4 ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΣΤΡΟΦΩΝ - ΡΟΠΗΣ. 4.1 Αναγκαιότητα του μετατροπέα στροφών ροπής

4 ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΣΤΡΟΦΩΝ - ΡΟΠΗΣ 4.1 Αναγκαιότητα του μετατροπέα στροφών ροπής Κατά τη μετάδοση της ισχύος από τον κινητήρα στους τροχούς το σύστημα μετάδοσης κίνησης μεταβάλλει τις στροφές και τη ροπή του κινητήρα n m και M m στις στροφές και τη ροπή των τροχών n w και M w, ώστε να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις πρόωσης του οχήματος (Σχ.4.1.1). Σχ.4.1.1 Σχηματική παράσταση συστήματος μετάδοσης κίνησης.. m Λόγω απωλειών κατά τη μετάδοση, μεταξύ της ισχύος του κινητήρα P 2 n M (4.1.1) m m και της ισχύος που μεταβιβάζεται στους τροχούς P 2 n M (4.1.2) W w w ισχύει η σχέση: P (4.1.3) w P m όπου η ο βαθμός απόδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης. Ως σχέση μετάδοσης του συστήματος ορίζεται ο λόγος των στροφών του κινητήρα n m προς τις στροφές των τροχών n w : 35

n m (4.1.4) n w ή, βάσει των εξ.4.1, 4.2 και 4.3: 1 M M w (4.1.5) m Για δεδομένη σχέση μετάδοσης, οι στροφές και η ροπή του κινητήρα καθορίζουν τις στροφές και τη ροπή των τροχών: n n m w (4.1.6) M w M m (4.1.7) και (αν αγνοηθούν ως αμελητέες η τριβή στα έδρανα των τροχών και η παραμόρφωση και η ολίσθηση των ελαστικών) την ταχύτητα V και τη δύναμη πρόωσης F του οχήματος: 2 n mrd V 2 n wrd (4.1.8) F M w m (4.1.9) r d M r d όπου r d : η δυναμική ακτίνα των τροχών, που λόγω της ελαστικής παραμόρφωσης των ελαστικών υπό το βάρος του οχήματος διαφέρει από τη γεωμετρική ακτίνα των τροχών r και μετρείται βάσει της διανυόμενης απόστασης σύμφωνα με την εξ.4.1.8 για την ιδεατή περίπτωση της κίνησης χωρίς ολίσθηση των τροχών επί του οδοστρώματος. Η σχέση μετάδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης (Σχ.4.1.1) συντίθεται από μία σταθερή συνιστώσα c, λόγω της μείωσης στροφών στο διαφορικό και ενδεχομένως στο κιβώτιο διανομής και (σε επαγγελματικά οχήματα) στις ακραίες μεταδόσεις, και μία μεταβλητή συνιστώσα v, λόγω της μεταβολής στροφών στο μετατροπέα στροφών (συμπλέκτη) και στο μετατροπέα στροφών ροπής: (4.1.10) c v Λόγω της σταθερής συνιστώσας c, μέσω των εξ.4.1.6 και 4.1.7 η περιοχή ροπής στροφών λειτουργίας του κινητήρα M m - n m μετασχηματίζεται σε μία περιοχή ροπής στροφών λειτουργίας των τροχών M w n w, και κατ επέκταση (μέσω των εξ.4.1.8 και 4.1.9) σε μία 36

Σχ.4.1.2 Μετασχηματισμός μέσω της σταθερής σχέσης μετάδοσης c του πεδίου λειτουργίας του κινητήρα σε πεδίο λειτουργίας των τροχών. Υπερβολή της δύναμης πρόωσης. περιοχή δύναμης πρόωσης ταχύτητας του οχήματος F V, όπως παριστάνεται στο Σχ.4.1.2. Πχ. όταν ο κινητήρας λειτουργεί στο σημείο Α με ροπή M m1 και στροφές n m1, οι τροχοί λειτουργούν στο σημείο B με ροπή M w1 = M m1 c η και στροφές n w1 = n m1 / c, δηλ. το όχημα αναπτύσσει δύναμη πρόωσης F 1 = M m1 c η/r d και ταχύτητα V 1 = 2π m m1 r d / c. Όπως φαίνεται στο Σχ.4.1.2, με τη σταθερή σχέση μετάδοσης c το ονομαστικό σημείο λειτουργίας του κινητήρα N αντιστοιχεί σε ένα μοναδικό σημείο N c του διαγράμματος F V (M w n w ) όπου το όχημα μπορεί να χρησιμοποιεί τη μέγιστη ισχύ του κινητήρα P max (όταν κινείται με ταχύτητα V Nc ). Σε οποιαδήποτε άλλη ταχύτητα του οχήματος, λόγω της σταθερής σχέσης μετάδοσης c, ο κινητήρας λειτουργεί σε στροφές διαφορετικές από τις ονομαστικές n mn, με ισχύ μικρότερη της μέγιστης ισχύος του, με συνέπεια το όχημα να μην μπορεί να χρησιμοποιήσει τη μέγιστη ισχύ του κινητήρα για την ανάπτυξη δύναμης πρόωσης. Αν όμως υπήρχε δυνατότητα κατά βούληση μεταβολής της σχέσης μετάδοσης, τότε για κάθε στροφές των τροχών n w θα μπορούσε να επιλέγεται η σχέση μετάδοσης n mn ( nw ), (4.1.11) nw 37

