A A A

Skrzynka biegów

Zastosowanie skrzynki biegów w samochodzie umożliwia zmianę przełożenia pomiędzy wałem korbowym silnika a kołami napędzającymi samochodu. Przez zmianę przełożenia w skrzynce biegów możemy zmieniać w dużym zakresie siłę napędową na kołach samochodu i dostosować ją do oporów jazdy samochodu. Skrzynka biegów przykręcona jest do obudowy sprzęgła i znajduje się pomiędzy sprzęgłem a wałem napędowym.

Zastanówmy się, dlaczego każdy samochód napędzany silnikiem spalinowym musi mieć skrzynkę biegów?

Zaobserwujemy, co dzieje się w czasie jazdy samochodem, jeśli zjedziemy z dobrej drogi na boczną, piaszczystą, która staje się stopniowo coraz trudniejsza do przebycia.

Przy całkowitym otwarciu przepustnicy samochód na dobrej drodze rozwijał dużą szybkość. W miarę zaś gdy droga staje się coraz gorsza, siła napędowa, występująca na kołach samochodu, nie jest w stanie pokonać zwiększających się oporów jazdy.

Jeżeli jeszcze do tego droga prowadzić będzie pod górę, to mimo całkowitego naciśnięcia pedału przyspieszenia, samochód zacznie zwalniać, a w końcu zatrzyma się.

Inne będą opory i warunki jazdy na równej, prostej autostradzie, a inne na piaszczystej drodze. Większej siły napędowej na kołach potrzeba do ruszenia samochodu z miejsca, a mniejszej, jeżeli samochód jest już rozpędzony. Takie dostosowywanie siły napędowej na kołach do zmieniających się oporów jazdy uzyskujemy za pomocą skrzynki biegów.

Aby lepiej zrozumieć przeznaczenie i działanie skrzynki biegów, posłużymy się następującymi przykładami.

Leżącego na ziemi głazu, ważącego np. 200 kG, nie można podnieść siłą ludzkich mięśni. Za pomocą odpowiednio długiej belki ten sam człowiek z łatwością podniesie nawet jeszcze cięższy głaz, Jest to możliwe dzięki odpowiedniemu podstawieniu trójkątnej podpórki. Im podpórka będzie bliżej głazu, tym lżejsza będzie praca człowieka. Przez zastosowanie takiej dźwigni zyskać można na sile, ale traci się na drodze, ponieważ ręce człowieka wykonać muszą znacznie dłuższy ruch, niż wynosi wysokość uniesionego głazu.

Inny przykład zastosowania dźwigni pokazano na rysunku V-13. Załóżmy, że średnica koła A jest dwa razy mniejsza niż średnica koła B. Ażeby koło B wykonało jeden pełny obrót musimy obrócić korbkę A dwukrotnie. Wynika stąd, że tracimy w ten sposób na drodze (szybkości). Wiemy jednak, że zyskujemy dzięki temu z pewnością na sile, to znaczy, że wywierając na korbkę nacisk, powiedzmy 10 kG, moglibyśmy podnieść do góry ciężar 20 kG (umocowany na końcu f ramienia takiej samej korbki osadzonej na wale koła zębatego B). W ten sposób zawsze, gdy ruch obrotowy przenoszony jest z mniejszego koła zębatego na większe, następuje zmniejszenie liczby obrotów koła większego i powiększenie siły na jego obwodzie. Łatwo jest przy tym obliczyć ile razy ma-leje ilość obrotów i wzrasta jednocześnie siła. Wystarczy obliczyć w tym celu ilość zębów każdego koła i liczbę większą podzielić przez mniejszą. Gdy więc np. małe koło ma 18 zębów, duże zaś 36, wówczas po podzieleniu 36 przez 18 otrzymamy 36 : 18 = 2. Otrzymana liczba nazywa się przełożeniem kół zębatych. Liczba ta wskazuje, że większe koło będzie się obracało dwa razy wolniej niż mniejsze.

