2. 1. Wały napędowe i przeguby
2. Przekładnie główne i mechanizmy różnicowe
3. Półosie i piasty kół napędowych
W tym module zostaną omówione pozostałe podzespoły wchodzące w skład układu
przeniesienia napędu. Będą tu szczegółowo omówione:
• wały i przeguby,
• przekładnia główna,
• mechanizmy różnicowe,
• półosie.
Przedstawiona zostanie budowa oraz zasada działania poszczególnych podzespołów.
Dzięki elastycznym zawieszeniom napędzane koła samochodu przemieszczają się
względem innych części jego układu napędowego, czemu odpowiadać musi konstrukcja
kinematycznego sprzężenia tych elementów.
Przy klasycznym rozmieszczeniu zespołów układu napędowego w pojeździe moment
obrotowy przekazywany jest ze skrzyni biegów, przymocowanej do konstrukcji nośnej
pojazdu, na przekładnię główną, osadzoną wraz z mechanizmem różnicowym i łożyskami
napędzanych kół w sztywnej obudowie, zwanej mostem napędowym. Służy do tego element
pośredni w postaci wału napędowego, połączonego przegubowo z wałem wyjściowym skrzyni
biegów i wałem zębnika przekładni głównej.
Gdy sprężyste części zawieszenia uginają się na skutek przejeżdżania kół napędzanych
przez nierówności drogi lub z powodu różnych obciążeń pojazdu, zmieniają się kąty tworzone
przez geometryczne osie wszystkich tych trzech sprzężonych wałów, a zmiany te umożliwia
konstrukcja przegubów. W trakcie wzajemnych przemieszczeń zmienia się także odległość
pomiędzy skrzynią biegów a przekładnią główną, więc jeden z przegubów musi być osadzony
na sztywnej części wału napędowego przesuwnie, za pomocą połączenia wielowypustowego.
Dla zapewnienia stabilności pracy takiego systemu przeniesienia napędu przy większych
prędkościach obrotowych stosuje się zamiast jednego wału napędowego dwa lub trzy,
połączone wzdłużnie i podparte w miejscach połączeń dodatkowym łożyskowaniem.
W pojazdach z napędem na więcej niż jedną oś, stosuje się kilka wałów napędowych
łączących skrzynkę biegów ze skrzynką rozdzielczą, a następnie skrzynkę rozdzielczą
z poszczególnymi mostami napędowymi.
Rys. 3.1 – Układ napędowy obu osi z dwoma mostami i wałami napędowymi
2
5. Przegub uniwersalny niweluje kątową zmianę położenia tylnego mostu w stosunku do
położenia skrzyni biegów. Umożliwia więc płynne przekazywanie napędu na tylny most ze
skrzyni biegów. Przegub uniwersalny musi spełniać następujące wymagania:
• musi zapewnić przekazywanie napędu bez zmian prędkości obrotowej, nawet
w przypadku dużej zmiany położenia skrzyni biegów względem tylnego mostu,
• musi zapewnić płynne przekazywanie napędu. Nie może powodować powstania
hałasu,
• musi mieć prostą konstrukcję i powinien zapewniać prostą obsługę.
Rys 3.5 – Przegub uniwersalny
Źródło: http://www.conrad.pl/Przegubuniwersalny12,5mmx33mm.htm?websale7=conrad&pi=226467
Przegub krzyżakowy
Przeguby krzyżakowe są często stosowane z uwagi na ich prostą konstrukcję i wysoką
funkcjonalność. Jedna z rozwidlonych końcówek przymocowana jest do wału napędowego,
druga natomiast stanowi integralną część końcówki przesuwnej lub końcówki wyposażonej w
kołnierz. Pomiędzy dwoma rozwartymi końcówkami znajduje się krzyżak. Krzyżak jest
odkuwką wykonaną ze specjalnego gatunku stali. Posiada cztery czopy wykonane z
odpowiednio utwardzonej powierzchni.
5
6. Rys 3.6 – Budowa przegubu krzyżakowego
Źródło: Gabryelewicz M. (2011), Podwozia i nadwozia pojazdów samochodowych cz1. Warszawa: WKŁ
W każdej obudowie umieszczone jest łożysko wałeczkowe, zmniejszające opory ruchu
pomiędzy czopem i końcówką rozwidloną. Aby zapobiec wypadnięciu łożyska w momencie
osiągania przez wał dużych prędkości obrotowych, w przegubie z możliwością demontażu
zastosowano pierścienie osadcze, natomiast w przegubach bez możliwości demontażu
obudowy łożysk zostały wciśnięte w końcówki rozwidlone.
Przenoszenie napędu przez przegub krzyżakowy
Poniższy rysunek przedstawia zmianę prędkości napędzanego wału B, tworzącego
z napędzającym wałem A kąt równy 30. Założenie: wał A obraca się ze stałą prędkością.
