3. lecke: Tengelykapcsoló, sebességváltó, csuklós szerkezetek Cél: A tananyag célja, hogy a hallgató ismerje meg a tengelykapcsolók, sebességváltók, csuklós szerkezetek feladatát. Legyen tisztában a konstrukciós kialakításukkal. Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes megfogalmazni a tengelykapcsoló működési elvét és alapvető feladatát bemutatni a tengelykapcsoló működési elvét szabad kézi rajz segítségével szabad kézi rajzon ábrázolni a kéttárcsás tengelykapcsolót a jellemző alkatrészei feltüntetésével bemutatni a kéttárcsás tengelykapcsoló működési elvét megfogalmazni a sebességváltó alkalmazásának szükségességét felsorolni és kifejteni a sebességváltók fajtáit és jellemzőiket összehasonlítani a kapcsolókörmös és a szinkronkapcsolású nyomatékváltók működését meghatározni a kardántengely, a féltengelycsukló és a kardáncsukló jellemzőit, működését, szabad kézi magyarázó ábrák segítségével Időszükséglet: A tananyag feldolgozásához 120 perc szükséges, a tevékenységek és az önellenőrző kérdések megválaszolására, további 120 percet javaslunk fordítani. Kulcsfogalmak tengelykapcsoló sebességváltó kardántengely féltengelycsukló kardáncsukló 1
Tengelykapcsoló Tevékenység: jegyezze meg a tengelykapcsoló működési elvét és fejtse ki a füzetbe, hogy miért nélkülözhetetlen. Rajzoljon magyarázó ábrát nyitott és zárt állapotban. A belsőégésű motorokat csak terheletlen állapotban lehet indítani, ezért szükség van arra, hogy a forgattyús tengely és a gépkocsi kerekei között az összeköttetés megszakítható legyen. A tengelykapcsoló feladata a motor és a hajtásrendszer összekapcsolása, tehát súrlódásos kapcsolatot létesít a motor forgattyús tengelye és az erőátviteli szerkezet között. Fontos megjegyezni, hogy a tengelykapcsoló alaphelyzetben zárt állapotban van, indításkor illetve sebességváltáskor válik függetlenné a motor az erőátviteli szerkezettől. A működtetés fő szakaszai: zárt állapot, csúsztatás és nyitott állapot. 1. ábra Nyitott állapot 2
2. ábra Zárt állapot 1. lendkerék 2. súrlódó tárcsa 3. nyomólap 4. membrán rugó 5. fedél 6. sebességváltó tengely 7. motor főtengely 8. kinyomó csapágy (nincs az ábrán bejelölve!) Egytárcsás száraz tengelykapcsoló Tevékenység: jegyezze meg az egy- és kéttárcsás tengelykapcsoló működését, készítsen a füzetbe magyarázó ábrát. A gépjárművekben leggyakrabban alkalmazott berendezés az egytárcsás, száraz tengelykapcsoló. A tengelykapcsoló alkatrészeinek egy része a motor lendkerekére van felszerelve, s magán a lendkeréken alakítjuk ki az egyik súrlódó felületet, a súrlódó tárcsa hozzászorításával. A lendkerékben csapágyazzuk a váltómű bemenő tengelyét, amelynek bordás végére szereljük a súrlódó tárcsát. A lendkerékhez kapcsolódik a fedél, a fedélhez pedig a membránrugó. Zárt állapotban a nyomólap feladata a súrlódó tárcsa hozzászorítása a lendkerékhez. Kiemelt állapotban, mikor a pedált benyomjuk, a kinyomócsapágy a membránrugó nyúlványait nyomja, ezáltal a nyomólap és a súrlódó tárcsa között hézag keletkezik, nyitott lesz a tengelykapcsoló. Kéttárcsás száraz tengelykapcsoló Az egytárcsás száraz tengelykapcsolók mellett a nagyobb nyomaték átvitel érdekében használhatnak kéttárcsás tengelykapcsolót is, amelyeknél a két súrlódó tárcsa közös 3
