Vítejte zpět v Gearhead 101 — sérii o základech fungování automobilů pro automobilové nováčky.
Protože čtete Umění mužnosti, víte, jak řídit řazení. Ale víte, co se děje pod kapotou, kdykoli přeřadíte?
Ne?
No, dnes je váš šťastný den!
V tomto vydání Gearhead 101 se podíváme na to, jak funguje manuální převodovka. Než dočtete tento článek, měli byste mít základní znalosti o této důležité součásti hnacího ústrojí vašeho vozidla.
Vyhrňme si rukávy a začněme.
Poznámka:Než si přečtete, jak převodovka funguje, důrazně doporučuji, abyste si prohlédli naše Gearhead 101 o výhodách a nevýhodách motorů a hnacích ústrojí.
Než se dostaneme ke specifikům fungování manuální převodovky, promluvme si o tom, co převodovky obecně dělají.
Jak je uvedeno v našem úvodu o tom, jak funguje motor automobilu, motor vašeho vozidla vytváří rotační výkon. Abychom mohli pohnout autem, musíme tuto rotační sílu přenést na kola. To je to, co dělá hnací ústrojí automobilu – jehož součástí je převodovka.
S výkonem produkovaným spalovacím motorem je však několik problémů. Za prvé, poskytuje použitelný výkon nebo točivý moment pouze v určitém rozsahu otáček motoru (toto rozmezí se nazývá výkonové pásmo motoru). Jeďte příliš pomalu nebo příliš rychle a nezískáte optimální množství točivého momentu, aby se auto dalo do pohybu. Za druhé, auta často potřebují větší nebo menší točivý moment, než jaký může motor optimálně poskytnout v rámci svého výkonového pásma.
Abyste pochopili druhý problém, musíte porozumět prvnímu problému. A abyste pochopili první problém, musíte pochopit rozdíl mezi otáčky motoru a točivý moment motoru .
Otáčky motoru jsou rychlost, kterou se otáčí klikový hřídel motoru. Měří se v otáčkách za minutu (RPM).
Točivý moment motoru je to, kolik kroutící síly motor generuje na svém hřídeli při konkrétní rychlosti otáčení.
Automechanik použil toto pěkné přirovnání, aby pochopil rozdíl mezi otáčkami motoru a točivým momentem motoru:
Představte si, že jste motor a snažíte se zatlouct hřebík do zdi:
Rychlost =Kolikrát trefíte hlavičku hřebíku za minutu.
Točivý moment =Jak silně pokaždé uhodíte hřebík.
Vzpomeňte si, kdy jste naposledy zatloukali hřebíky. Pokud jste zatloukali opravdu rychle, pravděpodobně jste si všimli, že jste neklepali na hřebík velkou silou. A co víc, pravděpodobně jste se vyčerpali tolika zběsilým houpáním.
A naopak, kdybyste si mezi každým švihem dali na čas, ale dbali na to, aby každý švih, který uděláte, byl co nejtvrdší, zatloukli byste hřebík s menším počtem švihů, ale mohlo by vám to trvat o něco déle, protože nejste houpání v ustáleném tempu.
V ideálním případě byste našli tempo zatloukání, které vám umožnilo několikrát zasáhnout hlavičku hřebíku velkou silou při každém švihu, aniž byste se unavili. Ne příliš rychle, ne příliš pomalu, ale jen správně.
No, chceme, aby motor našeho auta dělal to samé. Chceme, aby se točil rychlostí, která mu umožňuje dodat potřebný točivý moment, aniž by pracoval tak tvrdě, že by se sám zničil. Potřebujeme, aby motor zůstal ve svém výkonovém pásmu.
Pokud se motor točí pod svým rozsahem výkonu, nebudete mít točivý moment, který potřebujete k pohybu auta vpřed. Pokud se dostane nad své výkonové pásmo, točivý moment začne klesat a váš motor začne znít, jako by se chystal prasknout v důsledku namáhání (něco jako to, co se stane, když se pokusíte bušit příliš rychle – trefíte hřebík s menším výkonem a skutečně opravdu unavený). Pokud jste točili motor, dokud se otáčkoměr nedostal do červených čísel, rozumíte tomuto konceptu vnitřně. Váš motor zní, jako by měl zemřít, ale vy se nepohybujete rychleji.
Dobře, takže chápete, že je potřeba udržovat vozidlo v chodu ve svém výkonovém pásmu, aby fungovalo efektivně.
