„Gearhead 101“: supratimas apie rankinę pavarų dėžę

{h1}

Sveiki sugrįžę į Pavarų galvutė 101 - serija apie pagrindus, kaip automobiliai dirba automobilių neofitams.


Nes skaitote vyriškumo meną, mokate vairuoti lazdos poslinkį. Bet ar žinote, kas vyksta po variklio dangčiu, kai tik perjungiate pavaras?

Ne?


Na, šiandien tavo laiminga diena!

Šiame „Gearhead 101“ leidime apžvelgiame, kaip veikia rankinė pavarų dėžė. Baigdami skaityti šį kūrinį, turėtumėte iš esmės suprasti šią svarbią savo transporto priemonės pavaros dalį.


Susivyniokime rankoves ir pradėkime.

Pastaba: Prieš perskaitydami, kaip veikia transmisija, labai rekomenduoju peržiūrėti mūsų „Gearhead 101“ variklių ypatumai ir pavaros.


Ką veikia transmisijos

Prieš įsigilindami į mechaninės pavarų dėžės veikimo specifiką, pakalbėkime apie tai, ką transmisijos veikia apskritai.

Kaip aptarta mūsų pradžia apie tai, kaip veikia automobilio variklis, jūsų transporto priemonės variklis sukuria sukimosi galią. Norėdami perkelti automobilį, turime tą sukimosi galią perkelti į ratus. Tai daro automobilio pavara, kurios dalis yra transmisija.


Tačiau yra keletas problemų, susijusių su vidaus degimo variklio gaminama galia. Pirma, ji suteikia naudingą galią arba sukimo momentą tik esant tam tikram variklio sūkių diapazonui (šis diapazonas vadinamas variklio galios juosta). Važiuokite per lėtai arba per greitai ir negausite optimalaus sukimo momento, kad automobilis judėtų. Antra, automobiliams dažnai reikia didesnio ar mažesnio sukimo momento, nei variklis gali optimaliai užtikrinti savo galios diapazone.

Norėdami suprasti antrąją problemą, turite suprasti pirmąją problemą. Norėdami suprasti pirmąją problemą, turite suprasti skirtumą tarp variklio greičiu ir variklis sukimo momentas.


Variklio greitis yra variklio alkūninio veleno sukimosi greitis. Tai matuojama apsisukimais per minutę (RPM).

Variklio sukimo momentas yra tai, kiek sukimo jėgos variklis sukuria ties savo velenu tam tikram sukimosi greičiui.


Automobilių mechanikas pateikė šią gražią analogiją, kad suprastų skirtumą tarp variklio sūkių ir variklio sukimo momento:

Įsivaizduokite, kad esate variklis ir bandote įkalti vinį į sieną:

Greitis = Kiek kartų per minutę pataikėte į nagų galvą.

Sukimo momentas = Kaip stipriai kiekvieną kartą atsitrenkėte į vinį.

Prisiminkite, kada paskutinį kartą kalėte nagus. Jei kūjote labai greitai, tikriausiai pastebėjote, kad mušate ne per didelę jėgą. Negana to, jūs tikriausiai išnaudojote save nuo tiek pašėlusio siūbavimo.

Ir atvirkščiai, jei skyrėte laiko tarp kiekvieno sūpynės, bet įsitikinote, kad kiekvienas jūsų sūpynės buvo kuo sunkesnis, įkalkite vinį su mažiau sūpynių, tačiau tai gali užtrukti šiek tiek ilgiau, nes nesate siūbuojantis pastoviu tempu.

Idealiu atveju rasite kalimo tempą, kuris leistų kelis kartus smūgiuoti į nagų galvą su didele jėga kiekvienomis sūpynėmis, nevarginant savęs. Ne per greitai, ne per lėtai, bet tiesiog teisingai.

Na, mes norime, kad tą patį padarytų ir mūsų automobilio variklis. Mes norime, kad jis suktųsi tokiu greičiu, kuris leistų pasiekti reikiamą sukimo momentą nedirbant taip sunkiai, kad sunaikintų save. Mums reikia, kad variklis liktų savo galios diapazone.

