ΑΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΑΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: «ΣΕΙΡΙΑΚΑ ΚΙΒΩΤΙΑ ΠΡΟΗΓΜΕΝΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ» ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ: ΤΣΟΥΛΦΙΔΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΟΥ ΜΙΧΑΗΛ (ΑΕΜ: 4066) ΤΣΕΧΕΛΙΔΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΤΟΥ ΓΕΩΡΓΙΟΥ (ΑΕΜ: 4964) ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΙΩΑΝΝΗΣ Θ. ΑΡΑΜΠΑΤΖΗΣ ΚΑΒΑΛΑ, ΙΟΥΝΙΟΣ 2013

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΟΔΟΝΤΩΤΟΣ ΤΡΟΧΟΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΑΝΤΙΚΥΘΗΡΩΝ ΤΟ ΓΡΑΝΑΖΙ ΤΗΣ ΣΑΡΔΗΝΙΑΣ ΟΔΟΝΤΩΤΟΣ ΤΡΟΧΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΙΒΩΤΙΟ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΚΙΒΩΤΙΑ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΣΤΡΟΦΩΝ ΜΕΙΩΤΗΡΑΣ ΣΤΡΟΦΩΝ ΤΥΠΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΜΕΙΩΤΗΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΕΙΡΙΑΚΟ ΚΙΒΩΤΙΟ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΣΥΜΠΛΕΚΤΗΣ ΤΥΠΟΙ ΣΥΜΠΛΕΚΤΩΝ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΣΥΜΠΛΕΚΤΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ ΣΥΜΠΛΕΚΤΗ ΤΥΠΟΙ ΚΙΒΩΤΙΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΚΙΒΩΤΙΑ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΚΙΒΩΤΙΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ...42 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

3 Πρόλογος Το κιβώτιο ταχυτήτων ή αλλιώς μετατροπέας στροφών, είναι ένα από τα πιο σημαντικά εξαρτήματα του αυτοκίνητου. Υπάγεται στο σύστημα μετάδοσης κίνησης και τοποθετείται ανάμεσα στον στροφαλοφόρο άξονα και το διαφορικό. Είναι ένας μηχανισμός αποτελούμενος από οδοντωτούς τροχούς που χρησιμεύει για την προσαρμογή της ροπής και των στροφών του κινητήρα στις ανάγκες της κίνησης. Για να κατανοήσουμε τον λόγο ύπαρξης του κιβωτίου ταχυτήτων, θα κάνουμε μια μικρή αναφορά στην λειτουργία του αυτοκινήτου.οι κινητήρες των αυτοκίνητων λειτουργούν απο τις 800 μέχρι τις rpm περίπου και οι βενζινοκινητήρες φτάνουν μέχρι τις rpm. Σε αυτό το εύρος στροφών οι κινητήρες δεν αποδίδουν την ίδια ισχύ ούτε την ίδια ροπή. Η μεν ισχύς αυξάνεται προοδευτικά με την άνοδο των στροφών του κινητήρα η δε ροπή παίρνει τη μέγιστη τιμή της στο μέσον περίπου των στροφών. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι ο κινητήρας του αυτοκινήτου μας δεν έχει την ίδια «δύναμη» σε όλη την κλίμακα των στροφών αλλά η δύναμη του αυξάνεται καθώς πιέζουμε το πεντάλ του γκαζιού και ανεβαίνουν οι στροφές. Από την άλλη μεριά το αυτοκίνητο δεν έχει ανάγκη από την ίδια προωθητική δύναμη κατά τη διάρκεια της κίνησής του, μιας και οι συνθήκες και κατά συνέπεια και η αντίσταση που βρίσκει στην κίνησή του διαρκώς μεταβάλλονται. Όποτε κατά την εκκίνηση του οχήματος χρειάζεται να ανεβούν οι στροφές του κινητήρα για να έχουμε την κατάλληλη δύναμη έστω να υπερνικήσουμε τις αρχικές τριβές. Αν για την εκκίνηση του οχήματος απαιτούνται 4000 με 5000 rpm ώστε να έχουμε την κατάλληλη δύναμη επιτάχυνσης, τα ελαστικά δεν θα άντεχαν πολλές τέτοιες εκκινήσεις, θα είχαμε σπινιάρισμα του αυτοκινήτου που θα οδηγούσε σε κάψιμο των ελαστικών λόγο της απότομης μετάδοσης ισχύος απο τον κινητήρα στους τροχούς. Συνοπτικά δεν υπάρχουν ακόμα τα κατάλληλα συστήματα μετάδοσης που να εξασφαλίζουν την ομάλη μετάδοση ισχύος στους τροχούς ώστε να μην έχουμε φθορές στα ελαστικά αλλα και σε άλλα μηχανικά μέρη του αυτοκινήτου αλλά και να είναι και ευχάριστη για τους επιβάτες η εκκίνηση του οχήματος. Την λύση στο πρόβλημα αυτό την δίνει το κιβώτιο ταχυτήτων που συνοδεύεται απο τον κατάλληλο συμπλέκτη, και στα επόμενα κεφάλαια θα αναλύσουμε πλήρως την αρχή λειτουργίας του, αλλα και θα μελετήσουμε καθε κομμάτι που το αποτελή. 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΟΔΟΝΤΩΤΟΣ ΤΡΟΧΟΣ 2.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Από τα αρχαία χρόνια υπήρξε ανάπτυξη της μηχανικής και ειδικότερα στην μετάδοση της κίνησης.από τις αρχαιολογικές σκαπάνες έρχονται στην επιφάνεια συνεχώς αναφορές αλλά και αντικείμενα όπως μοχλοί, τροχαλίες, γρανάζια με πιο σημαντικά αυτών τον μηχανισμό των Αντικυθήρων και το γρανάζι της Σαρδηνίας. 2.2 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΑΝΤΙΚΥΘΗΡΩΝ Ο μηχανισμός των Αντικυθήρως (γνωστός και ως αστρολάβος των Αντικυθήρων ή υπολογιστής των αντικυθήρων ) είναι ένα αρχαίο τέχνημα που πιστεύεται οτι ήταν ένας μηχανικός υπολογιστής και όργανο αστρονομικών παρατηρήσεων. Ο μηχανισμός λειτουργεί με 30 καλά σχεδιασμένους οδοντωτούς τροχούς οι οποίοι εκτελούν συγκεκριμένες μαθηματικές πράξεις και ταυτόχρονα περιστρέφονται γύρω απο 10 άξονες. Η λειτουργία του μηχανισμού κατέληγε σε τουλάχιστον 5 καντράν, με ένα ή περισσότερους δείκτες για το καθένα. Τα γρανάζια περιστρέφονται έτσι ώστε να εκτελούνται οι συγκεκριμένες μαθηματικές πράξεις που περιγράφουν φυσικά φαινόμενα: τις κινήσεις των αστρονομικών αντικειμένων. Ο μηχανισμός προβλέπει τις εκλείψεις Σελήνης και Ηλίου. Προσδιορίζει πότε γίνονται οι Ολυμπιακοί αγώνες και οι άλλοι στεφανίτες αγώνες, δηλαδή τα Ολύμπια, τα Νάα, Ίσθμια, Πύθια, Νέμεα. 4

5 Σχ 1. Μηχανισμός Αντικυθήρων Ανακαλύφθηκε σε ναυάγιο ανοικτά του Ελληνικού νησιού Αντικύθηρα μεταξύ των Κυθήρων και της Κρήτης. Με βάση τη μορφή των ελληνικών επιγραφών που φέρει χρονολογείται μεταξύ του 150π.Χ. και του 100π.Χ., αρκετά πριν από την ημερομηνία του ναυάγιου, το οποίο ενδέχεται να συνέβη ανάμεσα στο 87π.Χ. και 63π.Χ. Θα μπορούσε να ήταν κατασκευασμένο μέχρι μισόν αιώνα πριν το ναυάγιο. Σχ 2.Αναπαράσταση του μηχανισμού 5

6 Σχ 3. Γραφική αναπαράσταση του μηχανισμού 2.3 ΤΟ ΓΡΑΝΑΖΙ ΤΗΣ ΣΑΡΔΗΝΙΑΣ Το θραύσμα του γραναζιού, που βρέθηκε το 2006 στην Ολβία της Σαρδηνίας, χρονολογήθηκε στο δεύτερο μισό του 3 ου αιώνα πχ, την εποχή του Αρχιμήδη, τότε, που ο Ελληνικός Πολιτισμός είχε φθάσει στη μέγιστη ακμή του στην Κάτω Ιταλία. Πρόκειται για το αρχαιότερο γρανάζι, που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα, το οποίο από την ημέρα της ανακάλυψής του προκάλεσε το τεράστιο ενδιαφέρον της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας. Σχ 4 Το γρανάζι της Σαρδηνίας 6

7 Είναι κατασκευασμένο από κράμα χαλκού, έχει διάμετρο 43 χιλιοστά και διέθετε 55 δόντια σε όλη του την περιφέρεια. Δεδομένου, ότι ο αριθμός 55 είναι το γινόμενο των δύο πρώτων αριθμών 5 και 11, είναι πολύ πιθανόν, ότι το γρανάζι αυτό αποτελούσε μέρος μηχανισμού, όπου σε συνεργασία με άλλα γρανάζια η σχέση μετάδοσης αντιστοιχούσε σε κάποιο αστρονομικό κύκλο. Αυτό επιβεβαιώνει τη μεγάλη ακρίβεια των αστρονομικών μετρήσεων εκείνης της εποχής με τη χρήση οδοντωτών μηχανισμών προσομοίωσης της Ουράνιας Μηχανικής. Το Γρανάζι της Σαρδηνίας με εμφανή την καμπυλότητα οδόντωσης. Η εντυπωσιακή ομοιότητά του σε σχήμα και διαστάσεις με τα γρανάζια της σύγχρονης τεχνολογίας έγινε αντιληπτή μετά την αποκατάσταση και την ακριβή γραφική αναπαράστασή του στον υπολογιστή. Η αναλογία με το κέρμα του ενός ευρώ στην εικόνα μας δίνει μία ιδέα των μικρών διαστάσεών του. Οι μικρές του αυτές διαστάσεις μας έκαναν να πιστεύουμε, ότι το γρανάζι πιθανόν να αποτελούσε τμήμα κάποιου μηχανισμού παρόμοιου με τον Υπολογιστή των Αντικυθήρων (1 ος αιώνας. Π.Χ.). Πριν από την αποκατάσταση και λόγω της εκτεταμένης οξείδωσης της επιφάνειάς του τα δόντια φαίνονταν σχεδόν σαν ακατέργαστα και με τριγωνικό προφίλ, ίδια με του Υπολογιστή των Αντικυθήρων. Σχ 5 Απεικόνιση του γραναζιού 7