W opisanym powyżej przykładzie zastosowaliśmy jedną parę kół zębatych. Przy zastosowaniu dwóch par kół zębatych uzyskamy przekładnię dwustopniową.

Stosunek przełożenia każdej pary kół zębatych wynosi np. 2. Napęd przeniesiony zostaje z wałka sprzęgłowego (od silnika) za pośrednictwem kół zębatych i i 2 na wałek pośredni. Jak wiem z poprzedniego przykładu, przy przełożeniu dwustopniowej przekładni zębatej 2 wałek będzie się obracał dwa razy wolniej od wałka sprzęgłowego. Z kolei napęd z wałka pośredniego zostaje przeniesiony przez koła 3 i 4 na wałek główny, który będzie się obracać znowu dwukrotnie wolniej. W wyniku ostatecznym, prędkość obrotowa wałka głównego zmniejszy się w porównaniu z wałkiem sprzęgłowym czterokrotnie. Również czterokrotnie wzrośnie siła napędowa na wałku głównym. Opisana przekładnia jest właśnie najprostszą skrzynką biegów.

Zanim rozpatrzymy działanie skrzynki biegów na poszczególnych przekładniach musimy zapoznać się z nazwami części i budową samochodowej skrzynki biegów, pokazanej na rysunku V-15. Skrzynka ta ma trzy przełożenia do jazdy w przód oraz bieg wsteczny. 

Należy zwrócić uwagę na ważny szczegół budowy: wałek sprzęgłowy nie tworzy jednej całości z wałkiem głównym, mimo że leżą na jednej osi. Na pokazanym rysunku V-15 częściowym przekroju wałka sprzęgłowego widać, że wałek główny jest tylko wsunięty i ułożyskowany w otworze wałka sprzęgłowego.

Dwa koła zębate na wałku głównym są przesuwane przez widełki. Zawieszone na wodzikach widełki przesuwane są wraz z wodzikami przez dolną część dźwigni zmiany biegów.

Po uruchomieniu silnika (rys. V-16), obracające się koło zębate wałka sprzęgłowego napędza zespół kół zębatych na wałku pośrednim. Zespół kół zębatych na wałku pośrednim obraca się zawsze razem z wałkiem sprzęgłowym. Zwróćmy uwagę na to, że koło zębate wałka sprzęgłowego jest bardzo małe, a zazębione z nim pierwsze koła zębate wałka pośredniego — duże. Uzyskamy tu przełożenie, ale jeszcze nie wykorzystane, ponieważ napęd z kół zębatych wałka pośredniego nie został jeszcze nigdzie przeniesiony.

Po uprzednim wyłączeniu sprzęgła przez naciśnięcie pedału, włączamy dźwignią zmiany biegów pierwszy bieg. Trzecie koło zębate wałka pośredniego przenosi napęd na większe koło zębate wałka głównego. W ten sposób dwukrotnie uzyskaliśmy zmniejszenie liczby obrotów: przez pierwsze przełożenie pomiędzy wałkiem sprzęgłowym a pierwszym kołem zębatym wałka pośredniego oraz przez drugie przełożenie pomiędzy kołem trzecim wałka pośredniego a wałkiem głównym. Ponieważ całkowite przełożenie, uzyskane przez zastosowanie kilku biegów przy włączeniu biegu drugiego, trzeciego (bezpośredniego) przekładni, jest iloczynem przełożeń poszczególnych przekładni, wał korbowy silnika będzie się obracać bardzo prędko, a wał napędowy bardzo powoli.

Znowu wyłączamy sprzęgło i dźwignią zmiany biegów włączamy drugi bieg. Teraz wałek główny nie będzie się już obracał tak wolno, jak przy włączonym pierwszym biegu, ponieważ napęd z drugiego koła zębatego wałka pośredniego przekazywany jest na mniejsze przesuwne koło zębate na wałku głównym. Duże przełożenie pomiędzy wałkiem sprzęgłowym a pierwszym kołem zębatym na wałku pośrednim powoduje jednak, że obroty wału korbowego silnika są wyższe niż obroty wału napędowego.