Jei variklis sukasi žemiau galios juostos, neturėsite sukimo momento, kurio jums reikia norint perkelti automobilį į priekį. Jei jis viršija galios diapazoną, sukimo momentas pradeda mažėti ir jūsų variklis pradeda skambėti taip, lyg jis dėl streso sulūžtų (panašiai kaip nutinka, kai bandote kalti per greitai - pataikote į vinį su mažesne galia ir gausite tikrai, labai pavargęs). Jei apsukote variklį, kol tachometras tapo raudonas, šią koncepciją suprantate visceraliai. Jūsų variklis skamba taip, lyg tuoj mirs, bet jūs nejudate greičiau.

Gerai, todėl suprantate, kad transporto priemonė turi veikti savo jėgos juostoje, kad ji veiktų efektyviai.

Bet tai priveda prie mūsų antrosios problemos: automobiliams tam tikrose situacijose reikia daugiau ar mažiau sukimo momento.

Pavyzdžiui, kai jūs pradedate automobilį sustojus, jums reikia daug galios arba sukimo momento, kad transporto priemonė važiuotų. Jei pakelsite dujų pedalą, variklio alkūninis velenas pasisuks labai greitai, todėl variklis eis aukščiau galios juostos ir galbūt pats sunaikins. Kicker yra tai, kad jūs net tiek nepajudinsite automobilio, nes sukimo momentas ant variklio nukrenta viršijant jo galios juostą. Šioje situacijoje mums reikia kur kas daugiau sukimo momento, tačiau, kad tai gautume, turime paaukoti tam tikrą greitį.

Gerai, ką daryti, jei tiesiog paspaudžiate dujas truputį? Na, greičiausiai tai nesukels variklio sukimosi pakankamai greitai, kad pirmiausia patektų į savo galios juostą, kad galėtų pateikti sukimo momentą, kad automobilis judėtų.

Pažvelkime į kitą scenarijų: tarkime, kad automobilis juda tikrai greitai, pavyzdžiui, kai kreiseri autostradoje. Jums nereikia tiek variklio iš ratų siųsti, nes automobilis jau juda sparčiu žingsniu. Didžiulis pagreitis daro daug darbo. Taigi galite leisti varikliui suktis didesniu greičiu, nesijaudindami tiek, kiek energijos tiekiama ratams. Mums reikia daugiau sukimosi greičiu eina prie ratų ir mažiau sukasi galia.

Mums reikia tam tikro būdo, kaip padauginti variklio pagamintą galią, kai to reikia (pradedant nuo vietos, einant į kalną ir pan.), Bet taip pat sumažinti iš variklio siunčiamos galios kiekį, kai to nereikia ( nuokalnėn ar tikrai greitai).

Įveskite transmisiją.

Transmisija užtikrina, kad jūsų variklis sukasi optimaliu greičiu (nei per lėtai, nei per greitai), tuo pačiu suteikdamas ratams reikiamą jėgą, reikalingą judėti ir sustabdyti automobilį, nesvarbu, kokioje situacijoje atsidurtumėte.

Tai sugeba efektyviai perduoti jėgą per daugybę skirtingų dydžių pavarų, naudojančių pavaros santykį.

Pavarų santykiai

Transmisijos viduje yra įvairių dydžių, dantytų pavarų, kurios sukuria sukimo momentą, serija. Kadangi pavaros, kurios sąveikauja tarpusavyje, yra skirtingo dydžio, sukimo momentą galima padidinti arba sumažinti, tiek nepakeitus variklio sukimosi galios greičio. Taip yra dėl pavarų perdavimo skaičiaus.

Pavarų santykiai rodo pavarų santykį tarpusavyje pagal dydį. Kai skirtingų dydžių pavaros sujungiamos kartu, jos gali suktis skirtingu greičiu ir tiekti skirtingą energijos kiekį.