8 2.4 ΟΔΟΝΤΩΤΟΣ ΤΡΟΧΟΣ Γενικά Οδοντωτός τροχός ή γρανάζι ονομάζεται κάθε μεταλλικός ή και απο οποιαδήποτε άλλη ανθεκτική ύλη κατασκευασμένος δίσκος που η εξωτερική του επιφάνεια είναι διαμορφωμένη με εσοχές και εξοχές με κατάλληλη μορφή ώστε να σχηματίζουν δόντια που ισαπέχουν. Όλα τα δόντια πρέπει να έχουν πρέπει να έχουν την ίδια μορφή, δηλαδή να έχουν το ίδιο ύψος, πλάτος και την ίδια απόσταση μεταξύ τους. Τοποθετούνται σε περιστρεφόμενους άξονες, με τα δόντια του ενός τροχού να εμπλέκονται με τα δόντια του άλλου γραναζιού. Η εμπλοκή δύο οδοντωτών τροχών γίνεται με την είσοδο των δοντιών του ενός στα αυλάκια του άλλου, οπότε όταν ο ένας τροχός τεθεί σε κίνηση τίθεται και ο άλλος. Χρησιμοποιούνται για μετάδοση περιστροφικής κίνησης rpm και δύναμης (ροπή) απο το ένα μέρος μιας μηχανής σε ένα άλλο. Το γρανάζι είναι ένα απο τα πιο σημαντικά στοιχεία στον τομέα της μηχανικής στης μετάδοση της κίνησης Πολύ επιστημονική έρευνα, μελέτη και ανάπτυξη έχει ολοκληρωθεί πάνω στο γρανάζι αλλά και φόρμουλες έχουν αναπτυχθέι ώστε να καθοριστούν πρότυπα για να κάνει τον σχεδιασμό τους αλλά και την εφαρμογή τους πιο εύκολη. Η τεχνική των οδοντωτών τροχών έχει φθάσει σε τέτοια τελειότητα που να μπορεί να μας προσφέρει γρανάζια για οποιεσδήποτε συνθήκες λειτουργίας, στροφών και ισχύς. ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ ΟΔΟΝΤΩΤΟΥ ΤΡΟΧΟΥ Οι κύριες διαστάσεις και τα χαρακτηριστικά στοιχεία κάθε οδοντωτού τροχού κατα DIN 868 : Την περιφέρεια d k που διέρχεται απο τις κορυφές των δοντιών και ονομάζεται περιφέρεια κορυφών. Την περιφέρεια d που διέρχεται περίπου απο το μέσον των δοντίων και ονομάζεται αρχική περιφέρεια. Την περιφέρεια d f που αντιστοιχεί στην βάση των δοντιών και ονομάζεται περιφέρεια ποδών. Την μεγάλη διάμετρο του τροχού δηλαδή την διάμετρο που αντιστοιχεί στην περιφέρεια των κορυφών και ονομάζεται διάμετρος περιφέρειας κεφαλών. Την διάμετρο της αρχικής περιφέρειας και ονομάζεται αρχική διάμετρος Την διάμετρο του τροχού, που αντιστοιχεί στην βάση των δοντιών και καλείται διάμετρος ποδών Το ύψος του δοντιού k που βρίσκεται περα απο την αρχική περιφέρεια και ονομάζεται κεφαλή του δοντιού ή ύψος κεφαλής. Το υπόλοιπο τμήμα f του δοντιού που βρίσκεται εσωτερικά της αρχικής περιφερειας και ονομάζεται βάση του δοντιού. 8

9 Το τμήμα s που ονομάζεται πάχος δοντιού και μετριέται πάνω στην αρχική περιφέρεια. Το τμήμα b που καλείται μήκος δοντιού. Και η διαφορά w μεταξύ βήματος και πάχος δοντιού που καλείται διάκενο δοντιού και μετριέται και αυτή πάνω στην αρχική περιφέρεια. Σχ 6 Γεωμετρία δοντιού. ΟΔΟΝΤΩΣΗ Οδόντωση καλείται το σύνολο των δοντιών ενός τροχού και τα μεγέθη που την χαρακτηρίζουν είναι : Το modul Τα χαρακτηριστικά ύψη (κεφαλής,πόδα ) Η αρχική διάμετρος Η διάμετρος κεφαλής Η διάμετρος ποδιού Για να χαραχθεί ένας οδοντωτός τροχός πρέπει πρώτα να υπολογιστεί η αρχική περιφέρειά του η οποία ορίζεται από την αρχική διάμετρο d. Αυτή πρέπει να χωριστεί σε τόσα τόξα όσα είναι και τα δόντια του z και το μήκος κάθε τόξου είναι ίσο με το βήμα της οδόντωσης t. Για την αρχική διάμετρο ισχύει ότι d=t z/π. Για να απλουστευθούν οι υπολογισμοί, θεωρείται γνωστή η τιμή m= t/π η οποία ονομάζεται διαμετρικό βήμα ή μοντούλ. Ο βασικός νόμος της οδόντωσης λέει ότι για να μεταφερθεί η κίνηση από τον ένα οδοντωτό τροχό στον συνεργαζόμενό του ομοιόμορφα, δηλαδή ο αρχικός κύκλος του ενός τροχού να κυλίεται χωρίς ολίσθηση πάνω στον 9

10 αρχικό κύκλο του συνεργαζόμενου, θα πρέπει η κάθετος στο εκάστοτε σημείο επαφής των δυο συνεργαζόμενων κατατομών να περνάει από το σημείο κύλισης. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να έχουν σταθερή σχέση γωνιακών ταχυτήτων, δηλαδή σταθερή σχέση μετάδοσης. ΣΧΕΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Οι στροφές, που δέχεται η κινούμενη άτρακτος από την κινητήρια μπορεί να είναι περισσότερες ή λιγότερες από αυτές της κινητήριας. Ο λόγος των στροφών της κινητήριας n1 προς τις στροφές της κινούμενης n2 ατράκτου καλείται σχέση μετάδοσης κίνησης και συμβολίζεται με το γράμμα i. Αν ισχύει i<1 τότε οι τελικές στροφές είναι λιγότερες από τις αρχικές, δηλαδή n1<n2 (αύξηση στροφών), ενώ εάν i>1 τότε οι τελικές στροφές είναι περισσότερες από τις αρχικές, δηλαδή n1>n2 (μείωση στροφών). Οι συνηθισμένες τιμές σχέσης μετάδοσης κίνησης με οδοντωτούς τροχούς κυμαίνονται από 1:1 ως 6:1 και σε καμία περίπτωση για μια βαθμίδα δεν πρέπει αν ξεπερνούν το 8. Μεγαλύτερες σχέσεις μετάδοσης κατανέμονται σε περισσότερες βαθμίδες, έτσι για i 45 επιλέγονται δύο βαθμίδες, ενώ για μεγαλύτερες σχέσεις μετάδοσης και έως 200 επιλέγονται τρεις βαθμίδες. Γενικά, προτιμάται η σχέση μετάδοσης κίνησης να είναι τέτοια, ώστε ο αριθμός των δοντιών του ενός τροχού να διαιρείται ακριβώς με τον αριθμό των δοντιών του άλλου τροχού, ώστε τα δόντια να εφαρμόζουν ταχύτερα και η κίνηση να είναι πιο αθόρυβη. Επίσης, προτιμάται οι αριθμοί που εκφράζουν τη σχέση μετάδοσης κίνησης να είναι πρώτοι μεταξύ τους, οπότε σπάνια συναντιούνται τα ίδια δόντια, συνεπώς επιτυγχάνεται ομοιόμορφη φθορά σ όλα τα δόντια. ΤΥΠΟΙ ΟΔΟΝΤΩΤΩΝ ΤΡΟΧΩΝ Οι οδοντωτοί τροχοί κατηγοριοποιούνται με βάσει την μορφή της οδόντωσής τους, αλλά και με την θέση που έχουν οι άξονες των τροχών μεταξύ τους και είναι οι ακόλουθη : ΜΕΤΩΠΙΚΟΙ ΟΔΟΝΤΩΤΟΙ ΤΡΟΧΟΙ Παράλληλοι οδοντωτοί τροχοί (ευθεία οδόντωση) Τα δόντια είναι παράλληλα μεταξύ τους και προς τον άξονα του τροχού. Η οδόντωση μπορεί να είναι εξωτερική ή εσωτερική. Οι μετωπικοί τροχοί ευθείας οδοντώσεως έχουν βαθμό επικαλύψεως 1 εώς 2 ενώ δεν ενδύείκνυνται για μεγάλα φορτία γιατί προκαλούν θόρυβο και δημιουργούν μεγάλα δυναμικά φορτία. 10

11 Σχ 7 Ζεύγος μετωπικών τροχών με ευθεία οδόντωση Ελικοειδείς οδοντωτοί τροχοί. Η οδόντωση έχει κεκλιμένα δόντια είτε μονά είτε διπλά. Οι ελικοειδείς τροχοί εργάζονται πιο αθόρυβα από αυτούς με παράλληλη οδόντωση, αντέχουν σε μεγαλύτερα φορτία, μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλότερες ταχύτητες και μπορούν να κατασκευασθούν με μικρότερο αριθμό οδόντων. Σχ8 Ελικοειδείς οδοντωτοί τροχοί 11

12 Μια παραλλαγή του ελικοειδούς γραναζιού είναι το διπλό ελικοειδές γρανάζι.μοιάζει με δύο μονά αλλά εδράζει σε έναν κοίνο άξονα. Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά απο τον Andre Citroen (το ιδρυτή της αυτοκινητοβιομηχανίας) ο οποίος και εξασφάλισε την πατεντα.το γρανάζι αυτό έχει την δυνατότητα να λάβει περισσότερη ροπή αλλά και εξουδετερώνη αποτελεσματικά την αξονική ώση. Σχ 9 Ο Andre Citroen έβαλε ως σήμα στην αυτοκινητοβιομηχανία του την εικόνα του γραναζιού. Σχ 10 12

