravou. Jako součást převodovky je převodovka typická pro všechny spalovací motory.

Účel a zařízení

• změny točivého momentu,
• změny rychlosti,
• korekce směru pohybu vozu,
• odpojení spalovacího motoru a převodovky a naopak jejich připojení (tato potřeba je aktuální při přeřazování, potřebě dosažení nízkých „plíživých“ rychlostí a krátkodobém zastavení vozidla),
• zablokování měniče momentu (funkce je cenná pro snížení ztráty užitečné energie „automatu“ při přenosu momentu v situaci, kdy se vyrovnají otáčky hnané a hnací turbíny).

Skříň převodovky s „mechanikou“ kombinuje hřídele (2, 3 nebo více), synchronizátor, ozubená kola, řadicí páku, drátěné kroužky, ložiska a olejová těsnění.

Zařízení automatické převodovky (převodovka s „automatikou“) je jednotka, která obsahuje měnič točivého momentu, planetové soukolí, spojky, brzdový pás, řídicí jednotku (čerpadlo + olejová vana + ventilová skříň).

Robotické převodovky mohou být založeny buď na mechanických řešeních s elektrickou nebo hydraulickou spojkou a systémem řízení převodů, nebo na automatických převodovkách vybavených elektrohydraulickým pohonem spojky.

Podívejme se na spojku, ozubená kola, hřídele a synchronizátory podrobněji.

Spojka

Navrženo pro přenos točivého momentu ze setrvačníku klikového hřídele spalovacího motoru na vstupní hřídel převodovky.

Díky přítomnosti spojky může být motor na krátkou dobu opatrně odpojen od převodovky a převodovka může být chráněna před přetížením.

Standardní spojka u většiny vozidel s manuální převodovkou zahrnuje setrvačník, přítlačný kotouč, hnaný kotouč, vyhazovací ložisko, pohon, vidlici a spínač spojky.

Jeden motor je spojen s koly, druhý se spalovacím motorem. Ve chvíli, kdy řidič pustí pedál, se kotouče přitlačí k sobě a začnou se společně otáčet.

Právě o klasické spojce jako takové se nejčastěji mluví při použití manuální převodovky a při jízdě se spalovacím motorem na automatické převodovce se mluví o kombinovaném řešení spojky a měniče momentu. Jeho okamžitá funkce je podobná jako u spojky. Řidič ale nemusí provádět žádné rutinní úkony a mačkat spojku ručně. Všechno za něj udělá samotný kontrolní bod.

Pokud jde o robotická řešení, jako je DSG (s mechatronikou), mají dvě spojky. Přítomnost dvou spojek je cenná pro zvýšení výkonu vozidla při minimalizaci prokluzu a optimalizaci spotřeby paliva.

Fyzicky totiž v okamžiku přepnutí mohou otáčky motoru při použití dvou spojek zůstat na stejné úrovni.

Na obrázku níže vidíte „chování“ spojky v robotické převodovce DSG v okamžiku přeřazení na druhý rychlostní stupeň.

Ozubená kola a hřídele

Ozubená kola a hřídele jsou hlavními „regulátory“ točivého momentu. Právě ozubená kola a hřídele pomáhají měnit převodový poměr. Nedílné prvky všech manuálních převodovek a některých automatických převodovek (například Honda).

Konstrukce manuální převodovky je nejčastěji navržena tak, aby osy hřídelů byly v rovnoběžné rovině. Ozubená kola jsou namontována nahoře.

Primární nebo hnací hřídel (hřídel pedálu) je spojen se setrvačníkem přes spojkový koš. Výstupky pomáhají posouvat druhý kotouč spojky a směrovat točivý moment na mezihřídel přes ozubené kolo.

Konec sekundárního hřídele sousedí s ložiskem na hnacím hřídeli. Vzhledem k tomu, že zde není žádné pevné spojení, jsou hřídele nezávislé a neexistuje žádná překážka pro jejich otáčení v různých směrech. Neexistují žádné překážky pro různé rychlosti.

Konstrukce automatické převodovky zahrnuje planetovou převodovku místo ozubených kol a hřídelí. Ozubená kola a hřídele se vždy otáčejí jako jeden celek. Ale konstrukčně to mohou být buď různé části, nebo neoddělitelná jednotka.

Synchronizátory

Synchronizátory jsou integrálním prvkem převodovky s ozubenými koly – kromě řešení s posuvnými ozubenými koly. Fyzicky je práce synchronizátorů způsobena silou tření.

Funkcí synchronizátorů je vyrovnat rychlost otáčení ozubených kol a hřídelí a tím vytvořit všechny podmínky pro plynulé řazení. Díky synchronizátorům se převodovka méně opotřebovává a je méně hlučná.

