Struktura

Manuální převodovky

Manuální převodovka

  • Jak již název napovídá, jedná se o převodovky s manuálním řazením rychlostních stupňů, kdy o okamžiku řazení rozhoduje řidič, který řazení současně ovládá pohybem řadicí páky. Řadicí páka je většinou uložena na středovém tunelu podlahy automobilu, v některých případech je umístěna pod volantem řízení.

  • Manuální převodovka se od ostatních typů převodovek liší svojí konstrukcí. U těchto převodovek je odlišná konstrukce nejen řadícího ústrojí, které slouží pro řazení jednotlivých rychlostních převodových stupňů, ale i konstrukce převodového ústrojí, které slouží k vytvoření jednotlivých převodových poměrů rychlostních stupňů.

Konstrukce manuální převodovky

  • Základem pro vytvoření několika převodových poměrů u manuální převodovky jsou dva hřídele, na hnacím (vstupním) hřídeli jsou pevně uložena (hnací) ozubená kola pro každý rychlostní stupeň.

Obr. 1:  Hnací hřídel

  • Současně na druhém hnaném (výstupním) hřídeli jsou uložena (hnaná) ozubená převodová kola týž převodových stupňů, která se na hnaném hřídeli mohou volně otáčet.

Obr. 2:  Hnaná hřídel

  • Převodová kola na obou hřídelích jsou uložena tak, aby vzájemně do sebe zapadala, tím jsou tedy dvojicemi ozubených kol (hnacími a hnanými) vytvořeny jednotlivé převodové poměry daných rychlostních stupňů. Z toho plyne, že převodová kola veškerých rychlostních stupňů jsou ve stálém záběru. Ozubená kola z důvodu snížení hlučnosti mají šikmé ozubení.

  • Z uvedených skutečností lze usoudit, že při otáčejícím se klikovém hřídeli motoru při sepnuté spojce se všechna převodová kola každého rychlostního stupně otáčejí. Jelikož hnaná převodová kola jsou na hnaném hřídeli uložena volně, tak při stojícím vozidle se na hnaném hřídeli volně protáčejí. Poněvadž hnaný hřídel je pevně spojen s rozvodovkou hnací nápravy automobilu, se vždy hnaný hřídel otáčí ve stejné závislosti otáček jako kola automobilu. Stojí-li automobil na místě, hnaný hřídel  se současně s koly automobilu neotáčí.

Obr. 3:  Řez převodovkou

  • Při řazení rychlostního stupně se pevně spojí dané převodové kolo s hnaným hřídelem, čímž dojde k zařazení konkrétního rychlostního stupně s daným převodovým poměrem. Poměrem počtu zubů u vzájemně zabírajících ozubených kol je dán převodový poměr. Jednotlivými převodovými poměry rychlostních stupňů se při jejich zařazení mění rychlost otáčení hnaného hřídele vůči hnacímu hřídeli převodovky, čímž se rovněž mění krouticí moment. Převodové poměry rychlostních stupňů musí být plynule odstupňovány, aby byla zajištěna plynulá jízda vozidla při všech režimech jízdy. To platí od režimu rozjíždění až po možnost zajištění maximální rychlosti a dále pro jízdu při maximálním zatížení do strmého kopce. Na uvedená hlediska má odstupňování rychlostních stupňů v převodovce velký vliv. Aby byla veškeré kritéria pozitivně splněna, výrobce automobilů musí vhodně zvolit převodové poměry jednotlivých rychlostních stupňů.

  • Jiný způsob provedení převodového poměru je u rychlosti zpátečky umožňující couvání vozidla. Pro jízdu vzad se vsunuje mezi ozubená kola, uložená na hnacím a hnaném hřídeli, třetí ozubené kolo. Tím vznikne soukolí s třemi převodovými koly, čímž provedeme změnu směru otáčení u hnaného hřídele, které se otáčí na druhou stranu. Zařazení zpětného chodu se na rozdíl od ostatních rychlostních stupňů určených pro jízdu vpřed liší tím, že při řazení se vsouvá dané převodové kolo mezi ostatní dvě ozubená kola. Pro umožnění tohoto způsobu řazení je    u převodových kol zpátečky použito čelního ozubení s přímými zuby, což se projevuje mírným hlukem v podobě bzučení, které se zvyšuje s rychlostí vozidla při couvání.