13 Ζεύγος οδοντωτού τροχού οδοντωτός κανόνας. Ο οδοντωτός τροχός περιστρέφεται και ο οδοντωτός κανόνας κινείται ευθύγραμμα. ΚΩΝΙΚΟΙ ΟΔΟΝΤΩΤΟΙ ΤΡΟΧΟΙ Σχ 11 Οδοντωτός κανόνας Χρησιμεύουν για την μετάδοση κίνηση μεταξύ τεμνόμενων ατράκτων. Οι γεωμετρικοί άξονες των ατράκτων σχηματίζουν συνήθως γωνία 90 ο αλλά μερικές φορές μικρότερη ή μεγαλύτερη από 90 ο. Οι τροχοί αυτοί έχουν την μορφή κόλουρου κώνου του οποίου οι οδόντες μπορεί να είναι ευθείς ή τμήματα εξειλιγμένης ή τόξα κύκλου.διακρίνονται με ίσια δόντια και με πλάγια δόντια. 13

14 Σχ 12 Είδη κωνικών τροχών ΖΕΥΓΑΡΙ ΑΤΕΡΜΟΝΑ ΚΟΧΛΙΑ (ΠΙΝΙΟΝ) ΟΔ.ΤΡΟΧΟΣ (ΚΟΡΩΝΑ) Το σύστημα αυτό αποτελείται από ένα ατέρμονα κοχλία, που είναι ουσιαστικά ένας κοχλίας κινήσεως κατάλληλου σπειρώματος μίας ή περισσοτέρων αρχών, ο οποίος συνεργάργάζεται με έναν οδοντωτό τροχό κατά τέτοιο τρόπο ώστε η συνεργασία τους να μοιάζει με τον τρόπο εμπλοκής στη συνεργασία ενός κοχλία με το περικόχλιό του. Οι άξονές τους είναι συνήθως κάθετοι, αν και είναι δυνατόν να σχηματίζουν άλλη γωνία. Το σύστημα αυτό ενδείκνυται για μεταφορά μεγάλων φορτίων και για μεγάλες σχέσεις μείωσης, εώς και 200:1. Σχ 13 Κορώνα πινίον ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΟΙ ΟΔΟΝΤΩΤΟΙ ΤΡΟΧΟΙ ΑΣΥΜΒΑΤΩΝ ΑΞΟΝΩΝ Είναι ελικοειδείς οδοντωτοί τροχοί με κατάλληλη κλίση στα δόντια για να μπορούν να συνδέσουν ατράκτους που είναι διασταυρούμενες χωρίς να τέμνονται. Τα δόντια δύο συνεργαζόμενων ελικοειδών τροχών ασύμβατων αξόνων έχουν σημειακή επαφή, η οποία μετατρέπεται σε γραμμική καθώς αυξάνει η φθορά των κατατομών. Λόγω του τρόπου επαφής τους οι τροχοί μπορούν να μεταφέρουν μικρά φορτία και γι αυτό χρησιμοποιούνται κατά βάση μόνο για την μετάδοση κίνησης και δεν ενδείκνυται για μεταφορά ισχύος. 14

15 Σχ 14 Κυλινδρικά γρανάζια ΕΠΙΚΥΚΛΙΚΗ ΟΔΟΝΤΩΣΗ Στη διάταξη αυτού του τύπου που προσομοιάζει στο πλανητικό σύστημα έχουμε ένα κεντρικό γρανάζι που καταλαμβάνει τη θέση του ήλιου και μια σειρά γραναζιών πλανητών που συνδέονται με τα δόντια του κεντρικού γραναζιού. Η πλανητική διάταξη προσφέρει τη δυνατότητα για μετάδοση μεγάλης ισχύος καθώς επίσης και για μεγάλες σχέσεις μετάδοσης. Οι πλανητικές οδοντώσεις έχουν λίγο μεγαλύτερο κόστος από τις άλλες γιατί περιλαμβάνουν μεγαλύτερο αριθμό γραναζιών, έχουν όμως παράλληλα το πλεονέκτημα ότι συχνά καταλαμβάνουν μικρό χώρο και έχουν μεγάλο βαθμό απόδοσης. Σχ 15 Πλανητική διάταξη γραναζιών 15

16 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ-ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Πλεονεκτήματα Δεν εμφανίζουν κατά την λειτουργία αξονικές δυνάμεις και επομένως τα έδρανα δέχονται μικρότερα φορτία. Ο βαθμός απόδοσης είναι λίγο μεγαλύτερος. Οι οδόντες μπορούν να κατασκευασθούν με μεγαλύτερο πλάτος. Έτσι προκύπτουν μεγαλύτερες επιφάνειες επαφής, μικρότερες πιέσεις επιφάνειας και αντίστοιχα μικρότερη φθορά. Μειονεκτήματα Η λειτουργία τους είναι σχετικά θορυβώδης και όχι τόσο ήρεμη, ιδιαίτερα σε υψηλό αριθμό στροφών. Η αντοχή τους, για τις ίδιες διαστάσεις, είναι λίγο μικρότερη. Είναι ευαίσθητοι έναντι λαθών μορφής του οδόντα και πρόσθετων δυναμικών φορτίων δηλ. εμφανίζουν ευκολότερα ταλαντώσεις και δυναμικές θραύσεις ΥΛΙΚΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Ένας οδοντωτός τροχός μπορεί να κατασκευαστεί απο χάλυβα, σίδηρο χαλκό ή και πλαστικό. Ο χάλυβας είναι ο πιο ευρεία διαδεδομένο υλικό κατασκευείς γραναζιών. Μερικές φορές χρησιμοποιείται και ο σίδηρος ο οποίος έχει πολύ καλές χυτευτικές ιδιότητες. Ο πλαστικό έχει καλές ιδιότητες πλαστουργήσεως αλλά έχουν περιορισμένη ικανότητα μεταφοράς φορτίου. ΛΙΠΑΝΣΗ Σκοπός της λίπανσης είναι η ελάττωση της τριβής και επομένως η μείωση των φθορών στις κατατομές των οδόντων και η απαγωγή της αναπτυσσόμενης θερμότητας. Τα λιπαντικά που συνήθως χρησιμοποιούνται είναι τα ορυκτά έλαια, ενώ για μικρές περιφερειακές ταχύτητες χρησιμοποιούνται λίπη. Η λίπανση γίνεται με εμβάπτιση, δηλαδή οι οδοντωτοί τροχοί βυθίζονται στο λάδι (βάθος 1 έως 6 μοντούλ) που έρχεται σε επαφή με τις κατατομές των οδόντων άμεσα ή με εκτίναξη σταγόνων. 16

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΙΒΩΤΙΟ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ 3.1 ΚΙΒΩΤΙΑ ΤΑΧΘΤΗΤΩΝ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΣΤΡΟΦΩΝ Γενικά Στην αρχή της ερευνάς μας για τα κιβώτια ταχυτήτων, θα κάνουμε μια μικρή αναφορά για τα κιβώτια ταχυτήτων σταθερών στροφών, δηλαδή με σταθερό αριθμό στροφών στην έξοδό του κιβωτίου, τα οποία βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή κυρίως στις βαρίες βιομηχανίες. Η αναφορά μας αυτή θα βοηθήσει στην κατανόηση της σημασίας των γραναζιών σαν μηχανισμός αλλαγής των στροφών, εξασφαλίζοντας μεγάλη ασφάλεια λειτουργίας ακριβή σχέση μετάδοσης, δυνατότητα υπερφόρτισης, μεγάλη διάρκεια ζωής και μεγάλο βαθμό απόδοσης. 3.2 ΜΕΙΩΤΗΡΑΣ ΣΤΡΟΦΩΝ Οι οδοντωτοί τροχοί είναι βασικό στοιχείο σε κάθε εργαλειομηχανή η οποία βασίζεται στην περιστροφική κίνηση.η κίνηση μπορεί να παραχθεί είτε από έναν ηλεκτροκινητήρα είτε από μια μηχανή και την ονομάζουμε είσοδο στον μειωτήρα. Η μηχανή έχει συνήθως μεγάλη στροφορμή, αλλά χαμηλή ροπή με αποτέλεσμα η ροπή να είναι μικρή για την εκτέλη εργασιών με μεγάλα φορτία και ως εκ τούτου να μην μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα σε βιομηχανικές εφαρμογές.την λύση σε αυτό το πρόβλημα την έδωσε ένα κέλυφος στο οποίο μέσα υπάρχει μια σύμπλεξη γραναζιών. Σε συμπλέξεις γραναζιών, η είσοδος συνδέεται μέσω ενός άξονα σε ένα μικρό γρανάζι που ονομάζεται πηνίο. Το πηνίο συνεργάζεται με ένα μεγαλύτερο γρανάζι για περίπτωση μεγαλύτερης μετάδοσης. Λόγω αυτής της μορφής σύμπλεξης, η ροπή του κινητήρα αυξάνεται σε βάρος της στροφορμής. Μεγάλη ποικιλία γραναζιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αυτό το σκοπό, όπως παράλληλα γρανάζια, ελικοειδή γρανάζια και κωνικά γρανάζια. 3.3 Τύπος και δομή μειωτήρα Οι διάφοροι τύποι μειωτήρων καθορίζονται από τη μετατροπή της κίνησης που είναι επιθυμητή και αξιοποιούν διάφορους τύπους γραναζιών από αυτούς που προαναφέρθηκαν προκειμένου να επιτύχουν τη ζητούμενη σχέση μετάδοσης. Στους διάφορους τύπους άλλωστε των μειωτήρων χρησιμοποιούνται και οι αντίστοιχοι τύποι γραναζιών. Για παράδειγμα σε ένα ευθύγραμμο μειωτήρα που είναι μειωτήρας παράλληλων αξόνων 17