Synchronizátory jsou aktivně přítomny v manuálních převodovkách a robotických převodovkách. U vozů s planetovými automatickými převodovkami jsou alternativou k synchronizátorům prvky regulace tření. Synchronizátory se skládají ze spojky, pojistných kroužků, pojistného kroužku, pružiny a ozubených kol.

Jak funguje standardní synchronizátor?

• Spojka je vedena směrem k převodu.
• Pojistný kroužek spojky absorbuje sílu.
• Povrchy zubů začnou interagovat.
• Aretace získá polohu „na doraz“.
• Zuby spojky jsou proti zubům pojistného kroužku.
• Spojka zabírá s ozubeným věncem.
• Spojka a převodovka jsou zablokovány.

Zdálo by se, že kroků je poměrně hodně, ale to vše se děje ve zlomku sekund – ve chvíli, kdy řidič zařadí rychlostní stupeň.

Princip činnosti manuálních převodovek

Převodovky s „mechanikou“ používají během provozu různé kombinace převodů.

Princip činnosti manuální převodovky je založen na vytvoření spojení mezi primárním a sekundárním hřídelem. Díky použití převodů s různým počtem zubů se převodovka přizpůsobuje podmínkám na silnici a cílům řidiče.

S rostoucí rychlostí otáčení výstupního hřídele manuální převodovky vzhledem k rychlosti otáčení vstupního hřídele klesá velikost točivého momentu od spalovacího motoru k rozvoru.

Když rychlost otáčení výstupního hřídele manuální převodovky klesá v poměru k rychlosti otáčení vstupního hřídele, velikost točivého momentu z motoru na hnací kola se naopak zvyšuje.

Převodovky se liší počtem stupňů. Každý stupeň má svůj vlastní převodový poměr. Představuje poměr počtu zubů hnaného kola k počtu zubů hnacího kola.

Nízký převodový stupeň má nejvyšší převodový poměr a vysoký převodový stupeň má naopak nejmenší převodový poměr Čím nižší převodové poměry, tím rychleji může vozidlo akcelerovat.

Když se změní převodové poměry a rychlost vozidla, použije se spojka k dočasnému odpojení převodovky.

Podle provedení převodovky může být dvouhřídelová nebo tříhřídelová. Jak zařízení, tak provozní proces jednotek se poněkud liší.

2-hřídelová převodovka: zařízení a princip činnosti

• kliková skříň – nosný prvek, pouzdro. Všechny ostatní části zařízení jsou k němu připojeny. Chrání také jednotku před vnějšími vlivy a osobu před rotujícími částmi a slouží také jako sklad oleje.
• hřídele – primární a sekundární,
• ozubená kola (v blocích), část je připevněna k hnací hřídeli, část k hnané hřídeli,
• drážkování (spojuje PV a spojku),
• synchronizátory.

Řadicí páka je v neutrální poloze: převody se točí, točivý moment ze spalovacího motoru se nepřenáší na kola.

Páčka je posunuta – synchronizační spojka také mění polohu. Úhlové rychlosti odpovídajícího hřídele a ozubeného kola jsou vyrovnány. Točivý moment se přenáší z primárního hřídele na sekundární hřídel. Točivý moment se přenáší ze spalovacího motoru na hnací kola s daným převodovým poměrem.

Na obrázku je zpátečka samostatně. U něj má převodovka zpátečku. Vložené kolo se používá ke korekci směru. Je namontován na samostatné nápravě.

3hřídelová převodovka: konstrukce a princip činnosti

3hřídelová řešení jsou oblíbená u vozů s pohonem zadních kol.

• Povozník.
• Vedval.
• Hnaná hřídel. Nachází se na stejné ose s hnacím.
• Mezilehlá hřídel. Montuje se paralelně k primární části.
• Ozubená kola. Převodovka s hnaným hřídelem se na něm volně otáčí. Blok převodu mezilehlého a hnaného hřídele je opatřen tuhým spojením a ozubená kola na hnaném hřídeli se volně otáčejí, není zde zřetelná fixace.
• Synchronizátory. Zůstávají ve všech rychlostech. Díky štěrbině se volně pohybují v podélném směru.
• Spínací mechanismus (páka + jezdce + blokovač). Namontované na klikové skříni.

Systém funguje podobně jako dvouhřídelový systém, ale díky přítomnosti mezihřídele existuje více možností.

Vstupní hřídel pracuje v tandemu se spojkou a je odpovědná za přenos točivého momentu na mezihřídel. Všechny části jsou v záběru. Zásadní rozdíl je v tom, že dochází k menším ztrátám třením při prvním převodu a schopnosti zajistit záběr dvou párů převodů najednou. V souladu s tím má řešení vyšší účinnost na prvním rychlostním stupni.

