ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)"

Θαΐς Παπαγεωργίου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ) Νίκος Μ. Κατσουλάκος Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π., PhD, Msc

2 ΚΙΒΩΤΙΑ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ (ΚΑΙ ΑΛΛΑ ΔΑΙΜΟΝΙΑ )

3 Ισχύς - Ροπή Στην περίπτωση του κινητήρα ενός αυτοκινήτου η σχέση που συνδέει τη ροπή με την ισχύ είναι (ροπή στο στροφαλοφόρο άξονα): M = 716,2 L n Οι πραγματικές τιμές για την ισχύ και τη ροπή, συναρτήσει των στροφών του κινητήρα, δίνονται από τους κατασκευαστές σε διαγράμματος ισχύος ροπής - στροφών

4 Ισχύς - Ροπή Φαίνεται καθαρά από το διάγραμμα ότι η ισχύς και η ροπή έχουν μέγιστες τιμές σε ορισμένες στροφές Κατά κανόνα, οι στροφές της μέγιστης ισχύος δε συμπίπτουν με αυτές της μέγιστης ροπής (που είναι σημαντικά χαμηλότερες) Τα δύο μεγέθη είναι αλληλοεξαρτώμενα αλλά όχι ταυτόσημα Σε γενικές γραμμές, η ροπή δείχνει τι μπορεί να κάνει ο κινητήρας σε μια ορισμένη χρονική στιγμή, ενώ η ισχύς εκφράζει πόσο γρήγορα μπορεί να επιτελέσει ένα ορισμένο έργο Πρακτικά, η ισχύς αποτελεί ένα μέτρο για το πόσο γρήγορο είναι ένα όχημα, ενώ η ροπή δείχνει το πόσο άνετα μπορεί να αντιμετωπίσει διάφορες αντιστάσεις (ανηφόρα, ανάγκη άμεσης επιτάχυνσης, φορτίο κλπ.) Έτσι, ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο χρειάζεται κινητήρα με μεγάλη ισχύ, ενώ ένα φορτηγό κινητήρα με μεγάλη ροπή Εκτός από τις μέγιστες τιμές των μεγεθών, ιδιαίτερη σημασία έχει και η κατανομή τους στο φάσμα των στροφών

6 Εισαγωγικά περί κιβωτίων Έγινε γρήγορα αντιληπτό ότι ανάμεσα στον κινητήρα του αυτοκινήτου και τους τροχούς έπρεπε να παρεμβληθεί ένα σύστημα οδοντωτών τροχών, ώστε να είναι δυνατή η προσαρμογή της ροπής στρέψης στις ανάγκες κίνησης, μέσω αυξομειώσεων στις στροφές του κινητήρα Ένας κινητήρας βενζίνης αποδίδει μέγιστη ροπή στην περιοχή των rpm και ένας πετρελαιοκινητήρας στην περιοχή των rpm. Προφανώς, με ένα μόνο ζεύγος τροχών η μεγάλη κλίμακα σχέσεων ροπών στροφών που απαιτούν οι μετακινήσεις δε θα ήταν πραγματοποιήσιμη Γι αυτό σε ένα κιβώτιο τοποθετούνται περισσότερα ζεύγη τροχών, ώστε να υπάρχουν πολλές σχέσεις μετάδοσης και να επιτυγχάνονται τα επιθυμητά αποτελέσματα Επίσης, πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα αποσύμπλεξης του κινητήρα από τους τροχούς καθώς και αλλαγής της φοράς περιστροφής Το πρώτο κιβώτιο ταχυτήτων κατασκευάστηκε το 1890 στη Γαλλία από τους Panhard και Levassor, οι βασικές αρχές του οποίου δεν διαφέρουν κατά πολύ από τα σύγχρονα κιβώτια