18 χρησιμοποιούνται μετωπικά γρανάζια, ενώ στους γωνιακούς μειωτήρες χρησιμοποιούνται κωνικά γρανάζια ή γρανάζια ατέρμονα κοχλία κορώνας. Ωστόσο αυτοί του τύπου οι μειωτήρες εχούν και κάποιους περιορισμούς. Για να χρησιμοοιηθούν χρειάζεται οι άξονες εισόδου εξόδου να βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.για να ξεπεραστεί όμως αυτό το πρόβλημα εξελίχθηκε ένας ειδικός τύπος γραναζιών που ονομάζονται υποειδείς οδοντωτοί τροχοί. Σχ 16 Υποειδείς γρανάζια Τα υποειδέις γρανάζια ανήκουν στην κατηγορία των κώνικων γραναζίων. Η βασική διαφορά είναι ότι τα επίπεδα εισόδου και εξόδου είναι διαφορετικά και αυτό επιτρέπει την πιο αποτελεσματική σύμπλεξη των γραναζιών. Δεδομένου ότι η επαφή των δοντιών είναι σταδιακή, τα υποειδή γρανάζια είναι αθόρυβα στην λειτουργία σε σύγκριση με τα γρανάζια παράλληλων αξόνων. Τα υποειδή γρανάζια χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές στην βιομηχανία αλλά και την αυτοκινητοβιομηχανία, το δε χρησιμοποιούμενο υλικό είναι μέταλλο π.χ. ανοξείδωτο ατσάλι. Μια σημαντική εφαρμογή των υποειδών γραναζιών είναι στα διαφορικά των αυτοκινήτων, όπου οι άξονες του πηνίου μηχανής και της κορώνας βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα. ΜΕΙΩΤΗΡΑΣ ΣΤΡΟΦΩΝ ΠΑΡΑΛΛΗΛΩΝ ΑΞΟΝΩΝ Το κέλυφος του μειωτήρα μπορεί να έχει τρεις τρύπες που να διαμορφώνουν σχήμα ισοσκελούς τριγώνου για να τοποθετηθούν μέσα σ αυτές τρεις διατάξεις γραναζιών. Αυτό σημαίνει ότι η μείωση των στροφών θα γίνει σε δύο στάδια. Σε μια τέτοια διάταξη τα δύο μικρότερα γρανάζια συνήθως μπαίνουν στις δύο τρύπες που συνιστούν τη βάση του τριγώνου, ενώ το μεγάλο γρανάζι συνήθως μπαίνει στην κορυφή του ισοσκελούς τριγώνου. Τα γρανάζια μπορούν να έχουν ευθέα δόντια, αλλά κατά προτίμηση έχουν 18

19 κεκλιμένα δόντια. Η διάταξη του μεγάλου γραναζιού περιλαμβάνει και τον άξονα εξόδου με τις μειωμένες στροφές. Σχ 17 Μειωτήρας στροφών παράλληλων αξόνων ΓΩΝΙΑΚΟΣ ΜΕΙΩΤΗΡΑΣ ΜΕ ΚΩΝΙΚΟΥΣ ΟΔ. ΤΡΟΧΟΥΣ Στην περίπτωση αυτή έχουμε δύο τρύπες από την διαμήκη πλευρά του κελύφους και μια τρύπα από την μικρή πλευρά του κελύφους. Από την τρύπα αυτή μπαίνει η διάταξη γραναζιού που συνδέεται με τον άξονα του κινητήριου μοτέρ. Ο άξονας πινιόν συνδέεται με σφήνα με μετωπικό γρανάζι με κεκλιμένα δόντια. Ο άξονας εισόδου φέρει στην άκρη του από την πλευρά του κινητήριου μοτέρ κωνική οδόντωση και μέσω αυτής συνδέεται με το μηχανισμό εισόδου. Στη διαμήκη πλευρά του κελύφους προσαρμόζονται δύο διατάξεις γραναζιών. Η μία συνιστά τη διάταξη εξόδου που μπορεί να έχει και το μεγάλο μετωπικό γρανάζι με κεκλιμένα δόντια. Ο άξονας εξόδου συνδέεται με το γρανάζι με δύο σφήνες. Η δεύτερη διάταξη που προσαρμόζεται στη διαμήκη πλευρά του κελύφους είναι αυτή του κωνικού γραναζιού που αποτελεί και το κλειδί της μετατροπής της κίνησης. Αυτή μπορεί να διαθέτει κωνικό γρανάζι συνδεδεμένο με μια σφήνα με άξονα πινιόν. 19

20 Σχ 18 Μειωτήρας κώνικων γραναζιών ΠΛΑΝΗΤΙΚΟΣ ΜΕΙΩΤΗΡΑΣ Οι πλανητικοί μειωτήρες παρουσιάζουν ορισμένα χαρακτηριστικά που τους διακρίνουν από τους συνήθεις μειωτήρες. Το βασικότερο είναι η χαμηλή (κατά κανόνα αλλά όχι πάντα) ισχύς λειτουργίας τους, αλλά και η μεγάλη ακρίβεια ρύθμισης που επιτυγχάνουν. Χαρακτηρίζονται επίσης από το ότι μολονότι επιτυγχάνουν σημαντικές σχέσεις μείωσης και αρκετά μεγάλες ροπές εξόδου κατασκευάζονται σε μικρά σχετικά μεγέθη. Ένα απλό πλανητικό σύστημα αποτελείται από α) μια στεφάνη (κορώνα) με εσωτερική οδόντωση που ανάλογα με την διάταξη μπορεί να περιστρέφεται ή να μένει σταθερή, β) ένα κεντρικό γρανάζι (πινιόν) που αποκαλείται ήλιος, και γ) δύο ή περισσότερα σετ γραναζιών (πλανήτες) που περιστρέφονται σε μικρούς άξονες και εμπλέκονται μεταξύ της στεφάνης και του ήλιου. Οι μικροί άξονες εμπλέκονται στον φορέα των πλανητών. Ο άξονας του φορέα είναι ομοαξονικά τοποθετημένος με τον άξονα του ήλιου. Και οι δύο άξονες έρχονται σε επαφή με την στεφάνη. 20

21 Ένα πλανητικό σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν υποπολλαπλασιαστής ή πολλαπλασιαστής στροφών σε αυτόματα υδραυλικά κιβώτια με μετατροπέα ροπής ή σε κιβώτια συνεχώς μεταβαλλόμενων σχέσεων CVT. Σχ 19 Πλανητικός μειωτήρας Σχ 20 Πλανητικός μειωτήρας 21

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΥΜΠΛΕΚΤΗΣ 4.1 ΣΥΜΠΛΕΚΤΗΣ Γενικά Σκοπός συμπλέκτη Πριν την μελέτη μας για το κιβώτιο ταχυτήτων, θα αναφερθούμε σε ένα συνεργαζόμενο, στην άμεση λειτουργία του κιβωτίου ταχυτήτων, μηχανισμό, τον συμπλέκτη. Ο συμπλέκτης, είναι ένας μηχανισμός του συστήματος μετάδοσεις κίνησης, ο οποίος επιτρέπει την περιστροφική κίνηση ενός άξονα να μεταδοθεί (και κατα συναίπεια η ροπή στρέψης ) όταν είναι επιθυμητό, σε μια δεύτερη άτρακτο η οποία συμπίπτει με εκείνη του πρώτου. Βρίσκεται αμέσως μετά τον κινητήρα δηλαδή μεσολαβεί ανάμεσα στον σφόνδυλο και το κιβώτιο ταχυτήτων. Ο βασικός σκοπός του είναι η σύμπλεξη και η αποσύμπλεξη του στροφαλοφόρου άξονα με τον πρωτεύον άξονα του κιβωτίου ταχυτήτων.κατά την σύμπλεξη, συνδέεται η μηχανή με το κιβώτιο ταχυτήτων, για να μεταδοθεί ομαλά η κίνηση στους κινητήριους τροχούς του αυτοκινήτου. Με την αποσύμπλεξη, αποσυνδέεται η μηχανή απο το κιβώτιο οπότε δεν έχουμε μετάδοση κίνησης. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΕΚΤΗ Μετάδοση ροπής: Ο συμπλέκτης πρέπει να είναι σε θέση να μεταδώσει την μέγιστη ροπή του κινητήρα κάτω από όλες τις συνθήκες.είναι συνήθως σχεδιασμένος να μεταφέρει 125 με 150 % τοις εκατό της μέγιστης ροπής του κινητήρα.δεδομένου οτι ο συμπλέκτης ολισθαίνει κατα την εμπλοκή του,έρχεται αντιμέτωπος με μεγάλα ποσά θερμότητας και είναι ο κύριος παράγοντας περιορισμού της δυναμικότητάς του.το υλικό τριβής πρέπει να αντέχει στις υψηλές θερμοκρασίες και στης σύσφιξη φορτίων. Ανάπτυξη θερμότητας : Κατά την εφαρμογή του συμπλέκτη, παράγονται μεγάλες ποσότητες θερμότητας.η επιφάνειες τριβής θα πρέπει να έχουν επαρκεί μέγεθος και μάζα για να απορροφήση την ελκυόμενη ποσότητα. Η σωστή σχεδίαση του συμπλέκτη θα πρέπει θα πρέπει να εξασφαλιζει τον σωστό εξαερισμό ή ψύξη για επαρκή απαγωγή της θερμότητας. Απόσβεση κραδασμων : Ένας κατάλληλος μηχανισμός θα πρέπει να ενσωματωθεί στο πλαίσιο του συμπλέκτη για την εξάληψει του θορύβου που παράγεται κατα την μετάδοση. Μέγεθος : Το μέγεθος του συμπλέκτη θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν λιγότερο έτσι ώστε να καταλαμβάνει ελάχιστη ποσότητα του χώρου. Αδράνεια : Τα περιστρεφόμενα μέρη του συμπλέκτη θα πρέπει να έχουν ελάχιστη αδράνεια.διαφορετικά όταν ο συμπλέκτης 22