Typy převodovek

Vzhledem ke konstrukci a účelu převodovky nebylo možné nezmínit, že se dodávají v různých typech: mechanické, automatické, robotické. Kromě toho existuje také taková podskupina zařízení, jako jsou variátory. Podívejme se na tyto kontrolní body podrobněji.

Manuální převodovky

„Mechanika“ je klasika. Pro práci s „mechanikou“ potřebujete dovednosti a porozumění tomu, jak volit převodové poměry, ale díky schopnosti řídit v manuálním režimu se řidič dokáže mistrovsky přizpůsobit jakýmkoli jízdním podmínkám.

Při jízdě s manuální převodovkou je hlavní naučit se cítit, kdy přeřadit a jak dosáhnout požadované dynamiky.

Schopnost pracovat s „mechanikou“ však není jen bezchybná jízda, ale i prodloužení životnosti samotné převodovky.

Jedním z nepohodlných momentů je, že je potřeba neustále sledovat tachometr. Ale je to důležité. Spalovací motor funguje správně, pokud se parametry liší od 2,5 do 3,5 tisíc otáček za minutu, pokud se čísla liší, musíte změnit rychlost.

Automatické převodovky

Volbu optimálního převodového poměru neprovádí řidič, ale automaticky – prostřednictvím řídicího modulu. Právě prostřednictvím elektroniky (řídícího modulu) je snadné řídit rychlost vozidla.

Nejoblíbenější jsou hydraulické automatické stroje. Jejich točivý moment je přenášen pomocí turbín přes pracovní kapalinu.

Navzdory tomu, že auto s automatickou převodovkou vyžaduje více paliva než manuální a ještě více času na akceleraci, řidiči stále častěji preferují automatické převodovky. Koneckonců, jsou mnohem pohodlnější než s „mechanikou“.

Moderní automatické převodovky jsou navíc adaptivní a snadno se přizpůsobí zcela odlišným jízdním stylům. Včetně sportu.

Robotické variátory

Robotické (automatizované, poloautomatické) převodovky jako jednotky jsou přechodnou možností mezi „mechanikou“ a „automatickou“.

Přepínání může být buď manuální nebo automatické, ale zařízení se ovládá pomocí přepínače nebo joysticku.

Plně manuální (v jakémkoli režimu) stačí stisknout spínací páčku. Ale pak při volbě automatického režimu bude práce přiřazena robotovi. Automaticky se sladí zejména rychlost otáčení článků a otáčky motoru.

CVT

Samostatně můžete zvýraznit variátor. Jedná se o variabilní převod nebo plynulou převodovku. Převodový poměr se mění v určeném rozsahu.

Převodovky CVT umožňují dosáhnout nejvyšší účinnosti paliva, protože zatížení v takových řešeních je ideálně přizpůsobeno otáčkám klikového hřídele.

Existují převodovky CVT, které se konstrukcí blíží manuální převodovce (s odstředivou spojkou), a existují řešení, která se blíží automatické převodovce (takové zařízení obsahuje měnič točivého momentu).

Ale, bohužel, jakýkoli design neumožňuje vytvořit velmi výkonný variátor. V praxi je tedy možné instalovat CVT pouze na osobní automobily, všechny druhy motocyklů (velmi oblíbená varianta u skútrů), nikoliv však na těžká užitková vozidla (autobusy, kamiony), tzn. vozidla, která „sežerou“ nejvíce paliva.

Výjimku tvoří pouze lehká komunální a zemědělská technika.

Výhody a nevýhody

• nízké náklady (jak zařízení, tak opravy),
• dobrá dynamika,
• jednoduchá oprava.

• v dopravních zácpách je nutné pravidelné řazení,
• potíže s řízením.

• není třeba přemýšlet o tom, jaké vybavení zvolit,
• snadné zrychlení (žádné couvání auta),
• ochrana spalovacího motoru před přehřátím.

• vysoká cena jednotky,
• vysoká spotřeba paliva,
• vysoké náklady na opravy.

• můžete zvolit manuální nebo automatický provozní režim,
• palivová účinnost.

• hrozí nebezpečí rozjetí vozu při akceleraci,
• možný
• cukání při řazení.

• snížené zatížení motoru,
• plynulá jízda.

• vysoká cena krabice a její opravy,
• Lze instalovat pouze na motor s nízkým výkonem.

• základna,
• pokročilý,
• specialista.

Další informace můžete zobrazit přímo v modulech LCMS LCMS ELECTUDE – platforma pro školení automechaniků, automechatroniků a autodiagnostiků.