ώστε ο κινητήρας να μπορεί να λειτουργεί στο ονομαστικό σημείο λειτουργίας του Ν, αποδίδοντας τη μέγιστη ισχύ του. Τότε η ροπή που θα ανέπτυσσαν οι τροχοί (με την απλουστευτική υπόθεση σταθερού βαθμού απόδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης η) θα ήταν σύμφωνα με τις εξ.4.1.7 και.4.1.2 M w max ( n w ) n P mn max M mn( nw ) M mn, (4.1.12) nw 2 n w από όπου με τη βοήθεια των εξ.4.1.8 και 4.1.9 προκύπτει η μέγιστη δύναμη πρόωσης F max που θα μπορούσε τότε να αναπτύσσει το όχημα για κάθε ταχύτητα V: Fmax ( V ) Pmax (4.1.13) V Η εξ.4.1.13, που υπολογίζει τη δύναμη πρόωσης F max που αναπτύσσει το όχημα όταν κινείται με ταχύτητα V και ο κινητήρας του λειτουργεί στο ονομαστικό σημείο λειτουργίας του N, δηλ. με τη μέγιστη ισχύ του P max (οπότε η ισχύς που παραλαμβάνουν οι τροχοί είναι ηp max ), ονομάζεται υπερβολή της δύναμης πρόωσης και παριστάνεται στο Σχ.4.1.2. Ένα όχημα με δυνατότητα κατά βούληση επιλογής της σχέσης μετάδοσης θα μπορούσε να κινείται με συνδυασμούς ταχύτητας V δύναμης πρόωσης F που αντιστοιχούν σε οποιοδήποτε σημείο κάτω από την υπερβολή της δύναμης πρόωσης. Αντίθετα, με τη σταθερή σχέση μετάδοσης c το όχημα μπορεί να κινείται μόνον με συνδυασμούς που αντιστοιχούν σε σημεία εντός της μετασχηματισμένης μέσω της c περιοχής λειτουργίας του κινητήρα, χωρίς δυνατότητα κίνησης με συνδυασμούς που αντιστοιχούν στη διαγραμμισμένη περιοχή του Σχ.4.1.2, που απαιτούνται σε διάφορες καταστάσεις πορείας. Εκτός από τη δυνατότητα ανάπτυξης μεγαλύτερης δύναμης πρόωσης για κάθε ταχύτητα V, η μεταβλητή σχέση μετάδοσης παρέχει και μεγαλύτερο εύρος ταχυτήτων του οχήματος, αφού με την επιλογή της κατάλληλης σχέσης μετάδοσης η ταχύτητα του οχήματος μπορεί να μεταβάλλεται μεταξύ μηδενικής και της καθορισμένης από τον κατασκευαστή μέγιστης ταχύτητας V max, ενώ με τη σταθερή σχέση μετάδοσης c η ταχύτητά του μπορεί να μεταβάλλεται μόνον μεταξύ V cmn και V cmax (αφού οι στροφές των τροχών μπορούν να μεταβάλλονται μόνον μεταξύ n wcmn και n wcmax, Σχ.4.1.2). Η μέγιστη δύναμη πρόωσης F L που μπορεί να αναπτύξει το όχημα καθορίζεται από το μέγιστο συντελεστή πρόσφυσης ελαστικών οδοστρώματος μ κmax : F L max G, (4.1.14) 38

όπου G το βάρος επί των κινητήριων τροχών. Για να μπορεί συνεπώς το όχημα να καλύπτει όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος της περιοχής κάτω από την υπερβολή της δύναμης πρόωσης, είναι αναγκαία η χρησιμοποίηση ενός μετατροπέα στροφών ροπής. Ένας μετατροπέας στροφών ροπής μπορεί να είναι είτε - συνεχώς μεταβλητής σχέσης μετάδοσης, να παρέχει δηλ. τη δυνατότητα επιλογής οποιασδήποτε σχέσης μετάδοσης μεταξύ δύο οριακών τιμών (όπως πχ. τα υδροστατικά κιβώτια ταχυτήτων), είτε - διακριτών σχέσεων μετάδοσης, να παρέχει δηλ. έναν αριθμό συγκεκριμένων σχέσεων μετάδοσης (όπως πχ. τα μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων). Με έναν μετατροπέα συνεχώς μεταβλητής σχέσης μετάδοσης το όχημα μπορεί να κινείται με οποιονδήποτε συνδυασμό ταχύτητας δύναμης πρόωσης επί της υπερβολής της δύναμης πρόωσης (εξ.4.1.13), και συνεπώς και με οποιονδήποτε συνδυασμό κάτω από την υπερβολή (όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε μερικό φορτίο). Με έναν μετατροπέα διακριτών σχέσεων μετάδοσης το όχημα καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος της περιοχής κάτω από την υπερβολή της δύναμης πρόωσης, όχι όμως ολόκληρη την περιοχή. Στο Σχ.4.1.3, που ονομάζεται διάγραμμα δύναμης έλξης του οχήματος, φαίνονται οι περιοχές λειτουργίας του οχήματος (συνδυασμοί ταχύτητας δύναμης πρόωσης) για κάθε ταχύτητα (δηλ. σχέση μετάδοσης) του μετατροπέα. Κάθε σχέση μετάδοσης καλύπτει ένα τμήμα της περιοχής, παραμένει όμως ένα μέρος (διαγραμμισμένο στο σχήμα), με συνδυασμούς ταχύτητας δύναμης πρόωσης τους οποίους το όχημα δεν μπορεί να αναπτύξει (ενώ υπάρχουν μέρη της περιοχής που καλύπτονται με περισσότερες από μία σχέσεις μετάδοσης). Όσο περισσότερες σχέσεις μετάδοσης διαθέτει ο μετατροπέας, τόσο μικρότερο είναι το μέρος της περιοχής κάτω από την υπερβολή της δύναμης πρόωσης που δεν καλύπτεται. Ωστόσο παραμένει πάντα ένα τμήμα της περιοχής, μεταξύ μηδενικών στροφών των τροχών και των στροφών κίνησής τους με τις ελάχιστες στροφές του κινητήρα και τη μέγιστη σχέση μετάδοσης του μετατροπέα (με αντίθετη διαγράμμιση στο σχήμα), όπου η κίνηση του οχήματος είναι δυνατή μόνον με ολίσθηση του μετατροπέα στροφών (συμπλέκτη). Για το λόγο αυτόν είναι αναγκαίος ο μετατροπέας στροφών σε οχήματα με μετατροπέα ροπής στροφών διακριτών σχέσεων μετάδοσης ( 3). Εκτός από την προσαρμογή της ροπής και των στροφών του κινητήρα στις ανάγκες πρόωσης του οχήματος, μία σημαντική λειτουργία του μετατροπέα στροφών ροπής είναι ότι για πολλές καταστάσεις πορείας του οχήματος (συνδυασμούς ταχύτητας δύναμης πρόωσης) παρέχει τη 39

Σχ.4.1.3 Διάγραμμα δύναμης έλξης οχήματος με μετατροπέα στροφών ροπής τεσσάρων σχέσεων μετάδοσης (ταχυτήτων) και μετατροπέα στροφών (συμπλέκτη). δυνατότητα επιλογής ενός σημείου οικονομικής λειτουργίας του κινητήρα. Στο Σχ.4.1.4 φαίνεται το διάγραμμα λειτουργίας του κινητήρα ενός οχήματος, όπου, εκτός από την καμπύλη πλήρους φορτίου (δηλ. μέγιστης ροπής συναρτήσει του αριθμού στροφών του κινητήρα), παριστάνονται και οι καμπύλες σταθερής ειδικής κατανάλωσης καυσίμου b e, καθώς και οι καμπύλες σταθερής Σχ.4.1.4 Για την κατάσταση πορείας του οχήματος Χ η μικρότερη σχέση μετάδοσης της 4ης έναντι της 3ης ταχύτητας του μετατροπέα στροφών ροπής συνεπάγεται λειτουργία του κινητήρα σε σημείο με μικρότερη ειδική κατανάλωση καυσίμου. 40