23 απελευθερωθεί για την αλλαγή ταχύτητας, ο δίσκος του συμπλέκτη θα εξακολουθεί να περιστρέφεται προκαλώντας σκλήρη μετατόπιση. Λειτουργική ευκολία : Για καλύτερη ευκολία στον χρήστη θα πρέπει η λειτουργία της απεμπλοκής να μην είναι κουραστική στον οδηγό. 4.2 ΤΥΠΟΙ ΣΥΜΠΛΕΚΤΩΝ ΒΑΣΗ ΤΟΥ ΤΡΟΠΟΥ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΤΗΣ ΡΟΠΗΣ ΣΤΡΕΨΕΩ ΕΙΝΑΙ : 1. Μηχανικοί λειτουργουν βασιζόμενοι στη δύναμη της τριβης. 2. Υδραυλικοί χρησιμοποιούν την κινητική ενέργεια του υγρου. 3. Ηλεκτρομαγνητικοί χρησιμοποιούν την δύναμη της τριβής που παράγεται απο την κίνηση της σκόνης σιδήρου εντός μαγνητικού πεδίου. 4. Συνδυαζόμενοι μηχανικό υδραυλικοί. Λόγω της απλότητας κατασκευής και συντήρησης τους, ο πιο διαδεδομένος τύπος είναι ο μηχανικός συμπλέκτης τριβής. ΒΑΣΗ ΤΗΣ ΜΟΡΦΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΤΡΙΒΗΣ 1. Κωνικοί συμπλέκτες. 2. Επίπεδοι συμπλέκτες με έναν ή περισσότερους δίσκους τριβής.οι επίπεδοι συμπλέκτες μπορεί να είναι ξηροί ή υγροί.στην δευτερή περίπτωση οι δίσκοι είναι εγκλεισμένοι μέσα σε κέλυφος γεμάτο ειδικό λάδι.οι συμπλέκτες με περισσότερες επιφάνειες τριβής μεταφέρουν μεγαλύτερη ροπή (πχ φορτήγα).πολλές επαφάνειες τριβής χρησιμοποιούνται στις περιπτώσεις όπου δεν μπορούμε να αυξήσουμε τη διάμετρο του δίσκου. 3. Ειδικοί χρησιμοποιούνται περισσότερο στα αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων. ΒΑΣΗ ΤΟΥ ΤΡΟΠΟΥ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΣΧΕΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ ΤΡΙΒΗΣ. 1. Με τη βοήθεια ελατηρίων / ένα κεντρικό ή πολλά περιφερειακά. 2. Με τη βοήθεια φυγοκεντρης δύναμης βαριδίων. 3. Ηλεκτρομαγνητικοί. Η επαφή δημιουργείται με την βοήθεια μαγνητικού πεδίου. ΒΑΣΗ ΤΟΥ ΤΡΟΠΟΥ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΤΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΝΤΑΛ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΕΚΤΗ. 23

24 1. Με μηχανική κίνηση (μέσω μοχλών). 2. Με υδραυλική κίνηση. 3. Μετάδοση κίνησης με υποπίεση. ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΖΩΗΣ Η διάρκεια ζωής του συμπλέκτη εξαρτάται απο τον αριθμό των συμπλέξεων και αποσυμπλέξεων του, επειδή οι επενδύσεις τριβής φθείρονται γενικά από την ολίσθηση των τριβόμενων επιφανειών.κατά την λείτουργια του συμπλέκτη παράγεται έργο τριβής (ολίσθηση) το οποίο αυξάνει την θερμοκρασία των μεταλλικών εξαρτήματων και το θερμουίτ λειτουργεί σε περιβάλλον αυξημένης θερμοκρασίας.οι έρευνες για την φθορά της επένδυσης τριβής έχουν δείξει ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας απο 20 C μέχρι 100 C η φθορά σχεδόν διπλασιάζεται.για τα αστικά οχήματα ο αριθμός των αποσυμπλέξεων είναι της τάξης των ανά 100 Km. Ακόμα ένα σημαντικό στοιχείο για την διάρκεια ζωής του συμπλέκτη είναι και τρόπος λειτουργιάς του όπως αν φρενάρουμε με τον συμπλέκτη ή οι απότομες εκκίνησεις η ακόμα και οι ανηφορικές εκκινησεις ενός οχήματος. ΖΥΓΟΣΤΑΘΜΙΣΗ Η συγοστάθμιση του συμπλέκτη εξαρτάται απο τις διαστάσεις του, από τα κένα της διαδρομής του και από το αν είναι πολύστροφος ή όχι ο κινητήρας. Στο σύνολο συνιστάται να είναι στα όρια gr.cm. Η πλάκα πίεσης των επιβατικών οχηματων ζυγοσταθμίζεται με ακρίβεια gr.cm. και των φορτηγών gr.cm. Τον δίσκο τριβέα με την πλήμνη των επιβατικών ζυγοσταθμίζεται με ακρίβεια 35 gr.cm. Για την ζυγοστάθμιση των εξαρτημάτων του συμπλέκτη κάνουν οπές. ΥΛΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΩΝ Η πλάκα πίεσης όπως και ο σφόνδυλος κατασκευάζεται από φαίο χυτοσίδηρο ή από χυτοσίδηρο με προσμόξεις χρωμίου (Cr), νικελίου (Ni) και μολυβδαίνιου (Μο) με ποσοστό 2 %. Η σκληρότητα Brunell μετά την ανώπτυση είναι ΗΒ = O δίσκος τριβής κατασκευάζεται από χάλυβα (πάχους 1,3-2,0 mm) μέσης ή υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα.η θερμική κατεργασία σε λάδι με ανώπτυση σε καλούπι και σκληρότητα HRC Η χελώνα του συμπλέκτη από χάλυβα (πάχους 2,5 4,0 mm) με διαμόρφωση σε καλούπι εν ψυχρώ. 24

25 4.3 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΣΥΜΠΛΕΚΤΗ Ο ξερός μηχανικός συμπλέκτης με έναν επίπεδο δίσκο τριβής χρησιμοποιείται σχεδόν κατ' αποκλειστικότητα στα αυτοκίνητα με χεροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων. Στην συντριπτική πλειοψηφία χρησιµοποιείται συµπλέκτης µε ένα δίσκο τριβής. Ο συµπλέκτης αποτελείται από δακτυλιοειδείς πλάκες (δίσκοι). Η µία από αυτές είναι ο ίδιος ο σφόνδυλος του κινητήρα, ενώ η δεύτερη, ονοµάζεται πλάκα πίεσης-πλατώ, συνδέεται µε το σφόνδυλο, µε το κέλυφος του συµπλέκτη µέσω συστήµατος µοχλών και ακολουθεί στην περιστροφή της το στροφαλοφόρο άξονα. Ανάµεσα τους βρίσκεται ένας λεπτός δίσκος επικαλυµµένος και από τις δύο µεριές µε ειδικό υλικό που αυξάνει τη τριβή (θερµουΐτ), ο οποίος ονοµάζεται δίσκος τριβής του συµπλέκτη και µεταδίδει την κίνηση στο κιβώτιο ταχυτήτων. Ο δίσκος τριβής του συµπλέκτη είναι σφηνωµένος µε τη δύναµη των ελατηρίων (ελικοειδή ή ελατηριωτό διάφραγμα-χτένι) στο σφόνδυλο και την πλάκα πίεσης, έτσι ώστε όταν ο σφόνδυλος περιστρέφεται είναι αναγκασµένος να τον ακολουθήσει, οπότε µε το πολύσφηνο του µεταδίδει την κίνηση στον πρωτεύοντα άξονα του κιβωτίου ταχυτήτων. Στη θέση αυτή ο συµπλέκτης, είναι «συµπλεγµένος», δηλαδή είναι σε λειτουργία και µεταδίδει την κίνηση στο κιβώτιο ταχυτήτων. Η αποσύµπλεξη γίνεται µε πίεση στα ελεύθερα άκρα των µοχλών, όποτε αναγκάζονται τα ελατήρια να αποχωρίσουν και η πλάκα πίεσης αποµακρύνεται από το σφόνδυλο, και έτσι ελευθερώνεται ο δίσκος τριβής του συµπλέκτη, η κίνηση δεν µεταδίδεται. Ας εξηγήσουμε λίγο και με πιο απλά λόγια την λειτουργία του.έστω οτι έχουμε έναν κινούμενο άξονα και θέλουμε να μεταδόσουμε κίνηση σε έναν άλλο άξονα.τοποθετούμε στις άκρες τους, πρόσωπο με πρόσωπο δυο δίσκους που καλύπτουμε τις επιφάνειες τους με ένα υλικό τριβής.αν τώρα σπρώξουμε τον κινητήριο άξονα και εφάπτεται με τον άλλον τότε η περιστροφική κίνηση του θα μεταδοθεί απο τον κινητήριο στον κινούμενο άξονα.η μετάδοση της κίνησης είναι αποτέλεσμα της τριβής των δύο δίσκων και εξαρτάται από το συντελεστή τριβής των υλικών και την δύναμη με την οποία πιέζονται οι δίσκοι. 25

26 Ο μηχανικός ξηρός συμπλέκτης αποτελείται από : 1. Στροφαλοφόρος άξονας 2. Σφόνδυλος 3. Δίσκος τριβής 4. Πλάκα πίεσης 5. Ελατηριωτό διάφραγμα-χτένι 6. Πρωτεύων άξονας του κιβωτίου ταχυτήτων 7. Ωστικός τριβέας 8. Κέλυφος 9. Ανοχή πάκτωσης 10. Ασφάλεια εσωτερική 11. Ασφάλεια εξωτερική Σχ 21 Μηχανικός συμπλέκτης σε φαση σύμπλεξης (Α) και αποσύμπλεξης (β) ΔΙΣΚΟΣ ΤΡΙΒΗΣ Ο δίσκος τριβής βρίσκεται μεταξύ σφονδύλου και πλατώ. Η επιφάνεια επαφής του εiναι από θερμουΐτ ή υλικά με μεγάλο συντελεστή τριβής ώστε να μπορεί να μεταφέρει τη ροπή στρέψης αλλά και να αντέχει την αναπτυσσόμενη θερμoκρασiα.πάνω σε ένα χαλύβδινο έλασμα που ονομάζεται μαργαρίτα, είναι συνδεδεμένη με περτσίνια η επιφάνεια τριβής. Το χαλύβδινο αυτό έλασμα είναι συνδεμένο ελαστικά με την πλήμνη με ελικοειδή ελατήρια τα οποία ονομάζονται ελατήρια απορρόφησης κραδασμών. Σκοπός της σύνδεσης αυτής είναι η προοδευτική μετάδοση της κίνησης κατά τη σύμπλεξη. 26