Pažiūrėkime į tai, kaip veikia nebylioji pavarų versija, kad tai paaiškintume. Tarkime, kad turite įvesties pavarą su 10 dantų (pagal įvesties pavarą turiu omenyje pavarą, kuri generuoja energiją), sujungtą su didesne išvestimi, turinčia 20 dantų (išvesties pavara turiu galvoje pavarą, kuri gauna galią). Norint vieną kartą pasukti tą 20 dantų krumpliaratį, 10 dantų krumpliaračio reikia pasukti du kartus, nes jis yra perpus didesnis už 20 dantukų krumpliaračio. Tai reiškia, kad nors 10 dantų pavara greitai sukasi, 20 dantų pavara sukasi lėtai. Nors 20 dantų pavara sukasi lėčiau, ji suteikia daugiau jėgos arba jėgos, nes ji yra didesnė. Santykis šiame išdėstyme yra 1: 2. Tai mažas pavaros santykis.

Arba tarkime, kad dvi viena su kita sujungtos pavaros yra vienodo dydžio (10 ir 10 dantų). Jie abu suktųsi tuo pačiu greičiu ir tiektų tiek pat energijos. Pavarų santykis čia yra 1: 1. Tai vadinama „tiesioginio pavaros“ santykiu, nes abi pavaros perduoda tą patį energijos kiekį.

Arba tarkime, kad įvesties pavara buvo didesnė (20 dantų), o išvesties pavara buvo mažesnė (10 dantų). Norint vieną kartą sukti 10 dantų pavarą, 20 dantų pavarą tektų pasukti tik įpusėjus. Tai reiškia, kad nors 20 dantų įvesties pavara sukasi lėtai ir su didesne jėga, 10 dantų išėjimo pavara greitai sukasi ir suteikia mažiau energijos. Pavarų santykis čia yra 2: 1. Tai vadinama dideliu pavarų santykiu.

Grąžinkime šią koncepciją prie perdavimo tikslo.

Žemiau rasite galios srauto schemą, kai 5 pavarų mechaninės pavarų dėžės transporto priemonėje įjungiami skirtingi pavarai.

Pavarų santykis pavarų dėžės pavaros iliustracijoje.

„First Gear“. Tai didžiausia pavarų dėžė, sujungta su maža pavara. Tipiškas pavaros santykis, kai automobilis yra su pirmąja pavara, yra 3,166: 1. Kai įjungiama pirmoji pavara, mažas greitis, bet tiekiama didelė galia. Šis pavarų santykis yra puikus norint užvesti automobilį iš vietos.

Antroji pavara. Antroji pavara yra šiek tiek mažesnė nei pirmoji, tačiau vis tiek įjungiama mažesne pavara. Tipiškas pavaros santykis yra 1,882: 1. Greitis padidėja, o galia šiek tiek sumažėja.

Trečia pavara. Trečioji pavara yra šiek tiek mažesnė nei antroji, tačiau vis tiek sujungta su mažesne pavara. Tipiškas pavaros santykis yra 1 296: 1.

Ketvirtoji pavara. Ketvirtoji pavara yra šiek tiek mažesnė nei trečioji. Daugelyje transporto priemonių, kol automobilis bus su ketvirta pavara, išėjimo velenas juda tuo pačiu greičiu kaip ir įvesties velenas. Šis susitarimas vadinamas „tiesiogine pavara“. Tipiškas pavaros santykis yra 0,972: 1

Penkta pavara. Transporto priemonėse su penkta pavara (dar vadinama „overdrive“) ji yra sujungta su žymiai didesne pavara. Tai leidžia penktajai pavarai pasisukti kur kas greičiau nei pavarą, kuri teikia jėgą. Tipiškas pavaros santykis yra 0,78: 1.

Mechaninės pavarų dėžės dalys

Neautomatinės pavarų dėžės iliustracijos schemos dalys.

Taigi iki šiol turėtumėte suprasti pagrindinę pavarų dėžės paskirtį: tai užtikrina, kad jūsų variklis sukasi optimaliu greičiu (nei per lėtai, nei per greitai), tuo pačiu suteikdamas ratams reikiamą jėgą, reikalingą judėti ir sustoti. automobilio, nesvarbu, kokioje situacijoje atsidurtumėte.