Základní části manuální převodovky

  • Konstrukce manuální převodovky automobilů musí být tvořena těmito základními částmi:

    • Obal převodovky – tato část převodovky je základní nosnou částí, která musí být schopna zachytit veškeré síly hřídelů přenášející krouticí moment v převodovce. Obal převodovky je vyráběn z hliníkového odlitku, popřípadě u nákladních vozidel z litiny, z důvodu vyšší odolnosti, protože nákladní automobil běžně přenáší zatížení několika desítek tun, což je několikanásobně více než u osobních automobilů. Obal převodovky musí být dostatečně dimenzován, aby byl schopen zvládnout veškerá zatížení při přenosu krouticího momentu u automobilu. Součástí obalu převodovky je rovněž příruba pro uchycení k motoru, která musí být provedena tak, aby byla zajištěna souosost klikového hřídele motoru s hnacím hřídelem převodovky a současně umožňoval uložení pro spojku. Vnitřní část obalu převodovky musí být provedena tak, aby umožnila uložení veškerých součástí převodovky při splnění jejich provozních funkcí. Většinou je obal tvořen z několika dílů, které při montáži k sobě těsně přilnou a pevně se spojí šroubovými spoji.

    • Převodové ústrojí – je tvořeno hřídelemi převodovky. Základní hřídele převodovky jsou označovány za hnací (vstupní), hnané (výstupní), popřípadě předlohové, které jsou pouze u některých převodovek. Dále je převodové ústrojí tvořeno převodovými koly, která vytváří jednotlivé rychlostní stupně daným převodovým poměrem. V poslední řadě je převodové ústrojí tvořeno valivými ložisky, které slouží pro uložení jednotlivých hřídelů do obalu převodovky. Používají se kuličková, válečková a někdy také jehlová ložiska. Veškeré díly tohoto ústrojí musí být dimenzovány tak, aby byly schopny bezpečně přenášet a měnit krouticí moment z klikového hřídele motoru na rozvodovku automobilu.

    • Řadicí ústrojí – slouží pro řazení jednotlivých rychlostních stupňů v převodovce automobilu. Skládá se ze zubových spojek se synchronizací, které umožňují zařazení jednotlivých rychlostních stupňů. To proběhne posuvným pohybem vnější objímky zubové spojky, čímž pevně spojí hnaný hřídel s převodovým kolem daného rychlostního stupně. Dále se převodové ústrojí skládá s řadicích vidliček a řadicích tyčí, které při řazení rychlostních stupňů posouvají zubové spojky se synchronizací.

    • Pojistné ústrojí – toto uvedené převodové ústrojí má za úkol zabránit současnému zařazení dvou a více rychlostních stupňů a dále zabraňuje samovolnému zařazení a vyřazení rychlostního stupně. Pojistné ústrojí se skládá z pojistných kolíků, které jsou uloženy mezi jednotlivými řadicími tyčemi. Kolíky při pohybu jedné tyče zapadnou do drážky druhé tyče, čímž je zajištěn pohyb jen jedné řadicí tyče, a tím je vždy umožněno zařazení pouze jednoho rychlostního stupně. Dále je pojistné ústrojí složeno z pružinek, kuliček nebo kamenů. Kuličky nebo kameny jsou pružinkami tlačeny do drážek v zubových spojkách, popřípadě v řadicích tyčích, tím jsou zubové spojky zajištěny v daných polohách jednotlivých rychlostních stupňů. Tak je zabráněno samovolnému pohybu zubových spojek a nemůže dojít k samovolnému zařazení či vyřazení rychlostního stupně. Při řazení však musí řidič překonat odpor tohoto zařízení, který ale není veliký.