27 Σχ 22 Δίσκος τριβής ΩΣΤΙΚΟΣ ΤΡΙΒΕΑΣ Είναι περισσότερο γνωστός ως ρουλεμάν του συμπλέκτη. Ο τριβέας αυτός περιστρέφεται στο ξεκiνημα του αυτοκινήτου και στην αποσύμπλεξη για την αλλαγή της ταχύτητας. Για τον λόγo αυτό χρησιμοποιείται αυτoλιπαινόμενoς τριβέας που δεν απαιτεί λίπανση. Ο ωστικός τριβέας εivαι ένα εξάρτημα το οποίο δέχεται τη δύναμη που έρχεται, με κατάλληλo τρόπο, από το πεντάλ του οδηγού για να πιέσει με τη σειρά του τα ζύγωθρα ή τα χτένια και να δημιουργηθεί απομάκρυνση της πλάκας πιέσεως (0,2-0,5 rnm). ΠΛΑΤΩ Το πλατώ είναι ένα σύνολο εξαρτημάτων το οποίο στερεώνεται με κοχλίες πάνω στον σφόνδυλο και περιστρέφεται μόνιμα μαζί με αυτόν. Απoτελεiται από: την πλάκα πιέσεως που είναι ένας δίσκος με δακτυλιοειδή μορφή κατασκευασμένος απο χτοσίδηρο, το κέλυφος που είναι μια θήκη απο χαλύβδινο ελάσμα που περιβάλλει και συγκρατεί την πλάκα πίεσεως και το σύστημα μοχλών και το σύστημα μοχλών αποσυμπίεσεις με ελατήρια και ζύγωτρα. Τα ελατήρια τοποθετούνται περιφερειακά στην πλάκα πιέσεως και συγκρατούνται απο το κέλυφος.εξασκούν μόνιμη πίεση στην πλάκα πιέσεως.όσο μεγαλύτερη ροπή θέλουμε να μεταφέρουμε τόσο πιο ισχυρά και περισσότερα πρέπει να είναι τα ελατήρια.εξασθλενιση των ελατηρίων επιφέρει ολίσθηση του δίσκου, απώλεια ισχύος και φθορά. Τα ζύγωτρα ή κοκκοράκια είναι μοχλοί που στην μια άκρη τους δέχονται την δύναμη απο τον ωστικό τριβέα και πλησιάζουν στον σφόνδυλο ενώ η άλλη τους άκρη απομακρύνεται με αποτέλεσμα να συσπειρώνονται τα ελατήρια και να απομακρύνεται η πλάκα πίεσης. 27

28 Σχ 23 Δίσκος τριβής και πλατώ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΙΒΩΤΙΟ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ 5.1 ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΕΚΤΗ Με τη βοήθεια του κιβωτίου ταχυτήτων επιτυγχάνουμε την αύξηση της ελκτικής δύναμης του οχήματος που είναι απαραίτητη για την αντιμετώπιση των αυξημένων αντιστάσεων κίνησης στις διάφορες συνθήκες λειτουργίας. Ακόμα το κιβώτιο ταχυτήτων μας δίνει τη δυνατότητα να κινηθούμε με μικρές ταχύτητες οι οποίες δεν εξασφαλίζονται από τον κινητήρα που έχει σχετικά υψηλές στροφές. Επίσης μας επιτρέπει την οπίσθια κίνηση και διακόπτει την σύνδεση με τον κινητήρα. Αν στο κιβώτιο ταχυτήτων έχουμε μετάδοση με αύξηση των στροφών του κινητήρα (πολλαπλασιασμός των στροφών ) και βοηθητικό κιβώτιο ταχυτήτων με δύο βαθμίδες μετάδοσης ( αργή γρήγορη ) θα έχουμε ένα ευρύ φάσμα σχέσεων μετάδοσης, το οποίο βελτιώνει τις ελκτικές δυνατότητες του οχήματος. Η εκλογή του τύπου του κιβωτίου ταχυτήτων και τον αριθμό σχέσεων μετάδοσης εξαρτάται από τις συνθήκες εκμετάλλευσης του οχήματος και από τις απαιτήσεις που έχουμε ως προς την ασφάλεια, ταχύτητα οικονομία και κόστος. Αν με βάση τις συνθήκες εκμετάλλευσης υποθέτουμε οτι η κίνηση του αυτοκινήτου με μικρές ταχύτητες θα είναι σχετικά περιορισμένη τότε το κιβώτιο ταχυτήτων πρέπει να σχεδιαζεται με πολλαπλασιαστή στροφών, αυτό αυξάνει τον συντελεστή απόδοσης του συστήματος μετάδοσης της κίνησης. Αν η κίνηση του αυτοκινήτου στις δύο τελευταίες βαθμίδες μετάδοσης θα έχει πρακτικά την ίδια διάρκεια, προτείνεται να γίναι μείωση της σχέσης μετάδοσης της γωνιακής μετάδοσης (στο διαφορικό), με αποτέλεσμα τη μείωση των διαστάσεων του διαφορικού και το κιβώτιο να έχει τις ίδιες ταχύτητες, χωρίς όμως μετάδοση με πολλαπλασιασμό στροφών. 28

29 Η χρήση των διαφορικών με δύο βαθμίδες μετάδοσης και δυνατότητα αλλαγής τους, επιτρέπει μείωση των σχέσεων μετάδοσης στο κιβώτιο ταχυτήτων. Σε ένα όχημα οι συνθήκες εκμετάλλευσης του ορίζουν τον συνδυασμό ροπής και στροφών και προσδιορίζουν τον τύπο του συστήματος μετάδοσης της κίνησης. Σχ 24 Σχήμα μηχανικής κλιμακωτής μετάδοσης της κίνησης σε ένα φορτηγό όχημα (6 Χ 6). 29

30 Γνωρίζουμε ότι για να κινηθεί ένα αυτοκίνητο πρέπει να ισχύει η εξίξωση : ΣΡ αντ < < φ * Σ * Ζ 2 Όπου ΣΡ αντ - άθροισμα των δυνάμεων αντίστασης της κίνησης Ρ ελ - μέγιστη ελκτική δύναμη του κινητήρα φ - συντελεστής πρόσφυσης το οποίο σημαίνει ότι κατά την εκκίνηση όταν οι στροφές του κινητήρα είναι χαμηλές, για να υπερνικηθεί η αδράνεια των ακίνητων μερών του αυτοκινήτου, μας χρειάζεται μεγάλη ροπή. Η αύξηση της ροπής που μεταδίδεται στους τροχούς γίνεται με την βοήθεια του κιβωτίου ταχυτήτων. Το κιβώτιο εξασφαλίζει την αύξηση της ελκτικής δύναμης του αυτοκινήτου στις περιπτώσεις που υπάρχουν αυξημένες δυνάμεις αντίστασης της κίνησης, την οποία δεν μπορεί να εξασφαλίσει ο κινητήρας που έχει υψηλές τις σχετικά σταθερές του στροφές. Για να ικανοποιήσουμε τον απαραίτητο συνδυασμό ροπής στροφών στους τροχούς, ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες χρησιμοποιούμε το κιβώτιο με διαφορετικές ταχύτητες. Σχ 25 Κιβώτιο ταχυτήτων. 30

31 5.2 ΤΥΠΟΙ ΚΙΒΩΤΙΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ, ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΡΗ ΚΑΙ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ. Ανάλογα με τον τρόπο αλλαγής της σχέσης μετάδοσης, ταχυτήτων διακρίνονται σε : τα κιβώτια 1. Κλιμακωτά κιβώτια ταχυτήτων (μηχανικά). 2. Κιβώτια ταχυτήτων συνεχούς μεταβολής της σχέσης μετάδοσης. 3. Σύνθετα κιβώτια ταχυτήτων. Τα κλιμακωτά κιβώτια ταχυτήτων έχουν σταθερές ορισμένες σχέσεις μετάδοσης και ανάλογα με τον αριθμό των ταχυτήτων διακρίνουμε 1. Κιβώτια τριών ταχυτήτων 2. Κιβώτια τεσσάρων ταχυτήτων 3. Κιβώτια πέντε και έξι ταχυτήτων Τα κλιμακωτά κιβώτια ταχυτήτων διακρίνονται και σε : 1. Κιβώτια ταχυτήτων με σταθερές ατράκτους 2. Κιβώτια ταχυτήτων με περιστρεφόμενες ατράκτους Τα κιβώτια ταχυτήτων συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης, ανάαλογα με τον τρόπο μετατροπής της ροπής στρέψεως διακρίνονται σε : 1. Υδραυλικά ( υδροστατικά και υδροδυναμικά ) 2. Ηλεκτρικά 3. Μηχανικά Τα σύνθετα κιβώια ταχυτήτων είναι συνδυασμός μετατροπέα ροπής και κλιμακωτό κιβώτιο ταχυτήτων, συνήθως πλανητικού τύπου. 31

32 Σχ 26 Σχήμα κλιμακωτών κιβωτίων για επιβατικά οχήματα. α, β τριων ταχυτήτων, γ,δ,ε στ, - τεσσάρων ταχυτήτων, ζ πέντε ταχυτήτων. Ανάλογα με τον τρόπο αλλαγής της ταχύτητας ή ανάλογα με τον τρόπο χειρισμού των κιβωτίων ταχυτήτων διακρίνουμε : 1. Μηχανικά ή χειροκίνητα. 2. Ημιαυτόματα κιβώτια ταχυτήτων. 3. Αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων. Στα μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων η αλλαγή των ταχυτήτων γίνεται από τον οδηγό με την βοήθεια του μοχλού επιλογής ταχυτήτων (λεβιέ) Στα ημιαυτόματα κιβώτια ταχυτήτων η αλλαγή γίνεται με μοχλό επιλογής ταχυτήτων και ο συμπλέκτης έχει αυτόματη σύμπλεξη και αποσύμπλεξη π.χ. με την αλλαγή της θέσης του πεντάλ του γκαζιού.στα ημιαυτόματα κιβώτια έχει καταργήθει το πεντάλ του συμπλέκτη. Στα αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων η αλλαγή των ταχυτήτων γίνεται αυτόματα, χωρίς καμία επέμβαση του οδηγού, εκτός από την περίπτωση της οπίσθιας κίνησης. Τα αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων εξασφαλίζουν τις καλύτερες απιδόσεις του οχήματος, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του. Αρκετά οχήματα σήμερα έχουν αυτόματο σύστημα αλλαγής των ταχυτήτων, ηλεκτρονικά ελεγχόμενο και το ίδιο το κιβώτιο έχει και χειροκίνητο χειρισμό. Τα μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων έχουν υψηλό συντελεστή μηχανικής μετάδοσης η = , είναι πού απλά στην κατασκευή τους και έχουν χαμηλό κόστος γι αυτό χρησιμοποιούνται στην πλειοψηφία τους. 32