Ale to nás přivádí k našemu druhému problému:auta potřebují v určitých situacích větší nebo menší točivý moment.
Například, když startujete auto v klidu, potřebujete hodně výkonu nebo točivého momentu, abyste vozidlo rozjeli. Pokud sešlápnete plynový pedál, klikový hřídel motoru se roztočí opravdu rychle, což způsobí, že motor překročí své výkonové pásmo a možná se přitom zničí. A hlavní je, že s autem ani tolik nepohnete, protože točivý moment motoru klesá, když překročí své výkonové pásmo. V této situaci potřebujeme mnohem více točivého momentu, ale abychom toho dosáhli, musíme obětovat určitou rychlost.
Dobře, co když jen trochu sešlápnete plyn? No, to pravděpodobně nezpůsobí, že se motor bude točit dostatečně rychle, aby se dostal do svého výkonového pásma, aby mohl dodat točivý moment, aby se auto dalo do pohybu.
Podívejme se na další scénář:Řekněme, že se auto pohybuje opravdu rychle, jako když jedete po dálnici. Nemusíte posílat tolik výkonu z motoru na kola, protože auto už jede svižným tempem. Naprostá hybnost dělá hodně práce. Můžete tedy nechat motor točit ve vyšších otáčkách, aniž byste se tolik starali o množství výkonu přenášeného na kola. Potřebujeme větší rychlost rotace přechod na kola a menší rotační výkon .
Potřebujeme nějaký způsob, jak znásobit výkon produkovaný motorem, když je potřeba (rozjezd z klidu, jízda do kopce atd.), ale také snížit množství výkonu vysílaného z motoru, když to není potřeba ( jít z kopce nebo jít opravdu rychle).
Zadejte přenos.
Převodovka zajišťuje, že se váš motor otáčí optimální rychlostí (ani příliš pomalu, ani příliš rychle), a zároveň poskytuje vašim kolům správné množství výkonu, které potřebují k pohybu a zastavení vozu, bez ohledu na situaci, ve které se nacházíte.
Je schopen tento efektivní přenos výkonu prostřednictvím řady různě velkých převodů, které využívají výkon převodového poměru.
Uvnitř převodovky je řada různě velkých ozubených kol, která produkují točivý moment. Vzhledem k tomu, že ozubená kola, která na sebe vzájemně působí, mají různé velikosti, točivý moment lze zvýšit nebo snížit, aniž by se tolik změnila rychlost otáčení motoru. Je to díky převodovým poměrům.
Převodové poměry představují vzájemný poměr ozubených kol co do velikosti. Když do sebe zapadají různě velká ozubená kola, mohou se otáčet různými rychlostmi a dodávat různé množství výkonu.
Podívejme se na hloupou verzi ozubených kol v akci, abychom to vysvětlili. Řekněme, že máte vstupní ozubené kolo s 10 zuby (vstupním ozubeným kolem, myslím ozubené kolo, které generuje výkon) připojené k většímu výstupu s 20 zuby (výstupním ozubeným kolem, myslím ozubené kolo, které přijímá výkon). Aby se 20zubé ozubené kolo roztočilo jednou, musí se 10zubé otočit dvakrát, protože je poloviční než 20zubé ozubené kolo. To znamená, že i když se 10-ti zub točí rychle, 20-ti zub se otáčí pomalu. A i když se 20zubý převod otáčí pomaleji, dodává větší sílu neboli výkon, protože je větší. Poměr v tomto uspořádání je 1:2. Toto je nízký převodový poměr.
Nebo řekněme, že dvě ozubená kola spojená navzájem mají stejnou velikost (10 zubů a 10 zubů). Oba by se otáčely stejnou rychlostí a oba by dodávaly stejné množství energie. Převodový poměr je zde 1:1. Tomu se říká převod „přímého pohonu“, protože dva převody přenášejí stejné množství výkonu.
Nebo řekněme, že vstupní kolo bylo větší (20 zubů) a výstupní kolo bylo menší (10 zubů). Chcete-li jednou roztočit 10 zubů, 20 zubů by se potřebovalo otočit jen napůl. To znamená, že i když se vstupní ozubené kolo s 20 zuby otáčí pomalu a s větší silou, výstupní ozubené kolo s 10 zuby se otáčí rychle a dodává méně energie. Převodový poměr je zde 2:1. Tomu se říká vysoký převodový poměr.
Pojďme tento koncept vrátit k účelu přenosu.