Pažvelkime į perdavimo dalis, kurios leidžia tai padaryti:

Įvesties velenas. Įvesties velenas gaunamas iš variklio. Tai sukasi tuo pačiu variklio greičiu ir galia.

Skersinis velenas. Priešpriešinis velenas (dar žinomas kaip „layshaft“) yra tiesiai po išėjimo velenais. Priešpriešinis velenas tiesiai prie įėjimo veleno jungiasi per fiksuoto greičio pavarą. Kai tik įvesties velenas sukasi, sukasi ir priešinis velenas tuo pačiu greičiu kaip ir įėjimo velenas.

Be pavaros, kuri ima galią iš įėjimo veleno, priešpriešinis velenas taip pat turi keletą pavarų, po vieną kiekvienai automobilio „pavarai“ (1–5), įskaitant atbulinę eigą.

Išvesties velenas. Išėjimo velenas eina lygiagrečiai virš priešpriešinio veleno. Tai yra velenas, kuris suteikia jėgą likusiai pavarai. Galia, kurią tiekia išėjimo velenas, priklauso nuo to, kurios pavaros įjungtos. Išvesties velenas turi laisvai besisukančias pavaras, kurios pritvirtintos ant rutulinių guolių. Išėjimo veleno greitis nustatomas pagal tai, kuri iš penkių pavarų yra „pavara“ arba įjungta.

1–5 pavaros. Tai pavaros, sumontuotos ant išėjimo veleno guoliais ir nustatančios, kokia „pavara“ yra jūsų automobilyje. Kiekviena iš šių pavarų yra nuolat sujungta su viena iš priešpriešinio veleno pavarų ir nuolat sukasi. Ši nuolat plintanti tvarka yra tai, ką matote sinchronizuotoje transmisijoje arba pastovaus tinklo transmisijoje, kurią naudoja dauguma šiuolaikinių transporto priemonių. (Išsiaiškinsime, kaip visos pavaros visada gali suktis, o tik viena iš jų čia šiek tiek perduoda jėgą pavarai.)

Pirmoji pavara yra didžiausia pavara, o perėjus į penktą pavarą, pavaros tampa vis mažesnės. Atminkite, pavarų santykiai. Kadangi pirmoji pavara yra didesnė už priešpriešinio veleno pavarą, prie kurios ji yra prijungta, ji gali suktis lėčiau nei įvesties velenas (atminkite, kad priešpriešinis velenas juda tuo pačiu greičiu kaip ir įvesties velenas), tačiau tiekia daugiau galios išėjimo velenui. Judant aukštyn pavaromis, pavaros santykis mažėja, kol pasieksite tašką, kai įvesties ir išvesties velenai juda tuo pačiu greičiu ir tiekia tą patį energijos kiekį.

Tuščiosios eigos pavara. Tuščiosios eigos pavara (kartais vadinama „atbulinės eigos pavara“) yra tarp atbulinės eigos pavaros ant išėjimo veleno ir pavaros ant priešpriešinio veleno. Tuščiosios eigos pavara leidžia automobiliui važiuoti atbuline eiga. Atbulinė pavara yra vienintelė pavara sinchronizuotoje transmisijoje, kuri ne visada būna įstrigusi ar sukama priešpriešinio veleno pavara. Jis juda tik tada, kai iš tikrųjų perjungiate transporto priemonę atbuline eiga.

Sinchronizatoriaus apykaklės / rankovės. Dauguma šiuolaikinių transporto priemonių turi sinchronizuotą transmisiją, o tai reiškia, kad pavaros, tiekiančios jėgą išėjimo velenui, nuolat sujungiamos su priešpriešinio veleno pavaromis ir nuolat sukasi. Bet jūs galbūt galvojate: „Kaip visas penkias pavaras galima nuolat įjungti ir sukti, bet tik viena iš šių pavarų iš tikrųjų teikia galią išėjimo velenui?“

Kitas klausimas, kylantis dėl visada besisukančių pavarų, yra tai, kad pavaros pavara dažnai sukasi kitu greičiu nei išėjimo velenas, prie kurio prijungta pavara. Kaip sinchronizuoti pavarą, kuri sukasi skirtingu greičiu kaip išėjimo velenas, ir sklandžiai, kad nesukeltų daug šlifavimo?