Rozdělení manuálních převodovek

  • Manuálně ovládané mechanické převodovky rozdělujeme podle jejich konstrukce provedení, a podle uspořádání a počtu hřídelí. Manuální převodovky jsou rozděleny na dva základní typy, oří dvouhřídelové a třihřídelové převodovky.

  • Dvouhřídelové převodovky se skládají ze dvou hlavních hřídelí, kterými jsou hnaný a hnací hřídel. Tyto hřídele jsou uloženy rovnoběžně vedle sebe, na hnacím hřídeli jsou pevně uložena převodová kola jednotlivých rychlostních stupňů, kdežto na hnaném hřídeli jsou převodová kola uložena volně současně se zubovými spojkami a synchronizací.

Obr. 4:  Dvouhřídelová převodovka

  • Z této konstrukce  plyne, že hnací (vstupní) hřídel se nachází v jiné poloze než hnaný (výstupní) hřídel. Z tohoto důvodu jsou dvouhřídelové převodovky používány u koncepcí s motorem a převodovkou vpředu s pohonem předních kol. U některých automobilů se uvedený typ převodovek používá u provedení s motorem a převodovkou uložených vzadu a s pohonem zadních kol.
  • Dvouhřídelové převodovky jsou určeny pro uspořádání pohonné jednotky a v místě hnací nápravy je uložen hnací agregát (motor, převodovka) automobilu.

  • Tříhřídelové převodovky jsou druhým typem manuálních převodovek, skládají se rovněž z hnacího (vstupního) hřídele a hnaného (výstupního) hřídele, ale navíc jsou tvořeny předlohovým hřídelem, který je uložen mezi nimi. Princip uspořádání převodů jednotlivých rychlostních stupňů a jejich řazení je obdobné jako u dvouhřídelových převodovek.

    • Uspořádání tříhřídelových převodovek je provedeno tak, že hnací hřídel s hnaným hřídelem jsou uloženy v jedné ose a předlohový je uložen rovnoběžně vedle nich. Obvykle je v převodovkách automobilu uložen pod nimi. Přenos otáčivého pohybu a momentu je proveden tak, že předlohový hřídel je trvale poháněn pomocí dvou ozubených kol hnacím hřídelem převodovky od klikového hřídele motoru. Předlohový hřídel má pak na sobě pevně uložena převodová kola jednotlivých rychlostních stupňů, která jsou ve stálém záběru s převodovými koly uloženými volně na hnaném hřídeli.

Obr. 5:  Tříhřídelová převodovka

  • Princip je obdobný jako u dvouhřídelových převodovek až na rozdíl, že uložená převodová kola rychlostních stupňů nejsou na hnacím, ale na předlohovém hřídeli. Systém konstrukce řazení je u těchto převodovek řešen obdobně. Liší se jen převodem a řazením čtvrtého rychlostního stupně, kdy se využívá souosého uložení mezi hnacím a hnaným hřídelem. Řazení čtvrtého rychlostního stupně se pak provede spojením těchto hřídelů, kdy je převodový poměr tohoto rychlostního stupně 1 : 1. U tohoto rychlostního stupně je přenášen krouticí moment v převodovce bez použití jakéhokoliv převodového soukolí.

  • Tříhřídelové převodovky se používají u automobilů, u kterých je zapotřebí, aby hnaný hřídel byl v jedné ose s hnacím hřídelem spolu s klikovou hřídelí motoru a současně byl hnaný hřídel vyveden na opačné straně převodovky, než se nachází motor automobilu. Z těchto podmínek plyne použití tříhřídelových převodovek, uplatňují se zejména u klasických koncepcí, kde motor s převodovkou je v automobilu uložen vpředu podélně při použití pohonu zadních kol.

Řazení rychlostních stupňů

  • Řazení rychlostních stupňů v převodovce je prováděno posuvem vnější objímky synchronizace, tím se provede spojení daného (řazeného) ozubeného kola s hnaným hřídelem převodovky. Popsaným způsobem dojde k zařazení daného rychlostního stupně. Posuv objímky zajišťuje mechanizmus, kterým je řadicí ústrojí převodovky.