Podczas jednego obrotu wału napędzającego A (wału wyjściowego skrzyni biegów)
następuje jeden obrót wału napędzającego B (wału napędowego). Promień obrotu przegubu
jest największy (r2) przy położeniu krzyżaka "prostopadłym" do wału napędzającego (kąt
obrotu 90 i 270). Promień obrotu (r1) jest natomiast najmniejszy przy "nieprostopadłym"
położeniu krzyżaka i wałka napędzającego (0, 180 lub 360). Ponieważ prędkość obwodowa
końcówki rozgałęzionej wału napędzanego zmienia się przy każdym obrocie o kąt 90,
prędkość kątowa wału napędzanego zmienia się w stosunku do prędkości wału napędzającego.
Zmiana prędkości kątowej powiększa się wraz ze wzrostem kąta pomiędzy wałem
napędzającym A i wałem napędzanym B. W celu zmniejszenia zmian prędkości kątowej,
powinien zostać zmniejszony kąt pomiędzy obydwoma wałkami.
Rys. 3.7 – Wykres zmian prędkości kątowej wału napędowego w stosunku do wałka
wyjściowego skrzynki biegów przy zastosowaniu przegubu krzyżakowego
6
8. przyśpieszeń i szarpnięć. W praktyce kąty załamania przegubów nie przekraczają 47 stopni.
W praktyce można spotkać następujące przeguby homokinetyczne:
• przegub Weissa,
• przegub Rzeppa,
• przegub Birfielda,
• przegub Tracta.
Przegub Weissa może przenosić moment przy kącie załamania do 35°. Jest zbudowany z
czterech kul, które przenoszą moment obrotowy, tocząc się po prowadnicach wykonanych w
widełkach części napędzanej i napędzającej przegubu.
Rys. 3.9 – Przegub homokinetyczny Weissa
Źródło: Gabryelewicz M. (2011), Podwozia i nadwozia pojazdów samochodowych cz1. Warszawa: WKŁ
Przegub Rzeppa działa na takiej samej zasadzie jak przegub Weissa, z tą różnicą, że
widełki z prowadnicami zostały zastąpione kulistą czaszą i piastą.
Rys. 3.10 – Przegub Rzeppa
8
13. Budowa i zasada działania mechanizmu różnicowego
Koło talerzowe (1) przekładni głównej jest na stałe przymocowane do obudowy. Napędza
je koło zębate przenoszące moment obrotowy pochodzący pośrednio od silnika. Koło
talerzowe nie bierze udziału w rozdziale momentu pomiędzy kołami. Wewnątrz obudowy
znajdują się dwa koła koronowe (3), które są połączone za pomocą wielowypustu z półosiami
(4), tak więc jeśli obraca się którekolwiek z nich (lewe lub prawe), to będzie obracać się także
i półoś przymocowana do tego koła zębatego.
Rys. 3.14 – Mechanizm różnicowy z kołami zębatymi stożkowymi
Źródło: Budowa pojazdów samochodowych, T. Rychter
Pozostałe stożkowe koła zębate nazywane są satelitami (5). Są one połączone z kołami
koronowymi i obracają się wokół czopów krzyżaka (6), na których są zamocowane. Krzyżak
obraca się razem z obudową (2). Jeśli więc koła samochodu obracają się z taką samą
prędkością, działanie mechanizmu różnicowego nie jest potrzebne, to koła koronowe obracają
się z taką samą prędkością względem siebie, a satelity poruszają się razem z nimi, ale nie
obracają się wokół osi czopów krzyżaka.
Jedyny sposób, w jaki można wprawić w ruch koła koronowe, opiera się właśnie na
satelitach. Koła koronowe nie są bezpośrednio połączone z niczym innym. Oba koła koronowe
obracają się z taką samą prędkością, w wyniku nazwijmy to “pchania” ich przez satelity (te
nie obracają się wokół własnej osi), które otrzymują ruch od krzyżaka, ten od obudowy, a ta
od koła talerzowego.
13
21. tylnej osi w obudowie tylnej osi. Wałki osi są długimi pojedynczymi wałkami przenoszącymi
napęd bezpośrednio z mechanizmu różnicowego do kół samochodu. W zawieszeniu
niezależnym nie ma obudowy osi. Mechanizm różnicowy jest przymocowany do nadwozia
samochodu. Wałki tylnych osi przechodzą przez wahacze i przenoszą napęd z mechanizmu
różnicowego do kół samochodu.