Atsakymas į abu klausimus: sinchronizatoriaus apykaklės.

Kaip minėta pirmiau, 1-5 pavaros montuojamos ant išėjimo veleno per rutulinius guolius. Tai leidžia visoms pavaroms laisvai suktis tuo pačiu metu, kai variklis veikia. Norėdami įjungti vieną iš šių pavarų, turime tvirtai prijungti ją prie išėjimo veleno, todėl galia tiekiama išėjimo velenui, o po to ir likusiai pavarai.

Tarp kiekvienos pavaros yra žiedai, vadinami sinchronizatoriaus apykaklėmis. Penkių greičių transmisijoje yra apykaklė tarp 1 ir 2 pavarų, tarp 3 ir 4 pavarų ir tarp 5 ir atbulinės pavarų.

Kai tik perjungiate automobilį į pavarą, sinchronizatoriaus apykaklė persijungia į judančią pavarą, kurią norite įjungti. Pavaros išorėje yra kūgio formos dantų serija. Sinchronizatoriaus apykaklė turi griovelius tiems dantims priimti. Puikios mechaninės inžinerijos dėka sinchronizatoriaus apykaklė gali prisijungti prie pavaros su labai mažu triukšmu ar trintimi net judant pavarai ir sinchronizuoti pavaros greitį su įėjimo velenu. Kai sinchronizatoriaus apykaklė bus sujungta su pavara, ta varomoji pavara tiekia galią išėjimo velenui.

Kai automobilis yra „neutralus“, nė viena sinchronizatoriaus apykaklė nėra sujungta su vairavimo pavara.

Sinchronizatoriaus apykaklės taip pat yra lengviau suprantamos vizualiai. Štai trumpas mažas klipas, kuris puikiai paaiškina, kas vyksta (prasideda maždaug 1:59 ženklu):

Pavarų perjungimo svirtis. Pavarų perjungimas yra tai, ką jūs judate, kad įjungtumėte automobilį.

Perjungimo strypas. Perjungimo strypai yra tai, kas sinchronizatoriaus antkaklius nukreipia link pavaros, kurią norite įjungti. Daugumoje penkių greičių transporto priemonių yra trys pavarų strypai. Vienas perjungimo strypo galas sujungtas su pavarų perjungimu. Kitame perjungimo strypo gale yra perjungimo šakutė, laikanti sinchronizatoriaus apykaklę.

Perjungimo šakutė. Perjungimo šakutė laiko sinchronizatoriaus apykaklę.

Sankaba. Sankaba yra tarp variklio ir transmisijos pavarų dėžės. Kai sankaba yra atjungta, ji atjungia energijos srautą tarp variklio ir transmisijos pavarų dėžės. Šis maitinimo atjungimas leidžia varikliui toliau važiuoti, nors likusi automobilio pavara negauna jokios galios. Atjungus variklio galią nuo transmisijos, pavarų perjungimas yra daug lengvesnis ir apsaugo nuo pavarų dėžės pažeidimų. Štai kodėl, kai tik perjungiate pavaras, stumiate sankabos pedalą ir atjungiate sankabą.

Įjungus sankabą - koja atsilieka nuo pedalo - atstatoma galia tarp variklio ir transmisijos.

Kaip veikia rankinė transmisija

Taigi suveskime visa tai ir apžvelkime, kas vyksta, kai transporto priemonėje perjungiate pavaras. Pradėsime nuo automobilio užvedimo ir perjungimo į antrą pavarą.

Užvedę mechaninės pavarų dėžės automobilį, prieš pasukdami raktą, atjungiate sankaba nuspaudę sankabos pedalą. Tai atjungia energijos srautą tarp variklio įėjimo veleno ir transmisijos. Tai leidžia jūsų varikliui dirbti be galios suteikimo likusiai transporto priemonei.