Níže naleznete diagram toku výkonu, když jsou zařazeny různé převodové stupně ve vozidle s 5stupňovou manuální převodovkou.
První rychlost. Je to největší ozubené kolo v převodovce a zapletené s malým ozubeným kolem. Typický převodový poměr při zařazeném prvním rychlostním stupni je 3,166:1. Při zařazení prvního rychlostního stupně je dodávána nízká rychlost, ale vysoký výkon. Tento převodový poměr je skvělý pro startování auta z klidu.
Druhý převodový stupeň. Druhé ozubené kolo je o něco menší než první rychlostní stupeň, ale stále je v záběru s menším ozubeným kolem. Typický převodový poměr je 1,882:1. Rychlost se zvýší a výkon se mírně sníží.
Třetí rychlostní stupeň. Třetí rychlostní stupeň je o něco menší než druhý, ale stále je v záběru s menším převodem. Typický převodový poměr je 1,296:1.
Čtvrtý rychlostní stupeň. Čtvrtý rychlostní stupeň je o něco menší než třetí. V mnoha vozidlech se v době, kdy vůz zařadí čtvrtý rychlostní stupeň, výstupní hřídel pohybuje stejnou rychlostí jako vstupní hřídel. Toto uspořádání se nazývá „přímý pohon“. Typický převodový poměr je 0,972:1
Pátý rychlostní stupeň. Ve vozidlech s pátým rychlostním stupněm (nazývaným také „rychloběh“) je připojen k převodovému stupni, který je výrazně větší. To umožňuje, aby se pátý rychlostní stupeň otáčel mnohem rychleji než rychlostní stupeň, který dodává výkon. Typický převodový poměr je 0,78:1.
Nyní byste tedy měli mít základní povědomí o účelu převodovky:zajišťuje, že se váš motor otáčí optimální rychlostí (ani příliš pomalu, ani příliš rychle), a zároveň poskytuje vašim kolům správné množství výkonu, které potřebují k pohybu a zastavení. auto, bez ohledu na situaci, ve které se nacházíte.
Pojďme se podívat na části přenosu, které to umožňují:
Vstupní hřídel. Vstupní hřídel pochází z motoru. To se otáčí stejnou rychlostí a výkonem motoru.
Předlohový hřídel. Předlohový hřídel (aka předlohový hřídel) sedí těsně pod výstupními hřídeli. Předlohový hřídel je připojen přímo ke vstupnímu hřídeli pomocí převodu s pevnými otáčkami. Kdykoli se otáčí vstupní hřídel, otáčí se i předlohový hřídel, a to stejnou rychlostí jako vstupní hřídel.
Kromě převodového stupně, který přebírá výkon ze vstupního hřídele, má předlohový hřídel také několik převodových stupňů, jeden pro každý „převodový stupeň“ vozu (1.-5.), včetně zpátečky.
Výstupní hřídel. Výstupní hřídel probíhá paralelně nad předlohovým hřídelem. Toto je hřídel, která dodává energii zbytku hnacího ústrojí. Množství výkonu, který výstupní hřídel dodává, závisí na tom, které převodové stupně jsou na něm zařazeny. Výstupní hřídel má volně otočná ozubená kola, která jsou na něm uložena pomocí kuličkových ložisek. Otáčky výstupního hřídele jsou určeny tím, který z pěti převodových stupňů je zařazený nebo zařazený.
1. až 5. rychlostní stupeň. Jedná se o ozubená kola, která jsou uložena na výstupním hřídeli pomocí ložisek a určují, ve kterém „převodovém kole“ vaše auto je. Každé z těchto ozubených kol je neustále v záběru s jedním z ozubených kol na předlohovém hřídeli a neustále se otáčí. Toto neustále propojené uspořádání je to, co vidíte u synchronizovaných převodovek nebo převodovek s konstantním záběrem, které používá většina moderních vozidel. (Za chvíli se podíváme na to, jak se mohou všechna převodová kola vždy otáčet, zatímco pouze jeden z nich skutečně dodává výkon do hnacího ústrojí.)
První převodový stupeň je největší převodový stupeň a převodové stupně se postupně zmenšují, jak se dostanete na pátý převodový stupeň. Pamatujte, převodové poměry. Protože je první ozubené kolo větší než ozubené kolo předlohového hřídele, ke kterému je připojeno, může se otáčet pomaleji než vstupní hřídel (pamatujte, že předlohový hřídel se pohybuje stejnou rychlostí jako vstupní hřídel), ale dodává větší výkon na výstupní hřídel. Při řazení vyšších převodových stupňů se převodový poměr snižuje, dokud nedosáhnete bodu, kdy se vstupní a výstupní hřídel pohybují stejnou rychlostí a poskytují stejné množství výkonu.