33 Μειονέκτημα των μηχανικών κιβωτίων ταχυτήτων είναι ο περιορισμένος αριθμός των σχέσεων μετάδοσης. Αυξάνοντας τον αριθμό ταχυτήτων (σχέση μετάδοσης i ) αυξάνεται το βάρος των κιβωτίων ταχυτήτων και ο χειρισμός τους γίνεται πολύ δύσκολος. Στα επιβατικά οχήματα με εμπρόσθια κίνηση χρησιμοποιούνται κιβώτια τααχυτήτων με 4 ή 5 βαθμίδες, διότι η εγκάρσια τοποθέτηση του κινητήρα περιορίζει των χώρο.στην εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζεται ένα κιβώτια ταχυτήτων, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν ο κινητήρας έχει διαμήκη τοποθέτηση και βρίσκεται στο μέσο του οχήματος. Σχ 27 Κιβώτιο ταχυτήτων για οχήμα με διαμήκη τοποθέτηση του κινητήρα 33

34 Στα φορτήγα, ειδικά στα βαρέου τύπου, φτάνουν από 8 έως 16 οι ταχύτητες. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση κιβωτίων ταχυτήτων με μεγάλο βαθμό σχέσεων μετάδοσης ή χρησιμοποιώντας βοηθητικό κιβώτιο ταχυτήτων Σχ 28 Σχήμα κλιμακωτών κιβωτίων ταχυτήτων για φορτηγά βαρέως τύπου με ενδιάμεσο βοηθητικό κιβώτιο. Συνήθως το βοηθητικό κιβώτιο ταχυτήτων ενοποιείται με το κιβώτιο διανομής της ισχύος μεταξύ των κινητήριων αξόνων. 34

35 Τα κυριότερα εξαρτήματα ενός κιβωτίου ταχυτήτων είναι τα εξής Το κιβώτιο (κέλυφος) Οι άτρακτοι (την κινητήρια, την κινούμενη και την ενδιάμεση ) Οι οδοντωτοί τροχόι Τα έδρανα κύλισεις (ρουλεμάν) Το σύστημα επιλογής ταχυτήτων Σχ 29 Κιβώτιο ταχυτήτων 35

36 Το κέλυφος είναι το μέρος όπου βρίσκονται όλα τα εξαρτήματα του κιβωτίου ταχυτήτων και κατασκευάζεται από φαίο χυτοσίδηρο ή από κράμα αλουμινίου. Σχ 30 Κέλυφος του κιβωτίου Σχ 31 Πλάγια όψη του κέλυφους Η κινητήρια άτρακτος ή πρωτεύων άξονας με το πολύσφηνο της συνδέεται με την πλήμνη του συμπλέκτη από παίρνει κίνηση, η οποία μεταδίδεται μέσω οδοντωτών τροχών στην κινούμενη άτρακτο. Οι οδοντωτοί τροχοί είναι σε μόνιμη εμπλοκή, παλιά τα κιβώτια ταχυτήτων κατασκευάζονταν με ολισθαίνοντες τροχούς. Το σύστημα αλλαγής ταχυτήτων στα μηχανικά κιβώτια με ολισθαίνοντες τροχούς βασίζεται στην μετακίνηση του τροχού, που πρόκειται να εμπλακεί, από ένα δίχαλο, το οποίο παίρνει κίνηση από το μοχλό επιλογής ταχυτήτων. Τα δίχαλα ασφαλίζονται σε συγκεκριμένες θέσεις με συστήματα σφαιρών και ελατηρίων. Ο μοχλός επιλογής ταχυτήτων μπορεί να βρίσκεται πάνω από το κιβώτιο ταχυτήτων ή μακριά από αυτό.στα παλιά αυτοκίνητα ο μοχλός ταχυτήτων βρισκόταν πισω απο τι τιμόνι στην θέση των σημερινών φλας. Οι οδοντωτοί τροχοί είναι με παράλληλη οδόντωση και η λειτουργία τέτοιων κιβωτίων είναι θορυβώδης.η δυσκολία αλλαγής και ο θόρυβος είναι αιτία να μην χρησιμοποιούνται πλέον στα αυτοκίνητα αυτά τα κιβώτια ταχυτήτων. 36

37 Για την αλλαγή των ταχυτήτων σε όλα τα σύγχρονα οχήματα χρησιμοποιείται το σύστημα συγχρονισμού, με το οποίο επιτυγχάνεται η εξίσωση των περιφερειακών ταχυτήτων των δύο οδοντωτών τροχών, που πρόκειται βα εμπλακούν. Η λειτουργία του μηχανικού κιβωτίου ταχυτήτων με μόνιμη εμπλοκή των οδοντωτών τροχών έχει ως εξής: με τη βοήθεια του συστήματος επιλογής ταχυτήτων, κατά την κρίση του οδηγού εμπλέκονται διαφορετικά ζευγάρια οδοντωτών τροχών (με διαφορετική σχέση μετάδοσης) και η ροπή από τη ελκύουσα (κινητήρια) άτρακτο μέσω της ενδιάμεσης ατράκτου, μεταδίδεται στην ελκυόμενη (κινούμενη) άτρακτο μειωμένη ή αυξημένη ανάλογα με τις συνθήκες κίνησης. Τα διαφορετικά ζευγάρια έχουν διαφορετική σχέση μετάδοσης. Οι οδοντωτοί τροχοί και οι άτρακτοι των κιβωτίων ταχυτήτων, ανάλογα με τις απαιτήσεις, κατασκευάζονται από αντίστοιχα υλικά όπως π.χ. 15CrNi6, 15Cr3, 20MnCr5, C22 C35.Μετά την κατεργασία τους υπόκεινται στην ανάλογη θερμική κατεργασία. 5.3 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΚΙΒΩΤΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΜΕ ΟΔΟΝΤΩΤΟΥΣ ΤΡΟΧΟΥΣ ΣΕ ΜΟΝΙΜΗ ΕΜΠΛΟΚΗ. Για τον υπολογισμό ενός κιβωτίου ταχυτήτων με οδοντωτούς τροχούς ελικοειδούς οδόντωσεις σε μόνιμη εμπλόκη, με τέσσερις ταχύτητες εμπλροσθοπορείας και με όπισθεν δίδονται οι αρχικές παράμετροι : G a - βάρος οχήματος (Kp) (N) V amax - μέγιστη ταχύτητα ( km/h ) N max -μέγιστη ισχύς του κινητήρα (P.S) M max μέγιστη ροπή του κινητήρα (Kpm) n Nmax στροφές μέγιστης ισχύος (min -1) n Mmax στροφές μέγιστης ροπής (min -1) ψ - συντελεστής αντίστασης της κίνησης r τρ ακτίνα τροχού (m) η m συντελεστής απόδοσης του συστήματος μετάδοσης της κίνησης 37

38 Η ισχύς του κινητήρα και η ροπή του βρίσκονται από το διάγραμμα του κινητήρα (καμπύλες μεταβολής της ισχύος, της ροπής και της κατανάλωσης ) μπορούμε να τα υπολογίσουμε και με την εξίσωση : Όπου : C = (Kp*s 2 ) / m 4 συντελεστής αντίστασης αέρα = c w *0.5*p A μέγιστη κάθετη επιφάνεια του αυτοκινήτου ( m 2 ) c w αεροδυναμικός συντελεστής και Μ m = 716,2 (Kpm) M m = 9550 (K.W.) όπου Μ m ροπή του κινητήρα στη μέγιστη ισχύ. Η σχέση μετάδοσης σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων δίδεται απο τον τύπο : i = όπου : n 1 αριθμός στροφών της κινητήριας ατράκτου n 2 αριθμός στροφών της κινούμενης ατράκτου Ζ 1,Ζ 2 αριθμός οδόντων του κινητήριου και κινούμενου τροχού ω 1,ω 2 γωνιακή ταχύτητα της κινητήριας και κινούμενης ατράκτου Μ 1, Μ 2 ροπή στρέψης της κινητήριας και κινούμενης ατράκτου Η απόσταση Α ανάμεσα στην κινητήρια και ενδιάμεση άτρακτο ή μεταξύ ενδιάμεσης και κινούμενης δίδεται με εμπειρικούς τύπους : 38

39 Α = 26 3 * όπου Μ max - (Kp*m) και Α = α 3 * όπου Μ max - (N*m) α = 14,5 έως 16 για επιβατικά αυτοκίνητα α = 17 έως 19,5 για οχήματα τύπου τζιπ α = 20,5 έως 21,5 για φορτηγά με Diesel κινητήρα. Κάθε ζευγάρι οδοντωτών τροχών χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους : z 1, z 2 αριθμός δοντίων Όπου : η 1 z 1 = η 2 z 2 m n - μοντούλ (mm) για παράλληλη οδόντωση m s μοντούλ (mm) για ελικοειδή οδόντωση m s = αν = 0 0 m s = m η γωνία λοξότητας για ελικοειδή οδόντωση = = (για διπλή οδόντωση) = γωνία επαφής (βάση DIN) = 20 0 κανονικά, όμως μπορεί να είναι και 14,5 0 ή 30 0 tp = π *m η βήμα των δοντίων (mm) ts = π*m s βήμα των δοντιών για ελικοειδή οδόντωση (mm) b η = (7 έως 8,6 )m η πλάτος του δοντιού με παράλληλη οδόντωση (mm) b s = mm πλάτος του ελικοειδούς δοντιού. d a1 = m s * z 1 αρχική διάμετρος της καμπυλωτής μορφής του οδοντωτού τροχού d a2 = m s * z 2 (mm) h ύψος του δοντιού (mm) h = (2f 0 + c 0 )*m η Ψ κ * s όπου : f 0 = 1 συντελεστής ύψος δοντιού c 0 = 0,25 έως 0,35 συντελεστής που εξαρτάται από το είδος του κοπτικού εργαλείου Ψ κ = ξ Σ - α ξ Σ = ξ 2 ξ 1 39

40 ξ 2 ξ 1 - συντελεστές μετατόπισης της αρχικής καμπυλωτής μορφής α συντελεστής απόκλισης της απόστασης μεταξύ των ατράκτων. Οιι τιμές των διαφόρων συντελεστών δίνονται σε πίνακες και διαγράμματα και εξαρτώνται από τον τρόπο κατασκεύης των οδοντωτών τροχών. Κατά την μετάδοση της κίνησης εμφανίζονται οι δυνάμεις όπως στο ακόλουθω σχήμα και χρησιμοποιούνται για την μελέτη αντοχής των εξαρτημάτων. Σχ 32 Δυνάμεις που εμφανίζονται κατά την πρώτη ταχύτητα. 40