7 Διάγραμμα ταχύτητας στροφών/ ροπής στροφών για 4-τάχυτο κιβώτιο

13 Κιβώτιο ταχυτήτων τριών αξόνων με ολισθαίνοντες τροχούς Πρωτεύων άξονας: Ο άξονας αυτός παίρνει κίνηση από τον κινητήρα, έχοντας το ένα του άκρο έξω από το κιβώτιο, το οποίο στηρίζεται στο έδρανο στο κέντρο του σφονδύλου του κινητήρα. Το άλλο άκρο του βρίσκεται μέσα στο κιβώτιο και καταλήγει σε οδοντωτό τροχό (πινιόν) Δευτερεύων άξονας: Αποτελεί προέκταση του πρωτεύοντος άξονα. Στηρίζεται στο έδρανο που βρίσκεται στο κέντρο του πινιόν. Επίσης, στηρίζεται σε ρουλεμάν στο κέλυφος του κιβωτίου και εξέρχεται από αυτό καταλήγοντας σε σταυρό, ο οποίος μεταφέρει την κίνηση στον άξονα μετάδοσης κίνησης. Με τη βοήθεια ενός διχάλου ο δεξιά ευρισκόμενος τροχός (Z4, Σχήμα 1) μπορεί να ολισθαίνει στον άξονα. Όταν μετακινηθεί προς τα αριστερά εμπλέκεται με τον Ζ3 τροχό του ενδιάμεσου άξονα. Για την πρώτη ταχύτητα εμπλέκονται οι τροχοί Ζ1, Ζ2, Ζ3, Ζ4 και σχηματίζεται μια σημαντική σχέση μετάδοσης. Ενδιάμεσος άξονας: Δε συνδέεται με άλλα μέρη του συστήματος και χρησιμεύει μόνο για στήριγμα του πολλαπλού οδοντωτού τροχού του. Ο πολλαπλός αυτός τροχός είναι ένα ολόσωμο χαλύβδινο κομμάτι επάνω στο οποίο σχηματίζονται τέσσερις ή και παραπάνω τροχοί με διάφορες διαμέτρους. Ο πρώτος κινείται από τον πρωτεύοντα, ενώ οι άλλοι μεταφέρουν κίνηση στο δευτερεύοντα με μειωμένη σχέση μετάδοσης

Κιβώτια με λοξούς οδοντωτούς τροχούς μόνιμης εμπλοκής Στα κιβώτια αυτά οι οδοντωτοί τροχοί του δευτερεύοντος άξονα εμπλέκονται μόνιμα με τους τροχούς του ενδιάμεσου άξονα και στρέφονται

14 Κιβώτια με λοξούς οδοντωτούς τροχούς μόνιμης εμπλοκής Στα κιβώτια αυτά οι οδοντωτοί τροχοί του δευτερεύοντος άξονα εμπλέκονται μόνιμα με τους τροχούς του ενδιάμεσου άξονα και στρέφονται ελεύθερα στο δευτερεύοντα Όταν απαιτείται μια ταχύτητα, τότε ο οδοντωτός τροχός σταθεροποιείται στο δευτερεύοντα με σύστημα εμπλοκής που φέρει συνδετικούς δακτυλίους με οδοντώσεις (dogs)

15 Και στις δύο προηγούμενες περιπτώσεις, τα κιβώτια ταχυτήτων παρουσιάζουν ως βασικό πρόβλημα την ανάγκη εμπλοκής δύο οδοντωτών τροχών με όσο το δυνατόν παρόμοιου μεγέθους γωνιακές ταχύτητες

Συγχρονιζέ κιβώτια ταχυτήτων Στους οδοντωτούς τροχούς του δευτερεύοντος άξονα και στο πινιόν του πρωτεύοντος υπάρχουν ενσωματωμένοι κώνοι συγχρονισμού και περιφερειακές οδοντώσεις εμπλοκής, σε

16 Συγχρονιζέ κιβώτια ταχυτήτων Στους οδοντωτούς τροχούς του δευτερεύοντος άξονα και στο πινιόν του πρωτεύοντος υπάρχουν ενσωματωμένοι κώνοι συγχρονισμού και περιφερειακές οδοντώσεις εμπλοκής, σε συνδυασμό με συγχρονιστές (κόμπλερ) και δακτυλίους συγχρονισμού Βασικά χαρακτηριστικά: Οι οδοντωτοί τροχοί του δευτερεύοντος άξονα είναι με λοξά δόντια, περιστρέφονται ελεύθερα μέσω δακτυλίων και εμπλέκονται μόνιμα με τους οδοντωτούς τροχούς του ενδιάμεσου άξονα Όταν επιλέγεται κάποια ταχύτητα, οι οδοντωτοί τροχοί του δευτερεύοντος άξονα σταθεροποιούνται στον άξονά τους με το σύστημα συγχρονισμού, αφού πρώτα εξισωθούν οι γωνιακές ταχύτητες οδοντωτών τροχών και συγχρονιστή