ισχύος M(P = const). Στο ίδιο σχήμα παρουσιάζονται και τα πεδία λειτουργίας του οχήματος για τις 4 σχέσεις μετάδοσης του μετατροπέα στροφών ροπής. Όπως φαίνεται, για την κατάσταση πορείας Χ του οχήματος, η επιλογή της 4ης έναντι της 3ης ταχύτητας ενός κιβωτίου ταχυτήτων με διακριτές σχέσεις μετάδοσης συνεπάγεται λειτουργία του κινητήρα με μικρότερη κατανάλωση καυσίμου. 4.2 Είδη μετατροπέων στροφών ροπής Σε οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης χρησιμοποιούνται τρία είδη μετατροπέων στροφών ροπής: - Μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων. Διακρίνονται σε: - Μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων διακριτών σχέσεων μετάδοσης, στα οποία η κίνηση μεταδίδεται μέσω οδοντώσεων και η επιλογή της σχέσης μετάδοσης γίνεται μέσω εμπλοκής του κατάλληλου συνδυασμού ζευγών οδοντωτών τροχών. - Μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων συνεχώς μεταβλητής σχέσης μετάδοσης, στα οποία η κίνηση μεταδίδεται μέσω τριβής, είτε με μία αλυσίδα μεταξύ δύο τροχαλιών είτε μεταξύ τροχών τριβής, και η επιλογή της σχέσης μετάδοσης γίνεται μέσω μεταβολής της σχέσης διαμέτρων κινητήριας και κινούμενης τροχαλίας ή κινητήριου και κινούμενου τροχού τριβής. - Υδροδυναμικοί (υδραυλικοί) μετατροπείς ροπής. Η κίνηση μεταδίδεται μέσω υδραυλικού υγρού από μία κινητήρια σε μία κινούμενη φτερωτή. Η συνεχώς μεταβλητή σχέση μετάδοσης, δηλ. ο λόγος στροφών κινητήριας και κινούμενης φτερωτής, μεταβάλλεται λόγω μεταβολής της κινητήριας ή της ανθιστάμενης ροπής, χωρίς δυνατότητα ελέγχου από τον οδηγό. Χρησιμοποιούνται μόνον σε συνδυασμό με κιβώτια ταχυτήτων διακριτών σχέσεων μετάδοσης. - Υδροστατικά κιβώτια ταχυτήτων. Η κίνηση μεταδίδεται μέσω υδραυλικού υγρού από μία αντλία θετικού εκτοπίσματος σε έναν υδραυλικό κινητήρα θετικού εκτοπίσματος. Η επιλογή της συνεχώς μεταβλητής σχέσης μετάδοσης γίνεται μέσω μεταβολής της παροχής ανά περιστροφή της αντλίας ή του υδραυλικού κινητήρα. 41

Σε επαγγελματικά κυρίως οχήματα χρησιμοποιούνται και συνδυασμοί υδροστατικών κιβωτίων ή κιβωτίων συνεχώς μεταβλητής σχέσης μετάδοσης με μηχανικά κιβώτια διακριτών σχέσεων μετάδοσης. Σε ιδιωτικά επιβατικά οχήματα χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων, κυρίως διακριτών σχέσεων μετάδοσης και σπάνια συνεχώς μεταβλητής σχέσης μετάδοσης. 4.3 Μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων διακριτών σχέσεων μετάδοσης Η μετάδοση της κίνησης γίνεται μέσω οδοντωτών τροχών. Η σχέση μετάδοσης επιλέγεται μέσω της επιλογής των οδοντωτών τροχών δια των οποίων μεταδίδεται η κίνηση. Τα κιβώτια αυτά υπερτερούν σε σχέση με όλα τα άλλα είδη μετατροπέων στροφών ροπής ως προς τον υψηλότερο βαθμό απόδοσης, τη δυνατότητα επίτευξης υψηλότερων σχέσεων μετάδοσης, την υψηλότερη σχέση ισχύος βάρους και το μικρότερο κόστος (Πίν.4.1), πλεονεκτήματα που αποτελούν και το λόγο της ευρύτατης εφαρμογής τους. Ζεύγος οδοντωτών τροχών Μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων διακριτών σχέσεων μετάδοσης Τύπος μετατροπέα στροφών ροπής η G (%) Μετωπικοί 99,0 99,8 Κωνικοί 90 93 Επιβατικά οχήματα 92 97 Επαγγελματικά οχήματα 90 97 Αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων με μετατροπέα ροπής και εμπλοκέα στροβίλου 90 95 Μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων συνεχώς μεταβλητής σχέσης μετάδοσης 70 86 Υδροστατικό κιβώτιο ταχυτήτων (συνεχώς μεταβλητής σχέσης μετάδοσης) 80 86 Πίν.4.1 Πεδία τιμών του βαθμού απόδοσης η G διαφόρων τύπων μετατροπέων στροφών ροπής. Αναλόγως του είδους των οδοντωτών τροχών τους, τα μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων διακριτών σχέσεων μετάδοσης διακρίνονται σε - κιβώτια ταχυτήτων σταθερών αξόνων και - πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων. 42