Przy włączeniu biegu trzeciego, dźwignia zmiany biegów przesunęła wodziki z widełkami, widełki przesunęły mniejsze koło zębate na wałku głównym w stronę wałka sprzęgłowego. Zęby wewnętrzne w przesuniętym kole zębatym nasunęły się na występy koła zębatego wałka sprzęgłowego. W ten sposób wałek główny został połączony bezpośrednio z wałkiem sprzęgłowym. Jest to tzw. bieg bezpośredni: obroty silnika i wału napędowego są teraz jednakowe (zauważmy, że zespół kół zębatych na wałku pośrednim stale się obraca, właściwie zupełnie bezużytecznie).

Jeżeli skrzynka biegów ma więcej przełożeń, to działa również na tej samej zasadzie, z tym że na każdy dalszy bieg ma po jednej parze kół zębatych; jedno koło na wałku pośrednim, a drugie przesuwne na wałku głównym.

W jaki sposób uzyskać odwrotne obroty wału napędowego, czyli bieg wsteczny? Jeżeli dwa koła są bezpośrednio zazębione, to kierunek ich obrotów jest przeciwny, np. koło 1 obraca się w lewą, a koło 2 w prawą stronę. Wystarczy pomiędzy te dwa koła wstawić trzecie koło, aby kierunek obrotów koła 2 był przeciwny niż poprzednio, lecz zgodny z kierunkiem obrotów koła 1.

Po włączeniu biegu wstecznego większe, przesuwne koło zębate na wałku głównym zazębi się z dodatkowym kołem zębatym biegu wstecznego.

To dodatkowe koło biegu wstecznego ułożyskowane jest w obudowie skrzynki biegów i stale zazębione z czwartym kołem na wałku pośrednim.

W celu zapamiętania ruchów dźwigni zmiany biegów, warto zauważyć, że większe, przesuwne koło zębate na wałku głównym włącza dwa biegi: pierwszy i wsteczny. Mniejsze koło przesuwne na wałku głównym, włącza również dwa biegi: drugi i trzeci.

Opisana skrzynka biegów należy do najprostszego typu, gdyż zastosowane w niej koła zębate mają zęby proste, a włączanie biegów odbywa się przez przesuwanie kół zębatych po wielopuście wałka głównego.

Są również skrzynki biegów, w których koła zębate mają zęby skośne i włączane są przez przesuwanie po skośnie naciętym wielopuście wałka głównego (np. MOSKWICZ).

Większość samochodów osobowych (np. FSO Warszawa, SKODA Octavia) ma urządzenie ułatwiające zmianą biegów. Urządzenia te nazywamy synchronizatorami, stosowanymi zazwyczaj dla dwóch najwyższych biegów. Istnieją jednak skrzynki biegów, w których wszystkie biegi są synchronizowane.

Samoczynnemu wyłączeniu zazębionych kół zębatych zapobiega specjalny zatrzask, który unieruchamia przesunięty wodzik.

Dźwignia zmiany biegów umieszczona jest przeważnie pod kołem kierownicy, choć może być również umieszczona obok siedzenia kierowcy lub w tablicy rozdzielczej. Poszczególne położenia dźwigni zmiany biegów przy włączaniu biegów są podawane w każdej instrukcji obsługi.

Umieszczenie dźwigni zmiany biegów pod kołem kierownicy wymaga zastosowania układu cięgieł i dźwigni sterujących wodzikami w skrzynce biegów.

Nadmierne luzy na złączach i przegubach cięgieł mogą znacznie utrudnić płynne włączanie biegów.

Na końcówce wałka głównego, na zewnątrz skrzynki biegów, znajduje się przekładnia ślimakowa napędzająca linkę szybkościomierza i licznika kilometrów.

Skrzynka biegów jest szczelnie zamknięta i ma dwa otwory wlewowe oleju zamknięte korkami. Do skrzynki biegów stosuje się specjalne oleje ¡przekładniowe.