17 Συνήθεις σχέσεις μετάδοσης ΦΟΡΤΗΓΟ ΜΕ 5 ΤΑΧΥΤΗΤΕΣ ΚΑΙ OVERDRIVE 1 η : 5 έως 6 2 η : 3 έως 4 3 η : 1,5 έως 2 4 η : 1 5 η : 0,65 έως 0,5 Όπισθεν: 5 έως 6 ΕΠΙΒΑΤΗΓΟ ΜΕ 5 ΤΑΧΥΤΗΤΕΣ ΚΑΙ OVERDRIVE 1 η : 3,4 έως 4 2 η : 2 έως 2,5 3 η : 1,5 έως 1,9 4 η : 1 5 η : 0,85 έως 6 Όπισθεν: 3 έως 4

Βοηθητικά κιβώτια ταχυτήτων/ κιβώτια διανομής Όταν η μέγιστη συνολική σχέση μετάδοσης που μπορούν να εξασφαλίσουν το κιβώτιο και το διαφορικό είναι ανεπαρκής (βαριά φορτηγά, ρυμουλκά κ.ο.κ.), τότε ανάμεσα στο κιβώτιο ταχυτήτων και την άτρακτο παρεμβάλλεται ένας βοηθητικός μηχανισμός, το κιβώτιο βοηθητικής ταχύτητας.

18 Βοηθητικά κιβώτια ταχυτήτων/ κιβώτια διανομής Όταν η μέγιστη συνολική σχέση μετάδοσης που μπορούν να εξασφαλίσουν το κιβώτιο και το διαφορικό είναι ανεπαρκής (βαριά φορτηγά, ρυμουλκά κ.ο.κ.), τότε ανάμεσα στο κιβώτιο ταχυτήτων και την άτρακτο παρεμβάλλεται ένας βοηθητικός μηχανισμός, το κιβώτιο βοηθητικής ταχύτητας. Συνήθως, το βοηθητικό κιβώτιο είναι ένα απλουστευμένο κιβώτιο ταχυτήτων χωρίς συγχρονισμό, με πρωτεύοντα, δευτερεύοντα και ενδιάμεσο άξονα. Η σχέση μετάδοσης στο βοηθητικό κιβώτιο είναι στις περισσότερες περιπτώσεις από 1,5 έως 2

19 Φθορές Βλάβες - Συντήρηση Τα κιβώτια ταχυτήτων δεν παρουσιάζουν συχνά βλάβες Κατά βάση πρέπει να αναπληρώνονται τακτικά τα λιπαντικά του συστήματος Πρέπει να γίνεται δοκιμή οδήγησης σε επίπεδο έδαφος για να διαπιστωθεί εάν υπάρχει κακή λειτουργία στο κιβώτιο ταχυτήτων. Πρέπει να εμπλέκονται σωστά όλες οι ταχύτητες και ο κινητήρας να κινεί φυσιολογικά το όχημα. Εάν διαπιστωθεί πρόβλημα και χρειάζεται αποσυναρμολόγηση του κιβωτίου, πρέπει πρώτα να αφαιρεθεί το λάδι και κατόπιν με κάποιο διαλύτη, όπως βενζίνη να πλυθεί καλά το κιβώτιο για να είναι δυνατή η καλή οπτική επιθεώρηση των τμημάτων του Βασικό σημείο ελέγχου είναι η κατάσταση των δοντιών και των κώνων συγχρονισμού. Όλα τα δόντια πρέπει να είναι ακέραια, λεία και καθαρά. Δεν πρέπει να παρουσιάζονται απολεπίσεις/ ρωγμές ή ίχνη υπερθέρμανσης (διαφορά στο χρώμα) Εάν ο οπτικός έλεγχος δεν εντοπίσει προβλήματα, επιβάλλεται η περαιτέρω αποσυναρμολόγηση του κιβωτίου. Εάν εντοπιστούν σπασμένα ή φθαρμένα εξαρτήματα πρέπει να αντικαθίστανται και όχι να επισκευάζονται

Σχετικά έγγραφα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ) Νίκος Μ. Κατσουλάκος Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π., PhD, Msc ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΚΙΝΗΣΗΣ - ΟΔΟΝΤΩΤΟΙ ΤΡΟΧΟΙ