Vložené zařízení. Vložené kolo (někdy nazývané „vložené kolo zpátečky“) je umístěno mezi zpátečkou na výstupním hřídeli a ozubeným kolem na předlohovém hřídeli. Vložené kolo je to, co umožňuje vašemu vozu jet zpátečku. Zpátečka je jediným převodem v synchronizované převodovce, který není vždy v záběru nebo se neotáčí s převodem předlohového hřídele. Pohybuje se pouze tehdy, když skutečně zařadíte zpátečku.
Synchronizační límce/rukávy. Většina moderních vozidel má synchronizovanou převodovku, což znamená, že ozubená kola, která přenášejí výkon na výstupní hřídel, jsou neustále v záběru s ozubenými koly na předlohovém hřídeli a neustále se točí. Možná si ale říkáte:„Jak může být všech pět ozubených kol neustále v záběru a neustále se otáčet, ale pouze jedno z těchto ozubených kol ve skutečnosti dodává výkon na výstupní hřídel?“
Dalším problémem, který přichází s neustále se točícími ozubenými koly, je to, že hnací ozubené kolo se často otáčí jinou rychlostí než výstupní hřídel, ke které je ozubené kolo připojeno. Jak synchronizujete ozubené kolo, které se točí jinou rychlostí než výstupní hřídel, a to hladkým způsobem, který nezpůsobuje velké drcení?
Odpověď na obě otázky:synchronizační obojky.
Jak je uvedeno výše, ozubená kola 1–5 jsou na výstupní hřídeli namontována pomocí kuličkových ložisek. To umožňuje, aby se všechny převodové stupně při běžícím motoru volně protáčely současně. Abychom mohli zařadit jeden z těchto převodů, musíme jej pevně připojit k výstupnímu hřídeli, takže výkon bude přenášen na výstupní hřídel a poté na zbytek hnacího ústrojí.
Mezi každým z ozubených kol jsou kroužky nazývané synchronizační objímky. U pětistupňové převodovky je mezi 1. a 2. rychlostním stupněm objímka, mezi 3. a 4. rychlostním stupněm a mezi 5. rychlostním stupněm a zpátečkou.
Kdykoli na autě zařadíte rychlostní stupeň, synchronizační objímka se přesune na pohybující se rychlostní stupeň, který chcete zařadit. Na vnější straně ozubeného kola je řada kuželovitých zubů. Synchronizační límec má drážky pro přijetí těchto zubů. Díky vynikajícímu mechanickému inženýrství se může synchronizační objímka připojit k ozubenému kolu s velmi malým hlukem nebo třením, i když se ozubené kolo pohybuje, a synchronizovat rychlost ozubeného kola se vstupní hřídelí. Jakmile je nákružek synchronizátoru v záběru s hnacím ozubeným kolem, toto hnací zařízení dodává výkon na výstupní hřídel.
Kdykoli je auto „neutrální“, žádná synchronizační objímka není v záběru s hnacím ústrojím.
Synchronizační obojky jsou také něco, co je vizuálně snazší pochopit. Zde je krátký malý klip, který skvěle vysvětluje, co se děje (začíná přibližně v 1:59):
Řazení. Řazení je to, co pohybujete, abyste zařadili rychlost.
Řadicí tyč. Řadicí tyče jsou to, co posouvá objímky synchronizátoru směrem k převodu, který chcete zařadit. Na většině pětirychlostních vozidel jsou tři řadicí tyče. Jeden konec řadicí tyče je připojen k řazení. Na druhém konci řadicí tyče je řadicí vidlice, která drží límec synchronizátoru.
Přesun vidlice. Řadicí vidlice drží synchronizační límec.
Spojka. Spojka je umístěna mezi motorem a převodovkou převodovky. Když je spojka rozpojena, přeruší tok výkonu mezi motorem a převodovkou. Toto odpojení napájení umožňuje motoru pokračovat v chodu, i když zbytek hnacího ústrojí vozu nedostává žádný výkon. Při odpojeném výkonu motoru od převodovky je řazení mnohem jednodušší a zabraňuje poškození převodových stupňů. To je důvod, proč kdykoli řadíte rychlostní stupně, sešlápnete spojkový pedál a spojku vypnete.