tengelyen van, két nyomólapot nyom az egyetlen membrán rugó. A kiemelés a membránrugó közepére illesztett kinyomócsapággyal történik, mint az egytárcsás kapcsolóknál. Különbség, hogy a kiemelés hossza ezeknél nagyobb, mivel a szükséges légrést 4 helyen kell biztosítani a súrlódó felületek között kiemelésnél. Tevékenység: készítsen a füzetébe sematikus rajzot a kéttárcsás tengelykapcsolóról, tüntesse fel az egyes részegységeket is. 3. ábra A kéttárcsás tengelykapcsoló metszete 1. kéttömegű lendkerék motor oldali tömeg 2. nyomólap 1. (sebességváltó behajtó) tengely 3. súrlódótárcsa 1. tengely 4. súrlódótárcsa 2. tengely 5. nyomólap 2. tengely, motor főtengely 6. 2. tengely 7. 1. tengely 8. lendkerék sebességváltó oldali tömeg 9. Mi az ábrán a 9-essel jelölt alkatrész? 4
Sebességváltó Tevékenység: Fogalmazza meg a saját szavaival és írja le a füzetbe, majd tanulja meg a sebességváltók alkalmazásának fontosságát. A motor csak egy adott fordulatszám tartományban ad le hasznosítható teljesítményt. Ahhoz hogy a motor hasznos teljesítményt adjon le, percenként körülbelül 1000-es fordulatszám elérése szükséges. Az elindulás, gyorsítás során, illetve emelkedőn nagyobb nyomatékra van szükség. A sebességváltó feladata a nyomatékmódosítás mellett a semleges helyzet biztosítása, azaz a hajtott kerekek függetlenítése a motortól, illetve a hátramenet biztosítása. Előremenetnél a hajtó és a hajtott fogaskerekek forgásiránya ellentétes, hátramenetnél megegyező. Szerkezetileg megkülönböztetünk mechanikus és folyadékos (hidraulikus) rendszerűeket, kapcsolás szerint kézi kapcsolású, részben önműködő és önműködő nyomatékváltó-műveket. A megfelelő áttételek bekapcsolásával lehetővé válik, hogy a motor a legkedvezőbb fordulatszám-tartományban működjön. Tevékenység: jegyezze meg a sebességváltók fajtáit és jellemző tulajdonságaikat. Fajtái: kézi kapcsolású sebességváltók automatizált kapcsolású sebességváltók hidromechanikus sebességváltók kettős tengelykapcsolóval rendelkező sebességváltók fokozatmentes sebességváltók Kézi kapcsolású sebességváltók A többfokozatú sebességváltó esetében a sebességfokozatok kapcsolásával megváltoztathatjuk az áttételt a motor és a tengelykihajtás között. Kapcsolásuk szerint megkülönböztetünk tolókerekes, kapcsolókörmös, illetve szinkronkapcsolású sebességváltókat. Tolókerekes nyomatékváltó Nevét onnan kapta, hogy a fokozatok kapcsolása a fogaskerekek tolásával hozható létre. Négy tengelye van, a nyelestengely, az előtéttengely, a bordástengely és a hátrameneti tengely. 5