Ορισμένα κιβώτια, επαγγελματικών ιδίως οχημάτων, αποτελούν συνδυασμό των δύο τύπων. Αναλόγως του τρόπου επιλογής των οδοντώσεων δια των οποίων μεταδίδεται η κίνηση, τα μηχανικά κιβώτια διακριτών σχέσεων μετάδοσης διακρίνονται σε κιβώτια αλλαγής ταχυτήτων εκτός φορτίου και κιβώτια αλλαγής ταχυτήτων υπό φορτίο. Σε όλα τα κιβώτια σταθερών αξόνων οι οδοντωτοί τροχοί παραμένουν σε μόνιμη εμπλοκή (συχνά με εξαίρεση τις οδοντώσεις για την ταχύτητα όπισθεν), ενώ μπορούν να περιστρέφονται ελεύθερα επί των αξόνων τους. Για να μεταδώσουν κίνηση, πρέπει να συνδεθούν σταθερά με τους άξονές τους. Εφαρμόζονται δύο τρόποι σύνδεσης: - Μέσω οδοντωτών δακτυλίων, που ολισθαίνουν επί των αξόνων συνδέοντας τους κατάλληλους για κάθε ταχύτητα οδοντωτούς τροχούς με τους άξονές τους. Η ροπή δια του κιβωτίου μεταδίδεται μέσω των οδοντώσεων των δακτυλίων. Για να μετακινηθούν οι δακτύλιοι για αλλαγή ταχύτητας απαιτείται διακοπή της πίεσης μεταξύ των οδοντώσεών τους, δηλ. διακοπή της μετάδοσης ροπής δια του κιβωτίου. Τα κιβώτια αυτά είναι αλλαγής ταχυτήτων εκτός φορτίου. - Μέσω πολύδισκων συμπλεκτών, που μεταφέρουν τη ροπή δια τριβής μεταξύ των πιεζόμενων μεταξύ τους δίσκων τους. Η σύνδεση ενός οδοντωτού τροχού με τον άξονά του γίνεται μέσω άσκησης υδραυλικής πίεσης επί των δίσκων, που μπορεί να ασκείται ή να διακόπτεται ενόσω μεταδίδεται ροπή δια του κιβωτίου. Tα κιβώτια αυτά είναι αλλαγής ταχυτήτων υπό φορτίο. Στα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων η αλλαγή ταχύτητας γίνεται πάντα με τη βοήθεια πολύδισκων συμπλεκτών, συνεπώς είναι όλα αλλαγής ταχυτήτων υπό φορτίο. \ 4.3.1 Απώλειες και βαθμός απόδοσης Ένα μέρος P V της εισερχόμενης σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων ισχύος P 1 χάνεται με τη μορφή διαφόρων απωλειών, με αποτέλεσμα η εξερχόμενη ισχύς P 2 να είναι μικρότερη. Ως βαθμός απόδοσης η G του κιβωτίου ταχυτήτων ορίζεται ο λόγος της εξερχόμενης προς την εισερχόμενη ισχύ P 2 v G (4.3.1) P1 1 1 P P Οι κυριότερες απώλειες ισχύος σε ένα μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων με οδοντώσεις είναι: 43

- Απώλειες λόγω τριβής μεταξύ των εμπλεκόμενων οδοντώσεων, κατά ένα μέρος ανεξάρτητες της διερχόμενης ροπής (υδροδυναμικές απώλειες λίπανσης) και κατά το μεγαλύτερο μέρος εξαρτώμενες από αυτήν. - Απώλειες στα έδρανα κύλισης των ατράκτων και στα έδρανα ολίσθησης των οδοντωτών τροχών επί των ατράκτων, κατά το μεγαλύτερο μέρος ανεξάρτητες της διερχόμενης ροπής (υδροδυναμικές απώλειες λίπανσης) και ένα κατά μέρος εξαρτώμενες από αυτήν. - Απώλειες κατά την εμβάπτιση των περιστρεφόμενων μερών στο λάδι λίπανσης, ανεξάρτητες της διερχόμενης ροπής. - Απώλειες λόγω τριβής των στεγανωτικών επί των περιστρεφόμενων μερών. - Απώλειες λόγω τριβής των δακτυλίων συγχρονισμού επί των αντίστοιχων δακτυλίων τριβής. - Σε κιβώτια αλλαγής ταχύτητας υπό φορτίο (πχ. αυτόματα) απώλειες κατά την εμπλοκή και απεμπλοκή των δισκοειδών συμπλεκτών, καθώς και η ισχύς κίνησης της αντλίας λαδιού. Στο Σχ.4.3.1 φαίνεται η μεταβολή των επί μέρους απωλειών ενός μηχανικού κιβωτίου ταχυτήτων 5 ταχυτήτων με τις στροφές του άξονα εισόδου. Σχ.4.3.1 Απώλειες ισχύος κιβωτίου σταθερών αξόνων 5 ταχυτήτων κατά τη λειτουργία με πλήρες φορτίο στην 4 η ταχύτητα (απ ευθείας μετάδοση). Θερμοκρασία λαδιού 80 0 C. Το σχετικό μέγεθος των απωλειών, και συνεπώς ο βαθμός απόδοσης ενός κιβωτίου, εξαρτάται κυρίως από τη ροπή και τις στροφές εισόδου, την επιλεγμένη σχέση μετάδοσης και τη 44

θερμοκρασία του λαδιού. Σημαντικότερη είναι η επίδραση της ροπής. ο βαθμός απόδοσης ενός κιβωτίου είναι σημαντικά μειωμένος σε σχετικά μικρές ροπές, ωστόσο δεν μεταβάλλεται σημαντικά στις μέσες και υψηλές ροπές, όπου κατά προσέγγιση μπορεί να θεωρηθεί σταθερός (Σχ.4.3.2). Σχ.4.3.2 Μεταβολή του βαθμού απόδοσης ενός κιβωτίου ταχυτήτων με το μέγεθος της εισερχόμενης ροπής ( για δεδομένη επιλεγμένη ταχύτητα). Η επίδραση των στροφών εισόδου στο βαθμό απόδοσης ενός κιβωτίου είναι σχετικά περιορισμένη, όπως φαίνεται από το Σχ.4.3.1, όπου το μέγεθος των απωλειών αυξάνεται περίπου ανάλογα προς τις στροφές εισόδου, με συνέπεια να παραμένει περίπου σταθερό ως ποσοστό της εισερχόμενης ισχύος. Η επίδραση της σχέσης μετάδοσης φαίνεται στο Σχ.4.3.3. Γενικά, ο βαθμός απόδοσης μειώνεται με την αύξηση της σχέσης μετάδοσης. Σχ.4.3.3 Βαθμός απόδοσης κιβωτίου ταχυτήτων σταθερών αξόνων επαγγελματικού οχήματος για διαφορετικές ταχύτητες. Λειτουργία του κινητήρα στις 1.500 rpm με ροπή 500 2.000 Nm. 45