Když sešlápnete spojku – sešlápnete nohu z pedálu – energie mezi motorem a převodovkou se obnoví.
Pojďme si to tedy všechno spojit a projít si, co se stane, když ve vozidle přeřadíte. Začneme nastartováním auta a přeřazením na druhý rychlostní stupeň.
Když nastartujete vůz s manuální převodovkou, než otočíte klíčkem, vypnete spojku sešlápnutím pedálu spojky. Tím se přeruší tok energie mezi vstupní hřídelí motoru a převodovkou. To umožňuje motoru běžet, aniž by dodával energii zbytku vozidla.
Když je spojka vypnutá, posunete převodový stupeň na první rychlostní stupeň. To způsobí posouvací tyč v převodovce vaší převodovky, abyste posunuli řadicí vidlici směrem k prvnímu převodovému stupni, který je namontován na výstupním hřídeli přes kuličková ložiska.
Toto první ozubené kolo na výstupním hřídeli je v záběru s ozubeným kolem, které je spojeno s předlohovým hřídelem . Předlohový hřídel je připojen ke vstupnímu hřídeli motoru přes ozubené kolo a otáčí se stejnou rychlostí jako vstupní hřídel motoru.
K řadicí vidlici je připevněn synchronizační límec . Synchronizační objímka dělá dvě věci:1) pevně připevňuje hnací ozubené kolo k výstupnímu hřídeli, takže ozubené kolo může dodávat výkon na výstupní hřídel, a 2) zajišťuje synchronizaci ozubeného kola s rychlostí výstupního hřídele.
Jakmile je objímka synchronizátoru v záběru s prvním rychlostním stupněm, ozubené kolo je pevně spojeno s výstupní hřídelí a vozidlo je nyní zařazeno.
Aby se auto dalo do pohybu, mírně sešlápnete plyn (což vytvoří větší výkon motoru) a pomalu sundáte nohu ze spojky (čímž se spojka zapne a znovu se připojí výkon mezi motor a převodovku).
Vzhledem k tomu, že první rychlostní stupeň je velký, způsobuje, že se výstupní hřídel otáčí pomaleji než vstupní hřídel motoru, ale poskytuje větší výkon zbytku hnacího ústrojí. Je to díky zázrakům převodových poměrů .
Pokud jste vše udělali správně, auto se pomalu začne pohybovat vpřed.
Jakmile auto rozjedete, budete chtít jet rychleji. Ale s vozem na první rychlostní stupeň nebudete schopni jet příliš rychle, protože převodový poměr způsobuje, že se výstupní hřídel otáčí určitou rychlostí. Pokud byste sešlápli plynový pedál s vozem na první rychlostní stupeň, způsobíte, že se vstupní hřídel motoru bude točit opravdu rychle (a možná přitom poškodí motor), ale neuvidíte zvýšení rychlosti vozidla.
Abychom zvýšili otáčky výstupního hřídele, musíme přeřadit na druhý rychlostní stupeň. Šlápneme tedy na spojku, abychom odpojili napájení mezi motorem a převodovkou a zařadili druhý rychlostní stupeň. Tím se posune řadicí tyč, která má řadicí vidlici a synchronizační límec, směrem k druhému rychlostnímu stupni. Synchronizační objímka synchronizuje rychlost druhého převodového stupně s výstupní hřídelí a pevně ji připevňuje k výstupní hřídeli. Výstupní hřídel se nyní může otáčet rychleji, aniž by se vstupní hřídel motoru zuřivě otáčela, aby produkovala výkon, který auto potřebuje.
U zbývajících pěti převodových stupňů je to opláchnutí, umytí a opakování.
Zpátečka je výjimkou. Na rozdíl od ostatních převodových stupňů, kde můžete řadit nahoru, aniž byste zcela zastavili vůz, pro zařazení zpátečky musíte stát na místě. Je to proto, že zpátečka není neustále v záběru s ozubeným kolem na předlohovém hřídeli. Chcete-li zasunout zpátečku na odpovídající předlohové kolo, musíte se ujistit, že se předlohový hřídel nepohybuje. Abyste zajistili, že se předlohový hřídel neprotáčí, musíte vůz úplně zastavit.
Jistě, můžete donutit auto jedoucí vpřed zařadit zpátečku, ale nebude to znít ani cítit hezky a můžete způsobit velké poškození převodovky.
Nyní, kdykoli zařadíte rychlost, budete vědět, co se děje pod kapotou. Dále: automatické převodovky.