PIASTA WOLNEGO KOŁA
Piasta wolnego koła jest urządzeniem służącym do przyłączania lub odłączania przednich
półosi napędowych. Okresowo w samochodach z napędem na 4 koła, nawet w przypadku
włączenia napędu tylko dwa koła, przednie koła samochodu połączone są z przednimi
półosiami napędowymi. W konsekwencji, razem z obrotami kół samochodu następuje obrót
przednich półosi, przedniego mechanizmu różnicowego oraz przedniego wału napędowego. W
przypadku zainstalowania piasty wolnego koła i ustawienia dźwigni piasty koła w położenie
“FREE” następuje odłączenie przednich kół od półosi napędowych. W związku z tym, w
czasie obrotów kół samochodu, półosie napędowe, przedni mechanizm różnicowy i przedni
wał napędowy pozostają bez ruchu. W czasie jazdy z włączonym napędem na dwa koła
następuje zmniejszenie zużycia paliwa, maleją straty mocy i równocześnie następuje
zmniejszenie hałasu.
Rys. 3.23 – Piasta wolnego koła KIA Sportage
Źródło: http://kia.auto.pl/piastasprzeglawolnegokolasportagep1911.html
Zablokowana piasta wolnego kola
W momencie przekręcania pokrętła ustawczego do pozycji “LOCK” (zablokowane),
popychacz zapadki popchnięty przez sprężynę przesuwa się do środka wzdłuż ukośnego
rowka znajdującego się w pokrętle ustawczym. Jednocześnie sprzęgło jest popychane przez
popychacz zapadki i zazębia się z wielowypustem znajdującym się na zewnętrznym obwodzie
wewnętrznej piasty. Sprzęgło jest przez cały czas zazębione z obudową i z piastą. Przednia
21
22. półoś napędowa i obudowa są więc ze sobą połączone. Jeżeli sprzęgło i wewnętrzna piasta nie
zazębiają się ze sobą, natychmiast popychacz zapadki jest pchany przez ściskaną sprężynę.
Wielowypusty sprzęgła i wewnętrznej piasty pchają się nawzajem. Jednak w momencie, gdy
koło samochodu lub półoś napędowa obróci się nieznacznie, nastąpi zazębienie się sprzęgła i
wewnętrznej piasty. Sprzęgło przesunie się do środka i półoś napędowa połączy się z
obudową.
Odblokowana piasta wolnego koła
W momencie przekręcenia pokrętła ustawczego do pozycji “FREE” (odblokowane)
popchnięty przez ściskaną sprężynę popychacz zapadki przesuwa się na zewnątrz wzdłuż
ukośnego rowka znajdującego się na pokrętle ustawczym. Jednocześnie popychacz zapadki i
sprzęgło są przyciągane do siebie przez rozciąganą sprężynę. Przesuwają się razem na
zewnątrz, przerywają połączenie między sprzęgłem i wewnętrzną piastą. Umożliwia to
swobodny obrót wewnętrznej piasty dookoła tulei pierścienia zabezpieczającego. Nawet w
przypadku, gdy pokrętło ustawcze znajduje się w położeniu „FREE” sprzęgło i wewnętrzna
piasta lub wielowypust obudowy są cały czas zazębione z pewną siłą. Ponieważ niemożliwy
jest ruch sprzęgła na zewnątrz, następuje rozciąganie sprężyny, powodujące tylko dalszy ruch
popychacza na zewnątrz. Następnie w momencie obrotu koła lub półosi napędowej znika siła
zazębiająca wielowypusty. Sprzęgło jest pociągnięte przez sprężynę, co powoduje przerwanie
połączenia pomiędzy sprzęgłem i wewnętrzną piastą.
Były to podstawowe informacje dotyczące układu przeniesienia napędu i występujących
w nim podzespołów. Aby powtórzyć i utrwalić wiadomości, obejrzyj teraz prezentację
multimedialną oraz materiał video. Nie zapomnij również o wykonaniu zadań przypisanych
do tego modułu.
W następnym module zostaną omówione pozostałe elementy układu hamulcowego.
Omówiona i przedstawiona będzie budowa i zasada działania podstawowych rozwiązań
konstrukcyjnych hamulców stosowanych w pojazdach samochodowych.
Bibliografia:
1. Gabryelewicz M. (2011), Podwozia i nadwozia pojazdów samochodowych cz. 1.
Warszawa: WKŁ.
2. Gabryelewicz M. (2011), Podwozia i nadwozia pojazdów samochodowych cz. 2.
Warszawa: WKŁ.
3. Praca zbiorowa (2008), Podwozia i nadwozia pojazdów samochodowych. Warszawa:
REA.
4. Fundowicz P. Radzimierski M. Wieczorek M, (2013), podwozia i nadwozia pojazdów
samochodowych. Podręcznik do nauki zawodu. Warszawa: WSIP.
5. Praca zbiorowa (2003), Budowa pojazdów samochodowych. Warszawa: REA.
22