4. ábra Tolókerekes nyomatékváltó felépítése A kihajtótengely bordástengely, amelyen oldalról helyezkednek el a fogaskerekek. A hajtó tengely a motor fordulatszámával forog, a meghajtó fogaskerék hajtja meg az előtéttengelyt. Közben a kihajtó tengely a tolókerekekkel együtt álló helyzetben van. A sebességfokozat kapcsolásakor a kihajtó tengely egyik fogaskerekét a kapcsoló villa segítségével eltoljuk és előtéttengely megfelelő fogaskerekével kapcsoljuk össze. Személygépkocsiban tolókerekeket már csak a hátramenetek esetében használnak. Kapcsolókörmös nyomatékváltó A kapcsolókörmös sebességváltónál a fokozati fogaskerekek állandó kapcsolatban vannak. Előtéttengelynél a fogaskerekek rögzítve vannak, a kihajtó tengely fogaskerekei pedig lazán kerülnek csapágyazásra, futnak a tengelyen. A tengelykapcsoló kapcsoló gyűrűje egy agy segítségével együtt forog a kihajtó tengellyel. Sebességváltásnál a kapcsoló gyűrű egy adott fokozat kerekének kapcsoló fokozatához tolódik. Így a kapcsoló gyűrű belső fogai a fogaskerekek külső fogazatába illeszkednek. Szinkronkapcsolású nyomatékváltó A fogaskerekek, illetve nyomatékfokozatok kapcsolásának legalkalmasabb formája, mivel a kapcsolódó részek kerületi sebességét egy szerkezet önműködően azonos értékűvé teszi, mielőtt a kényszerkapcsolat létrejön. A bordástengelyen lévő fogaskerekek nincsenek a tengelyre ékelve, hanem szabadon foroghatnak rajta és állandó kapcsolatban vannak az előtéttengelyre ékelt megfelelő fogaskerékkel. A szinkronkapcsoló két részből áll, a bordás tengely hornyaiba kapcsolódó, kívül-belül fogazott körmös agyból és a hozzá kapcsolódó, belső körmös kapcsológyűrűből. 6
Automatizált kapcsolású sebességváltó Az automatizált kapcsolású sebességváltó (ASG) egy hagyományos kézi kapcsolású sebességváltó, amelyben a tengelykapcsoló és a sebességváltás működtetése elektromos vagy hidraulikus szerkezettel valósul meg. Lehetővé teszi a fokozatok váltását kézzel, de teljesen automatikusan is működtethető. Tevékenység: Hasonlítsa össze egymással a kapcsolókörmös és a szinkronkapcsolású nyomatékváltó működését. Tengelyek és csuklók Tevékenység: Jegyzetelje ki a füzetbe és tanulja meg a kardántengely, a féltengelycsukló és a kardáncsukló jellemzőit, működését. Készítsen magyarázó ábrákat is. A nyomatékváltó által módosított nyomatékot a tengelyhajtásra és innen a hajtókerekekre kell átvinni. A hajtórendszerben a motor, a nyomatékváltó, a tengelyhajtás elrendezésétől és a hajtókerekek felfüggesztésétől függően egy csuklós tengelyt (kardántengelyt), két keréktengelyt (féltengelyt), és több csuklót alkalmaznak. Elsőkerék-hajtásnál és farmotoros hátsókerék-hajtásnál a nyomatékváltó és a tengelyhajtás egyetlen egységet alkot, ezekben az esetekben nincs szükség kardántengelyre. Kardántengely Továbbítja a forgató nyomatékot a hátsó futóműhöz, illetve differenciálműhöz, folyamatos szögmozgást tesz lehetővé, hosszának változtatásával alkalmazkodik a rugózott hátsó futómű hosszirányú mozgásához. 5. ábra Kardántengely Feladatainak teljesítése közben háromféle mozgást végez. Ezek a mozgások a forgómozgás, a szögmozgás (lengőmozgás) és hosszirányú mozgás. A tengely nagy átmérőjű és szilárdságú acélcső, melynek egyik végén villa, másik végén bordás tengelycsonk helyezkedik el. A bordákat gumiharang védi a szennyeződéstől. Féltengelycsukló Elsőkerék hajtás esetén a kormányzott kerekeket hajtják. Ezért az első tengelyeken olyan csuklókat kell alkalmazni, amelyek mind a kerekek rugózását, mind a kormányzáshoz 7