4.3.2 Καθορισμός των σχέσεων μετάδοσης Οι σχέσεις μετάδοσης ενός κιβωτίου ταχυτήτων διακριτών σχέσεων μετάδοσης καθορίζονται με βάση τον κινητήρα, το βάρος και τη χρήση του οχήματος για το οποίο προορίζεται. Αρχικά καθορίζονται η μέγιστη και η ελάχιστη σχέση μετάδοσης του κιβωτίου, ώστε, σε συνδυασμό με τη σταθερή συνιστώσα της σχέσης μετάδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης ( 4.1), να εξασφαλίζεται: - Η δυνατότητα εκκίνησης του οχήματος σε δύσκολες συνθήκες. - Η δυνατότητα να αναπτύσσει το όχημα την επιθυμητή μέγιστη ταχύτητα. - Προκειμένου για επιβατικά οχήματα, η λειτουργία του κινητήρα με κατά το δυνατόν μικρότερη κατανάλωση καυσίμου σε υψηλές ταχύτητες του οχήματος, όπου καταναλώνεται το περισσότερο καύσιμο. Οι ενδιάμεσες σχέσεις του κιβωτίου καθορίζονται κυρίως με σκοπό την καλύτερη προσέγγιση της υπερβολής της δύναμης πρόωσης, και συνεπώς την καλύτερη εκμετάλλευση της ισχύος του κινητήρα, στην περιοχή ταχυτήτων όπου λειτουργεί συχνότερα το όχημα. Για την εκτίμηση της αναγκαίας προσαρμογής της ροπής του κινητήρα απαιτείται η εκτίμηση της απαιτούμενης δύναμης πρόωσης σε χαρακτηριστικές καταστάσεις πορείας του οχήματος. 4.3.2.1 Υπολογισμός της απαιτούμενης δύναμης πρόωσης ενός οχήματος Η αντίσταση πρόωσης ενός οχήματος συνίσταται από: - την αντίσταση κύλισης των τροχών R R, - την αντίσταση λόγω ανάβασης κλίσης R I, - την αεροδυναμική αντίσταση R A και - την αντίσταση λόγω επιτάχυνσης R B : R R R R R (4.3.2) R I A B Στη γενική περίπτωση κίνησης του οχήματος σε δρόμο με κλίση α (Σχ.4.3.4), η αντίσταση κύλισης των τροχών R R, δηλ. των δυνάμεων που προκαλούνται από την παραμόρφωση των τροχών (και ενδεχομένως και του εδάφους) και την ολίσθηση των τροχών επί του εδάφους, και 46

Σχ.4.3.4 Αντιστάσεις πρόωσης οχήματος. αντιτίθενται στην κίνηση του οχήματος, είναι ανάλογη της κάθετης δύναμης επί των τροχών: RR rgcos (4.3.3) όπου μ r : ο συντελεστής αντίστασης κύλισης και G: το βάρος του οχήματος. O συντελεστής αντίστασης κύλισης μ r είναι ασθενής αύξουσα συνάρτηση της ταχύτητας, ωστόσο για κίνηση επί σταθερού εδάφους με ταχύτητα μικρότερη των 60 km/h μπορεί να θεωρηθεί σταθερός. Ενδεικτικές τιμές δίνονται στον Πίν.4.1. Έδαφος Λεία ασφαλτόστρωση, λείο σκυρόδεμα 0,010 Τραχύ σκυρόδεμα 0,014 Καλή λιθόστρωση 0,020 Φθαρμένη ασφαλτόστρωση 0,035 Ομαλό, πατημένο χώμα 0,045 Ανώμαλο έδαφος αγρού 0,160 Χαλαρή άμμος 0,015 0,030 Πίν.4.1 Ενδεικτικές τιμές του συντελεστή αντίστασης κύλισης μ r σε διάφορα είδη οδοστρωμάτων και (παραμορφώσιμων) εδαφών. μ r Η αντίσταση λόγω ανάβασης κλίσης R I οφείλεται στη συνιστώσα του βάρους του οχήματος κατά τη διεύθυνση κίνησής του: R I Gsn (4.3.4) Σε κατηφορική πορεία (α < 0) η αντίσταση R I είναι αρνητική, δηλ. δρα ως δύναμη ώθησης. 47

Η αεροδυναμική αντίσταση R A είναι ανάλογη του τετραγώνου της ταχύτητας του οχήματος ως προς τον αέρα που το περιβάλλει (δηλ. ενδεχόμενη ταχύτητα ανέμου κατά ή αντίθετα προς την κατεύθυνση κίνησης του οχήματος προστίθεται ή αφαιρείται αντίστοιχα στην ταχύτητά του ως προς το έδαφος). Για ευθεία κίνηση χωρίς άνεμο ισχύει: R 1 2 2 A A c A AV (4.4.5) όπου ρ Α : η πυκνότητα του αέρα, c Α : ο συντελεστής αεροδυναμικής αντίστασης του οχήματος Α: η μετωπική επιφάνεια του οχήματος, δηλ. η επιφάνεια που προκύπτει από την προβολή του σε επίπεδο κάθετο στον διαμήκη άξονά του, και V: η ταχύτητα του οχήματος. Ο συντελεστής αεροδυναμικής αντίστασης c A σύγχρονων ιδιωτικών επιβατικών οχημάτων κυμαίνεται περί το 0,30. Η αντίσταση λόγω επιτάχυνσης R B οφείλεται στην αδράνεια των επιταχυνόμενων μαζών του οχήματος, που εκδηλώνεται ως αντίσταση τόσο στη μεταβολή της μεταφορικής ταχύτητας του οχήματος, όσο και στη μεταβολή της γωνιακής ταχύτητας των περιστρεφόμενων μερών του: R R G ' ( ) (4.4.6) 2 g r d G όπου : η μάζα του οχήματος (g η επιτάχυνση της βαρύτητας), g Θ : η ανηγμένη στη γωνιακή ταχύτητα των τροχών πολική ροπή αδρανείας των περιστρεφόμενων μαζών (κινητήρας, σύστημα μετάδοσης κίνησης, τροχοί κλπ), εξαρτώμενη από την επιλεγμένη σχέση μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων και τη σταθερή συνιστώσα της σχέσης μετάδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης. r d : η δυναμική ακτίνα των τροχών και γ: η επιτάχυνση του οχήματος. Συνήθως η επίδραση των περιστρεφόμενων μαζών συνυπολογίζεται με έναν συντελεστή Λ, ως επαύξηση της μάζας του οχήματος: R R G (4.4.7) g 48