41 5.4 ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΚΙΒΩΤΙΑ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ Σε πολλά ειδικά οχήματα, εκτός από το κύριο κιβώτιο ταχυτήτων στο σύστημα μετάδοσης της κίνησης, εγκαθίστανται ένα ή πολλά επιπρόσθετα κιβώτια διαφορετικού προορισμού και λειτουργίας. Τα βοηθητικά κιβώτια ταχυτήτων χρησιμοποιούνται στα συστήματα μετάδοσης της κίνησης των οχημάτων, τα οποιά για την κίνηση τους σε δύσκολες συνθήκες είναι απαραίτητο να έχουν μεγαλύτερη τιμή της σχέσης μετάδοσης καθώς και μεγαλύτερο αριθμό σχέσεων μετάδοσης από αυτά του κύριου κιβώτιου ταχυτήτων. Σε ορισμένα (π.χ. ανατρόπη, αμφίβιο) υπάρχει και δυναμολήπτης. Τα βοηθητικά κιβώτια μπορεί να τοποθετούνται και μπροστά και πίσω από το κύριο κιβώτιο ταχυτήτων και ανάλογα με τις ανάγκες της κίνησης να έχουν τον κατάλληλο αριθμό σχέσεων μετάδοσης. Στο παρακάτω σχήμα δίνεται κινηματικο σχήμα κιβωτίου ταχυτήτων με βοηθητικό κιβώτιο. Σχ 33 Το βοηθητικό κιβώτιο βρίσκεται μπροστά από το κύριο. 41

42 5.5 ΚΙΒΩΤΙΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ Τα κιβώτια διανομής χρησιμοποιούνται στα συστήματα μετάδοσης της κίνησης με πολλούς κινητήριους άξονες για μετάδοση της ροπής του κινητήρα προς αυτούς τους άξονες. Στις περιπτώσεις των οχημάτων πανταχού εδάφους το κιβώτιο διανομής έχει και υποπολλαπλασιαστή στροφών για την μεγαλύτερη αύξηση της μεταδιδόμενης ροπής. Προς τα κιβώτια διανομής έχουμε τις ακόλουθες απαιτήσεις : I. Η διανομή της ροπής του κινητήρα μεταξύ των κινητήριων αξόνων να γίνεται με τρόπο που να εξασφαλίζει στο όχημα την μεγαλύτερη δυνατή διαβατότητα. II. Αύξηση της ελκτικής δύναμης στους κινητήριους άξονες η οποία είναι αναγκαία για να ξεπεραστούν οι δυνάμεις αντίστασης κατά την κίνηση του οχήματος σε ανώμαλα εδάφη ή σε ανηφόρα ( ) III. Την δυνατότητα κίνησης του οχήματος με την ελάχισττη ταχύτητα (V min = 2-5 Km/h) όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε καθεστώς μέγιστης ροπής. Σχ 34 Κιβώτια διανομής με κατά επιλογή μετάδοση Τα κιβώτια διανομής κατασκευάζονται με δύο βασικές αρχές : 42

43 I. Κιβώτια διανομής χωρίς διαφορικό II. Κιβώτια διανομής με διαφορικό. Στην πρώτη περίπτωση όποι οι άξονες εξόδου (κινούμενοι) έχουν την ίδια γωνιακή ταχύτητα. Τα κιβώτια διανομής χωρίς διαφορικό δεν διανέμουν την ροπή στρέψης μεταξύ των κινητήριων αξόνων υπό κάποια καθορισμένη αναλογία. Ο λόγος μεταξύ των ροπών στρέψης που αναλογούν στους διαφορετικούς κινητήριους άξονες εξαρτάται από σειρά παραμέτρων (ακτίνα περιστροφής του οχήματος, οι διαφορές μεταξύ των ακτίνων των τροχών, η μορφή του οδοστρώματος). Στα κιβώτια διανομής με διαφορικό η ροπή στρέψης μεταδίδεται από την κινητήρια άτρακτο στις κινούμενες, μέσω διαφορικού.για τον λόγο αυτό οι άξονες εξόδου (κινούμενοι) τέτοιων κιβωτίων διανομής μπορούν να περιστρέφονται με διαφορετικές γωνιακές ταχύτητες. Η διανομή της ροπής μεταξύ των αξόνων καθορίζεται από τις ιδιότητες του διαφορικού. 43

44 Σχ 35 Κιβώτια διανομής με διαφορικό 44

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 6-TAXYTO ΚΙΒΩΤΙΟ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ 5.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΙΒΩΤΙΟΥ Το όχημα με το οποίο θα ασχοληθούμε ανήκει στην κατηγορία cross country vehicle, με οδηγικές ιδιαιτερότητες αλλά και οδηγική άνεση σπόρ αυτοκινήτου πολυτελείας. Αυτό σημαίνει ότι έχει πραγματοποιηθεί ένα εξαιρετικά υψηλό επίπεδο ευελιξίας για τις διάφορες συνθήκες οδήγησης. Κάθε οδηγηκή κατάσταση όπως εκκίνηση σε ανηφόρικο δρόμο, οδήγηση εκτός δρόμου και οδήγηση σε αυτοκινητόδρομο απαιτεί την σωστή ποσότητα διανομής της ροπής και της ταχύτητας. Για την βέλτιση μετάδοση της δύναμης του κινητήρα σε όλες τις συνθήκες οδήγησης, το όχημα μας έχει εφοδιαστεί με ένα 6-τάχυτο μηχανικό κιβώτιο ειδικά για τις συνθήκες λειτουργίας που απαιτεί. Τεχνικά χαρακτηριστηκά: Θέση εγκατάστασεις : Διαμήκη Ποσότητα λαδιού του κιβωτίου : 1,8 lit Συνολικό βάρος : 60 kg μαζί με λάδι Τύπος λαδιού : Συνθετικό Gear Constant mesh Ratio Tooth pair 1 41: : : : : : : : : :49 reverse 41: :13 x 42:23 45

46 Σχ 36 Κιβώτιο ταχυτήτων (όψη γραναζιών) 46

47 5.2 ΠΕΡΙΒΛΗΜΑ ΚΙΒΩΤΙΟΥ Το περίβλημα του κιβωτίου είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο και αποτελείται από δύο μέρη, το περίβλημα και την καμπάνα του κιβωτίου (πίσω μέρος).στο εμπρόσθιο τμήμα του κιβωτίου ξεχωρίζει η είσοδος που υπάρχει για την τοποθέτηση του μηχανισμού του επιλογέα ταχυτήτων.ακόμα στο σώμα του περιβλήματος υπάρχουν συγκεκριμένες θέσεις (φωλία) όπου θα τοποθετηθούν τα ρουλεμάν που θα εδράζουν οι άξονες. Σχ 37 Περίβλημα κιβωτίου Σχ 38 Περίβλημα κιβωτίου 47

48 5.3 ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΜΕΡΗ ΚΙΒΩΤΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΑΤΡΑΚΤΟΣ ΕΙΣΟΔΟΥ Ο άξονας εισόδου τοποθετείται στο μπροστίνο μέρος του περιβλήματος και εδράζει σε αυλακώτο ρουλεμάν που είναι τοποθετημένο στην φωλιά του περιβλήματος.αμέσως μετά υπάρχει και ένα κυλινδρικό ρουλεμάν που χρησιμεύει ως ακτινικό έδρανο μεταξύ της εισόδου και της εξόδου των αξόνων.στις εικόνες που ακολουθούν φαίνεται αναλυτικά η δομη του άξονα. Σχ 39 Άτρακτος εισόδου Σχ 40 Άξονας εισόδου 48

49 ΑΤΡΑΚΤΟΣ ΕΞΟΔΟΥ Το σταθερό έδρανο του άξονα εξόδου είναι ένα αυλακωτό ρουλεμάν που βρίσκεται στο πίσω μέρος του κιβωτίου ταχυτήτων. Ένα κυλινδρικό ρουλεμάν χρησιμεύει ως ακτινικό έδρανο μεταξύ της εισόδου και εξόδου του άξονα. Σχ 41 Άτρακτος εξόδου Οι σταθεροί οδοντωτοί τροχοί του 3 ου και 4 ου γραναζιού ενώνονται με την άτρακτο εξόδου. Ο επιλογέας ταχυτήτων του 1 ου, 2 ου, 6 ου μπορεί να περιστραφεί και διαθέτη βελονοειδή ρουλεμαν. Αυτά αναφέρονται και ως ενδιάμεσα γρανάζια. Ο επιλογέας ταχυτήτων είναι συνεχώς σε περιστροφή με τον αντίστοιχο οδοντωτό τροχό.μόνο το γρανάζι που έχει επιλεγεί συνδέεται με τον άξονα εξόδου μέσω μιας ασφάλειας (μανδάλωσεις ) και έτσι είναι ικανή η μετάδοση ροπής στρέψης. 49

50 Σχ 42 Άτρακτος εξόδου ΕΝΔΙΑΜΕΣΟΣ ΑΞΟΝΑΣ Ο ενδιάμεσος άξονας εδράζει σε ρουλεμάν τα οποία έχουν διπλή αυλάκωση και τοποθετούνται στην φωλιά του περιβλήματος στο οπίσθιο τμήμα του κιβωτίου ταχυτήτων.τα σταθερά γρανάζια της 1 ης και τις 2 ης ταχύτητας είναι τοποθετημένα στον άξονα. Σχ 43 Ενδιάμεσος άξονας 50

51 Σχ 44 Ενδιάμεσος άξονας ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΤΗΣ Εννοούμε το περίφημο συγχρονιζέ το οποίο κινείται από τον επιλογέα ταχυτήτων πάνω σε ένα πολύσφηνο κατά μήκος του άξονα και εμπλέκεται με το γρανάζι χάρη σε δύο ομοαξονικά δαχτυλίδια.. Στόχος του συγχρονιζέ είναι ουσιαστικά να συγχρονίζει την ταχύτητα του κιβωτίου με την έξοδο ισχύος του κινητήρα. Με άλλα λόγια να συγχρονίζονται αυτόματα τα γρανάζια του κόμπλερ πριν γίνει η εμπλοκή των γραναζιών. Αν δεν υπήρχε ο συγχρονιστής θα χρειαζόμασταν διπλογκαζιά (έξτρα πάτημα του γκαζιού όταν έχουμε νεκρά ανάμεσα στην αλλαγή δύο σχέσεων) προκειμένου να ανέβουν οι στροφές του κινητήρα και να κουμπώσει ομαλά η ταχύτητα. 51