  • Řadicí ústrojí převodovky se skládá s řadicích vidlic a tyčí.

Obr. 6:  Řadicí vidlice

  • Řadicí vidlice je trvale vsunuta do vnější drážky objímky synchronizace a na druhé straně je pevně spojena s řadicí tyčí. Řadicí tyč je pak posuvně uložena ve skříni převodovky. Při řazení je řadicí tyč ovládána pohybem řadicího palce, který je dále spojen prostřednictvím mechanizmu řazení s řadicí pákou automobilu.

  • Při posuvu řadicí tyče, způsobeného pohybem řadicí páky, se společně posouvá řadicí vidlice, která vyvolá posuvný pohyb vnější synchronizační objímky, a tím dojde k zařazení daného rychlostního stupně.

Synchronizace

  • Úkolem synchronizace je umožnění plynulého a bezhlučného řazení rychlostních stupňů bez rázů. Při řazení rychlostních stupňů, synchronizace zajišťuje srovnání rychlosti otáček řazeného převodového kola s hnanou hřídelí. V případě, kdyby nedošlo ke srovnání rychlosti otáček, nebylo by možno provést zařazení, popřípadě by se zařazení neobešlo bez hluku a rázů. V takovém případě by rovněž vznikalo značné opotřebení součástí převodovky.

  • Při řazení rychlostního stupně se začne posouvat vnější objímka, čímž je synchronizační kroužek tlačen na kuželovou třecí plochu ozubeného kola. V tomto důsledku na základě tření dojde ke srovnání rychlosti obou částí. Když jsou rychlosti vyrovnány, je umožněn další posuv vnější synchronizační objímky, čímž dojde k pevnému spojení hnaného hřídele s ozubeným kolem daného rychlostního stupně.

  • Synchronizace se skládá z jádra zubové spojky, vnější synchronizační objímky, synchronizačního kroužku, třecí kuželové plochy ozubeného kola a kamenů se zajišťovacími pružinkami.

Obr. 7:  Synchronizace

Ovládací mechanizmus řazení

  • U manuálních převodovek je řazení jednotlivých rychlostních stupňů prováděno řidičem automobilu pomocí řadicí páky. Řadicí páka je kývavě uložena v kloubu neboli v tak zvané kulise řadicí páky, která je upevněna k podlaze nebo ke středovému tunelu karosérie automobilu.

  • Mechanizmus řazení je dále tvořen ovládacími táhly nebo bovdeny s lany, které jsou spojeny s řadicím ústrojím převodovky.

Obr. 8:  Ovládací mechanismus

  • Řazení rychlostních stupňů u automobilu je ovládáno podélnými a bočními pohyby řadicí páky, bočním pohybem volíme předvolbu rychlostních stupňů a podélným pohybem provedeme přímé zařazení konkrétního rychlostního stupně.

Zdroje

  • http://kabinet.fyzika.net/aplety/prevodovka/prevodovka.htm
  • http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=10&ved=0CHAQFjAJ&url=http%3A%2F%2Ffiles.strojarna.webnode.cz%2F200000023-bfd19c0cba%2FAutomobily-p%25C5%2599evodov%25C3%25A9%2520%25C3%25BAstroj%25C3%25AD.pdf&ei=3oYVU6CfNMWDtAaOsIGQAw&usg=AFQjCNGe6rZNw5H_IdI-LYAKsdm7dqN3Kw

Obrázky

  • Obr. 3: Autor: J. Čupera, B. Ždánský, Z.Jan. Převody [cit. 14.04.2014].
  • Obr. 7: Autor: J. Čupera, B. Ždánský, Z.Jan. Převody [cit. 14.04.2014].
  • Obr. 8: Autor: J. Čupera, B. Ždánský, Z.Jan. Převody [cit. 14.04.2014].

Pokud není uvedeno jinak, obrázky vloženy z archivu autora

 

 

Otestuj se

Test zde.

Logolink