Ενδεικτικές τιμές του συντελεστή Λ για ιδιωτικά επιβατικά οχήματα, με την προσεγγιστική παραδοχή ότι εξαρτάται μόνον από τη σχέση μετάδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης, δίνονται στο Σχ.4.3.5. Για φορτηγά οχήματα ο Λ μπορεί να λαμβάνεται 10 για πολύ υψηλές σχέσεις μετάδοσης (πολύ χαμηλές ταχύτητες), 3 για την 1 η ταχύτητα και 1,1 για την ταχύτητα του κιβωτίου που αντιστοιχεί σε απ ευθείας μετάδοση. Σχ.4.3.5 Ενδεικτικές τιμές του συντελεστή Λ για ιδιωτικά επιβατικά οχήματα. Σύμφωνα με τις εξ.4.3.2, 4.3.3, 4.4.4, 4.4.5 και 4.3.7 η απαιτούμενη δύναμη πρόωσης F ενός οχήματος, ίση προς την αντίσταση πρόωσης R, υπολογίζεται: F 1 2 G R rg cos G sn Ac A AV (4.3.8) 2 g Για κίνηση με σταθερή ταχύτητα (γ = 0) η εξ.4.3.8 γίνεται: F 1 2 2 rg cos G sn A c A AV (4.3.9) Βάσει της εξ.4.3.9 καταστρώνεται το διάγραμμα απαιτούμενης δύναμης πρόωσης του οχήματος, που παριστάνει τη δύναμη που απαιτείται για την πρόωση του οχήματος συναρτήσει της ταχύτητάς του και της (ανοδικής) κλίσης του δρόμου (Σχ.4.3.6). Με τη βοήθεια του διαγράμματος συγκρίνεται η απαιτούμενη δύναμη πρόωσης με τη διαθέσιμη, όπως αυτή προκύπτει από ένα σημείο λειτουργίας του κινητήρα και τη σχέση μετάδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης. 49

Σχ.4.3.6 Διάγραμμα απαιτούμενης δύναμης πρόωσης ιδιωτικού επιβατικού οχήματος. 4.3.2.2 Καθορισμός της μέγιστης σχέσης μετάδοσης Ένα όχημα αναπτύσσει τη μέγιστη δύναμη πρόωσής του όταν ο κινητήρας λειτουργεί στο σημείο μέγιστης ροπής του και η σχέση μετάδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης είναι η μέγιστη, max. Σύμφωνα με τις εξ.4.1.9 και 4.1.7: F M m max max max r (4.3.10) d όπου M mmax η μέγιστη ροπή του κινητήρα. Αναλόγως της χρήσης του οχήματος, η μέγιστη δύναμη πρόωσης χρησιμοποιείται για την επίτευξη είτε της μέγιστης κλίσης δρόμου που μπορεί να ανεβεί το όχημα με σταθερή ταχύτητα, είτε για οχήματα υψηλών επιδόσεων της μέγιστης επιτάχυνσης που μπορεί να αναπτύξει το όχημα κατά την εκκίνηση ή με δεδομένη ταχύτητα σε επίπεδο δρόμο. Από την εξίσωση της μέγιστης δύναμης πρόωσης που μπορεί να αναπτυχθεί (εξ.4.3.10) με την απαιτούμενη δύναμη πρόωσης για την ανάβαση με σταθερή ταχύτητα δρόμου με την επιθυμητή μέγιστη κλίση α max (εξ.4.3.9), και με την υπόθεση ότι λόγω της μικρής ταχύτητας η αεροδυναμική αντίσταση είναι αμελητέα, προκύπτει: M m max r d max G cos Gsn (4.3.11) r max max 50

Από την εξ.4.3.11 υπολογίζεται η max και από αυτήν η μέγιστη σχέση μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων Gmax : max G max (4.3.12) C όπου C η σταθερή συνιστώσα της σχέσης μετάδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης. Συνήθως απαιτείται δυνατότητα ανάβασης κλίσης τουλάχιστον 50% (tanα = 0,5 α = 26,6 0 ) για ιδιωτικά επιβατικά οχήματα, όταν επιβαίνουν μόνον οδηγός και συνοδηγός. Με ανάλογο τρόπο, από την εξίσωση της μέγιστης δύναμης πρόωσης που μπορεί να αναπτυχθεί με την απαιτούμενη δύναμη πρόωσης για την μέγιστη επιθυμητή επιτάχυνση γ max κατά την εκκίνηση ή με δεδομένη ταχύτητα V σε επίπεδο δρόμο, υπολογίζεται η αναγκαία μέγιστη σχέση μετάδοσης max του συστήματος μετάδοσης κίνησης: M m max r d max 1 2 G g 2 rg AcA AV max (4.3.13) και από αυτήν βάσει της εξ.4.3.12 η μέγιστη σχέση μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων Gmax. 4.3.2.3 Καθορισμός της ελάχιστης σχέσης μετάδοσης Το σημείο τομής της καμπύλης απαιτούμενης δύναμης πρόωσης για κίνηση σε επίπεδο δρόμο (α = 0) με την υπερβολή της δύναμης πρόωσης (σημείο Α στο Σχ.4.3.7) οριοθετεί τη μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να αναπτύξει το όχημα. Για να είναι δυνατή η επίτευξη αυτής της ταχύτητας θα πρέπει το κιβώτιο ταχυτήτων να διαθέτει μία σχέση μετάδοσης για την οποία η καμπύλη μέγιστης δύναμης πρόωσης να διέρχεται από αυτό το σημείο. Αναλόγως της χρήσης του οχήματος είναι δυνατές τρεις επιλογές (Σχ.4.3.7): - Το κιβώτιο ταχυτήτων να διαθέτει την αναγκαία σχέση μετάδοσης A και το όχημα να μπορεί να αναπτύξει την οριακή μέγιστη ταχύτητα (V maxa στο σχήμα). - Το πλησιέστερο προς το σημείο Α σημείο τομής καμπύλης μέγιστης δύναμης πρόωσης με την υπερβολή της δύναμης πρόωσης να αντιστοιχεί σε σχέση μετάδοσης B μεγαλύτερη της A (καμπύλη b και σημείο Β σχήμα). Στην περίπτωση αυτή η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να αναπτύξει το όχημα είναι λίγο μικρότερη (V maxb ), αλλά για συνήθεις ταχύτητες η διαθέσιμη 51