szükséges elfordulást lehetővé teszik. A kerekek hajtása lehetőleg egyenletes legyen: ez homokinetikus (szinkron- vagy állandó szögsebességű) csuklókkal érhető el. A hajtott első tengelyeken kettős csuklókat, golyós csuklókat és háromkarú csuklókat szokás alkalmazni. Elsőkerék-hajtású gépkocsiknál a csuklókat a féltengely kerék felőli részére szerelik fel. Szöghibamentes nyomatékátvitelt tesz lehetővé 50 -körüli csuklószög esetén is. Hosszirányú elmozdulás nem lehetséges. A fordulatszámhatár 30 000 1/perc. 6. ábra Elsőkerék-hajtás (A kép forrása:bohner-gscheidle-leyer-pichler-saier-schmidt-siegmayer-zwickel: Gépjárműszerkezetek) Hátsókerék hajtásnál a féltengelyeket a differenciálmű felől építik be és a rugózott kerék miatt szükséges hosszkiegyenlítést is végezni. Maximálisan 55 mm-es tengelyirányú elmozdulást és 20 25 -os csuklószöget tesznek lehetővé. A fordulatszámhatár 10 000 1/perc. 8
7. ábra Példa csukló alkalmazására (A kép forrása:bohner-gscheidle-leyer-pichler-saier-schmidt-siegmayer-zwickel: Gépjárműszerkezetek) Kardáncsukló A kardántengely lengőmozgását teszik lehetővé. Minden irányban szögmozgást és egyben forgatónyomatékot továbbító tengelykötést is biztosít. Legelterjedtebb típusa a keresztes kardáncsukló. 8. ábra Kardáncsukló 9
Önellenőrző kérdések: Fogalmazza meg a tengelykapcsoló működését és a feladatát! Megoldás: o A belsőégésű motorokat csak terheletlen állapotban lehet indítani, ezért szükség van arra, hogy a forgattyús tengely és a gépkocsi kerekei között az összeköttetés megszakítható legyen. A tengelykapcsoló feladata a motor és a hajtásrendszer összekapcsolása, tehát súrlódásos kapcsolatot létesít a motor forgattyús tengelye és az erőátviteli szerkezet között. Fontos megjegyezni, hogy a tengelykapcsoló alaphelyzetben zárt állapotban van, indításkor, illetve sebességváltáskor válik függetlenné a motor az erőátviteli szerkezettől. A működtetés fő szakaszai: zárt állapot, csúsztatás és nyitott állapot. Nevezze meg az elemi tengelykapcsoló részeit, párosítsa a részegységeket a megfelelő számmal! 9. ábra Nyitott állapot 10. ábra Zárt állapot o lendkerék -1 o súrlódó tárcsa -2 o nyomólap -3 o membrán rugó -4 o fedél - 5 o sebességváltó tengely -6 o motor főtengely -7 10
Fogalmazza meg a sebességváltó alkalmazásának fontosságát! Megoldás: A motor csak egy adott fordulatszám tartományban ad le hasznosítható teljesítményt. Ahhoz, hogy a motor hasznos teljesítményt adjon le, percenként körülbelül 1000-es fordulatszám elérése szükséges. Az elindulás, gyorsítás során, illetve emelkedőn nagyobb nyomatékra van szükség. Feladata a nyomatékmódosítás mellett a semleges helyzet biztosítása, azaz a hajtott kerekek függetlenítése a motortól, illetve a hátramenet biztosítása. Melyik sebességváltó fajta? o kézi kapcsolású sebességváltók o automatizált kapcsolású sebességváltók o hidromechanikus sebességváltók o kettős tengelykapcsolóval rendelkező sebességváltók o fokozatmentes sebességváltók Mutassa be a kardáncsukló feladatát! Megoldás: o A kardántengely lengőmozgását teszik lehetővé. Minden irányban szögmozgást és egyben forgatónyomatékot továbbító tengelykötést is biztosít. Legelterjedtebb típusa a keresztes kardáncsukló. 11