Išjungus sankabą, jūs judinate Pavarų perjungimo svirtis į pirmą pavarą. Tai sukelia a perjungimo strypas transmisijos pavarų dėžėje perkelti persijungianti šakutė link pirmosios pavaros, kuri pritvirtinta prie išėjimo velenas per rutulinius guolius.

Ši pirmoji pavaros veleno pavara sujungta su pavara, kuri yra sujungta su a priešpriešinis velenas. Priešpriešinis velenas per pavarą jungiasi prie variklio įėjimo veleno ir sukasi tokiu pačiu greičiu kaip ir variklio įvesties velenas.

Prie besisukančios šakės pritvirtintas a sinchronizatoriaus apykaklė. Sinchronizatoriaus apykaklė daro du dalykus: 1) tvirtai pritvirtina važiuoklę prie išėjimo veleno, kad pavara galėtų tiekti galią išėjimo velenui, ir 2) užtikrina, kad pavara sinchronizuotųsi su išėjimo veleno greičiu.

Užfiksavus sinchronizatoriaus apykaklę su pirmąja pavara, pavara tvirtai sujungta su išėjimo velenu, o transporto priemonė dabar yra pavara.

Kad automobilis pajudėtų, šiek tiek paspaudžiate dujas (kurios sukuria daugiau variklio galios) ir lėtai nuimkite koją nuo sankabos (kuri įjungia sankabą ir vėl sujungia galią tarp variklio ir transmisijos pavarų dėžės).

Kadangi pirmoji pavara yra didelė, dėl to išėjimo velenas sukasi lėčiau nei variklio įvesties velenas, tačiau daugiau jėgos suteikia likusiai pavarai. Tai dėka pavarų santykiai.

Jei viską padarėte teisingai, automobilis lėtai pradės judėti į priekį.

Kai užvesite automobilį, norėsite važiuoti greičiau. Bet automobiliui važiuojant pirmąja pavara, jūs negalėsite važiuoti labai greitai, nes dėl pavaros santykio išėjimo velenas sukasi tam tikru greičiu. Jei dujinį pedalą grindytumėte automobiliu važiuodami pirmąja pavara, jūs tiesiog sukelsite variklio įsiurbimo veleną tikrai greitai (ir galbūt sugadinsite variklį), tačiau nematysite transporto priemonės greičio padidėjimo.

Norėdami padidinti išėjimo veleno greitį, turime perjungti antrąją pavarą. Taigi žengiame sankabą, kad atjungtume variklį ir transmisijos pavarų dėžę ir perjungtume antrą pavarą. Tai perjungia strypą su perjungimo šakute ir sinchronizatoriaus apykakle antrosios pavaros link. Sinchronizatoriaus apykaklė sinchronizuoja antrosios pavaros greitį su išėjimo velenu ir tvirtai pritvirtina prie išėjimo veleno. Išvesties velenas dabar gali suktis greičiau, be vargo įsišaknijusio veleno, kad pagamintų automobiliui reikalingą galią.

Likusias penkias pavaras reikia nuplauti, nuplauti ir pakartoti.

Atbulinė pavara yra išimtis. Skirtingai nuo kitų važiavimo pavarų, kai galite perjungti aukštyn visiškai nesustabdydami automobilio, perjunkite atbuline eiga, turite būti nejudantys. Taip yra dėl to, kad atbulinės eigos pavara nėra nuolat sujungta su pavara ant skaitiklio veleno. Norėdami įstumti atbulinės eigos pavarą į atitinkamą priešpriešinio veleno pavarą, turite įsitikinti, kad atvirkštinis velenas nejuda. Norėdami įsitikinti, kad priešpriešinis velenas nesisuka, turite visiškai sustabdyti automobilį.

Žinoma, galite priversti važiuojantį pirmyn automobilį įjungti atbulinės eigos pavarą, tačiau jis nuskambės ir nesijaus gražus, todėl galite padaryti daug žalos transmisijai.

Dabar, kai tik paversite automobilį į pavarą, žinosite, kas vyksta po variklio dangčiu. Kitas: automatinės pavarų dėžės.