Σχ.4.3.7 Καθορισμός της μέγιστης ταχύτητας οχήματος από την αντίστοιχη σχέση μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων και επίδραση στη διαθέσιμη επί πλέον δύναμη πρόωσης. επί πλέον δύναμη πρόωσης είναι μεγαλύτερη (F XB ). Όμως η μεγαλύτερη σχέση μετάδοσης συνεπάγεται λειτουργία του κινητήρα σε σημεία υψηλότερης ειδικής κατανάλωσης καυσίμου (Σχ.4.1.4). Ο σχεδιασμός αυτός προτιμάται σε οχήματα υψηλών επιδόσεων. - Το πλησιέστερο προς το σημείο Α σημείο τομής καμπύλης μέγιστης δύναμης πρόωσης με την υπερβολή της δύναμης πρόωσης να αντιστοιχεί σε σχέση μετάδοσης C μικρότερη της A (καμπύλη c και σημείο C σχήμα). Η μέγιστη ταχύτητα του οχήματος (V maxc ) είναι πάλι λίγο μικρότερη της V maxa, αλλά η μικρότερη σχέση μετάδοσης συνεπάγεται λειτουργία του κινητήρα σε σημεία χαμηλότερης ειδικής κατανάλωσης καυσίμου και συνεπώς οικονομικότερη λειτουργία σε υψηλές ταχύτητες (με τις οποίες ένα ιδιωτικό επιβατικό όχημα μπορεί να διανύει ακόμα και το 80% της συνολικής απόστασης κατά τη χρήση του). Η διαθέσιμη επί πλέον δύναμη πρόωσης είναι όμως μικρότερη (F XC ). H ελάχιστη σχέση μετάδοσης του κιβωτίου Gmn είναι συχνά η σχέση μετάδοσης ( A ή B ή C ) με την οποία επιτυγχάνεται η μέγιστη ταχύτητα του οχήματος, ωστόσο τα περισσότερα ιδιωτικά επιβατικά οχήματα διαθέτουν και μία μικρότερη σχέση, για οικονομία σε υψηλές ταχύτητες (καμπύλη d στο Σχ.4.3.7). 52

4.3.2.4 Καθορισμός των ενδιάμεσων σχέσεων μετάδοσης Ο λόγος GR της μέγιστης προς την ελάχιστη σχέση μετάδοσης ενός κιβωτίου ταχυτήτων με z σχέσεις μετάδοσης ονομάζεται πεδίο σχέσεων μετάδοσης του κιβωτίου: GR G max G1 (4.3.14) G mn Gz Ο λόγος φ μεταξύ δύο διαδοχικών σχέσεων μετάδοσης του κιβωτίου ονομάζεται βήμα: Gn n, n = 1,, z-1 (4.3.15) Gn 1 Η επιλογή του αριθμού των ενδιάμεσων σχέσεων και των μεταξύ τους βημάτων γίνεται με βάση τα ακόλουθα κριτήρια: - Με μεγαλύτερο αριθμό ταχυτήτων του κιβωτίου (δηλ. μικρότερα βήματα) επιτυγχάνεται καλύτερη προσέγγιση της υπερβολής της δύναμης πρόωσης, συνεπώς μεγαλύτερη διαθέσιμη δύναμη πρόωσης σχεδόν για κάθε ταχύτητα του οχήματος. Ωστόσο μεγαλύτερος αριθμός ταχυτήτων σημαίνει βαρύτερο και ακριβότερο κιβώτιο και συχνότερη αλλαγή ταχυτήτων από τον οδηγό. - Το βήμα μεταξύ διαδοχικών σχέσεων μετάδοσης θα πρέπει να είναι αρκούντως μικρό ώστε, όταν σε ανηφορική πορεία ο κινητήρας φθάνει τη μέγιστη ροπή του, να είναι δυνατή η αλλαγή ταχύτητας από τη μεγαλύτερη (με τη μικρότερη σχέση μετάδοσης) προς τη μικρότερη χωρίς υπέρβαση του μέγιστου επιτρεπόμενου αριθμού στροφών του κινητήρα (Σχ.4.3.8). - Ένα επιβατικό ή φορτηγό όχημα διανύει πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις με υψηλές ταχύτητες παρά με χαμηλές (όχι όμως ένας γεωργικός ελκυστήρας ή ένα όχημα δομικών έργων). - Όσο μικρότερα τα βήματα, τόσο πιο άνετη η αλλαγή ταχύτητας για τον οδηγό. - Κατά την αλλαγή ταχύτητας το θερμικό φορτίο στους δακτυλίους συγχρονισμού του κιβωτίου είναι ανάλογο προς το τετράγωνο του βήματος. Ο αριθμός των ενδιάμεσων σχέσεων ενός κιβωτίου αποφασίζεται με συγκερασμό των αντιφατικών αυτών απαιτήσεων. Η επιλογή των μεταξύ τους βημάτων γίνεται με στόχο την καλύτερη προσέγγιση της υπερβολής της δύναμης πρόωσης στην περιοχή ταχυτήτων συχνότερης λειτουργίας του οχήματος. 53

Εποπτική εικόνα της συμπεριφοράς του οχήματος με τις διαφορετικές σχέσεις μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων προσφέρει το διάγραμμα ταχύτητας οχήματος στροφών κινητήρα, όπως παριστάνεται στο Σχ.4.3.8 για ένα όχημα με κιβώτιο 8 ταχυτήτων. Στο διάγραμμα παριστάνεται για κάθε σχέση μετάδοσης Gn, n = 1,, z του κιβωτίου, και συνεπώς n του συστήματος μετάδοσης κίνησης, η ταχύτητα του οχήματος σαν γραμμική συνάρτηση των στροφών του κινητήρα, σύμφωνα με την εξ.4.1.8 (αγνοείται η ολίσθηση των τροχών, της τάξεως του 0,5% σε ασφαλτοστρωμένο δρόμο). Σύμφωνα με την ίδια εξίσωση, το βήμα μεταξύ δύο διαδοχικών σχέσεων μετάδοσης είναι ίσο προς το λόγο των στροφών του κινητήρα με τις δύο σχέσεις μετάδοσης για ίδια ταχύτητα του οχήματος, ή προς το λόγο των ταχυτήτων του οχήματος με τις δύο σχέσεις μετάδοσης για ίδιες στροφές του κινητήρα. Το κιβώτιο του σχήματος έχει γεωμετρική κατανομή των σχέσεων μετάδοσης, δηλ. το ίδιο βήμα μεταξύ οιωνδήποτε διαδοχικών σχέσεων μετάδοσης. Επειδή οι σχέσεις μεταξύ των (ακέραιων) αριθμών δοντιών των οδοντωτών τροχών που εμπλέκονται σε κάθε ταχύτητα του κιβωτίου δεν μπορούν να προσεγγίσουν ακριβώς τη θεωρητική τιμή του κοινού βήματος φ th, παρουσιάζονται μικρές αποκλίσεις. Στο σχήμα φαίνονται για κάθε ταχύτητα οι ελάχιστες στροφές κινητήρα (περίπου 1.540 rpm, οι ίδιες για όλες τις ταχύτητες λόγω της γεωμετρικής κατανομής) στις οποίες ο Σχ.4.3.8 Διάγραμμα ταχύτητας οχήματος στροφών κινητήρα λεωφορείου με κιβώτιο 8 ταχυτήτων 54

οδηγός μπορεί να «κατεβάσει» ταχύτητα, δηλ. να εμπλέξει την αμέσως μικρότερη (με την αμέσως μεγαλύτερη σχέση μετάδοσης), χωρίς να υπερβεί τις μέγιστες επιτρεπόμενες στροφές του κινητήρα (n mmax = 2.100 rpm) καθώς και οι ελάχιστες στροφές κινητήρα (περίπου 1.090 rpm) στις οποίες ο οδηγός μπορεί να «ανεβάσει» ταχύτητα, δηλ. να εμπλέξει την αμέσως μεγαλύτερη (με την αμέσως μικρότερη σχέση μετάδοσης), χωρίς προκαλέσει στάση του κινητήρα λόγω απαίτησης λειτουργίας του σε λιγότερες από τις ελάχιστες στροφές του. Με τη γεωμετρική κατανομή των σχέσεων μετάδοσης το βήμα μεταξύ διαδοχικών σχέσεων έχει σταθερή τιμή φ: z 1 GR (4.3.16) και οι σχέσεις μετάδοσης των z ταχυτήτων του κιβωτίου είναι: Gn Gz ( z n), n = 1,, z (4.3.17) Η προσέγγιση της υπερβολής της δύναμης πρόωσης είναι εξ ίσου καλή μεταξύ των καμπύλων μέγιστης δύναμης πρόωσης οιωνδήποτε διαδοχικών σχέσεων μετάδοσης, ενώ η μέγιστη ταχύτητα του οχήματος αυξάνεται γεωμετρικά με κάθε αλλαγή προς υψηλότερη ταχύτητα του κιβωτίου (Σχ.4.3.9). Η γεωμετρική κατανομή είναι κατάλληλη για επαγγελματικά οχήματα χαμηλής σχέσης ισχύος κινητήρα προς βάρος οχήματος που λόγω του τρόπου χρήσης των κινούνται εξ ίσου συχνά με όλες τις ταχύτητες του κιβωτίου τους. Σε επιβατικά οχήματα, που κινούνται συχνότερα με υψηλές ταχύτητες (μικρές σχέσεις μετάδοσης), προτιμάται η προοδευτική κατανομή, κατά την οποία το βήμα αυξάνεται προοδευτικά καθώς αυξάνονται οι σχέσεις μετάδοσης: Gn z n 1 n 0 p, n = 1,, z -1 (4.3.18) Gn 1 όπου φ 0 : μία βασική τιμή βήματος και p: ο συντελεστής προόδου. Ο συντελεστής προόδου p συνήθως επιλέγεται 1.0 1,2. Η βασική τιμή βήματος φ 0 υπολογίζεται τότε από το πεδίο σχέσεων μετάδοσης GR : 1 0 z 1 0,5( z 1)( z 2) GR (4.3.19) p 55

Σχ.4.3.9 Διαγράμματα δύναμης έλξης και ταχύτητας οχήματος στροφών κινητήρα επιβατικού οχήματος με κιβώτιο 5 ταχυτήτων με γεωμετρική και με προοδευτική κατανομή των σχέσεων μετάδοσης. και οι σχέσεις μετάδοσης προκύπτουν: z n 0,5( z n)( z n 1) n z 0 p, n = 1,,z (4.3.20) Η βασική τιμή βήματος φ 0 κυμαίνεται μεταξύ 1,1 και 1,7. Όπως φαίνεται στο Σχ.4.3.9, με τη γεωμετρική κατανομή επιτυγχάνεται καλύτερη προσέγγιση της υπερβολής της δύναμης πρόωσης μεταξύ των καμπύλων μέγιστης δύναμης πρόωσης των χαμηλών σχέσεων μετάδοσης, ενώ η μέγιστη ταχύτητα του οχήματος αυξάνεται εξ ίσου με κάθε αλλαγή προς υψηλότερη ταχύτητα του κιβωτίου. Στην πράξη οι ακριβείς τιμές των σχέσεων μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων ενός οχήματος μπορεί μετά από δοκιμές και προσομοιώσεις καταστάσεων πορείας να τροποποιηθούν ελαφρά έναντι των υπολογισμένων τιμών, ώστε να ανταποκρίνονται καλύτερα στις πραγματικές συνθήκες οδήγησης, ενώ σε οχήματα με μεγάλο αριθμό ταχυτήτων μπορεί να εφαρμόζονται 56

διαφορετικοί τύποι κατανομών των σχέσεων μετάδοσης σε επί μέρους περιοχές του πεδίου σχέσεων μετάδοσης του κιβωτίου. Στο Σχ.4.3.10 φαίνονται τα συνήθη πεδία σχέσεων μετάδοσης διαφόρων τύπων οχημάτων. Οχήματα με χαμηλή σχέση ισχύος κινητήρα προς βάρος οχήματος (φορτηγά, τουριστικά λεωφορεία) απαιτούν ευρύτερο πεδίο σχέσεων μετάδοσης, επειδή σε υψηλές ταχύτητες χρειάζονται σχετικά περιορισμένη δύναμη πρόωσης (μικρή σχέση μετάδοσης) λόγω της σε σχέση με το βάρος τους μικρής αεροδυναμικής αντίστασης, ενώ σε μεγάλες κλίσεις δρόμου μεγάλη δύναμη πρόωσης, λόγω της σχετικά μεγάλης αντίστασης ανάβασης κλίσης. Επίσης πετρελαιοκίνητα οχήματα απαιτούν ευρύτερο πεδίο από βενζινοκίνητα της ίδιας ισχύος, λόγω του μικρότερου πεδίου μεταβολής στροφών των πετρελαιοκινητήρων. Σχ.4.3.10 Συνήθη πεδία σχέσεων μετάδοσης διαφόρων τύπων οχημάτων. Σε οχήματα με αυτόματο κιβώτιο πρέπει να προστεθεί και η μέγιστη σχέση μετάδοσης του υδραυλικού μετατροπέα ροπής (2 3). 4.3.3 Κιβώτια ταχυτήτων σταθερών αξόνων Όλα τα χειροκίνητα κιβώτια ταχυτήτων ιδιωτικών επιβατικών οχημάτων είναι κιβώτια σταθερών αξόνων. Χειροκίνητα ονομάζονται τα κιβώτια ταχυτήτων στα οποία τόσο η αλλαγή ταχύτητας όσο και η εμπλοκή ταχύτητας κατά την εκκίνηση γίνονται με χειρισμό του συμπλέκτη και ενός μοχλού επιλογής ταχυτήτων από τον οδηγό. Τα κιβώτια σταθερών αξόνων κατασκευάζονται πάντα με ευθείες οδοντώσεις. 57