Hammaspyörä 101: Käsivaihteiston ymmärtäminen

{h1}

Tervetuloa takaisin Hammaspyörä 101 - sarja perusasioista, miten autot toimivat siellä oleville autojen uusisoluille.


Koska luit Manlinessin taiteen, osaat ajaa keppiä. Mutta tiedätkö, mitä tapahtuu konepellin alla aina vaihdettaessa vaihteita?

Ei?


No, tänään on onnekas päiväsi!

Tässä Gearhead 101 -versiossa tarkastelemme manuaalivaihteiston toimintaa. Kun olet lukenut tämän teoksen, sinulla on oltava perustiedot tästä tärkeästä osasta ajoneuvosi voimansiirrossa.


Käännetään hihat ylös ja aloitetaan.

Huomaa: Ennen kuin luet lähetyksen toiminnan, suosittelen, että tutustut Gearhead 101 -laitteeseemme moottoreiden sisään- ja ulospäin ja voimansiirrot.


Mitä lähetykset tekevät

Ennen kuin käsittelemme manuaalivaihteiston toimintaa, puhutaanpa siitä, mitä lähetykset yleensä tekevät.

Kuten meidän pohjustus siitä, miten auton moottori toimii, ajoneuvosi moottori luo pyörivän voiman. Auton siirtämiseksi meidän on siirrettävä tämä pyörimisvoima pyöriin. Näin auton voimansiirto - johon osa voimansiirtoa kuuluu - toimii.


Mutta polttomoottorin tuottamassa tehossa on pari ongelmaa. Ensinnäkin se tuottaa käyttökelpoista tehoa tai vääntömomenttia vain tietyllä moottorin kierrosnopeusalueella (tätä aluetta kutsutaan moottorin tehoalueeksi). Mene liian hitaasti tai liian nopeasti, etkä saa optimaalista vääntömomenttia saadaksesi auton liikkumaan. Toiseksi, autot tarvitsevat usein enemmän tai vähemmän vääntöä kuin mitä moottori pystyy tarjoamaan optimaalisesti tehoalueellaan.

Toisen ongelman ymmärtämiseksi sinun on ymmärrettävä ensimmäinen ongelma. Ensimmäisen ongelman ymmärtämiseksi sinun on ymmärrettävä ero moottorin välillä nopeus ja moottori vääntömomentti.


Moottorin kierrosluku on nopeus, jolla moottorin kampiakseli pyörii. Tämä mitataan kierrosta minuutissa (RPM).

Moottorin vääntömomentti on kuinka suuri kiertovoima moottori tuottaa akselillaan tietylle pyörimisnopeudelle.


Automekaanikko antoi tämän mukavan analogian ymmärtääksesi moottorin kierrosluvun ja vääntömomentin välisen eron:

Kuvittele, että olit moottori ja yrität ajaa naulaa seinään:

Nopeus = Kuinka monta kertaa lyöt naulapäätä minuutissa.

Vääntömomentti = kuinka kovaa lyöt naulaan joka kerta.

Ajattele takaisin edelliseen kertaan, kun olit lyönyt nauloja. Jos vasarat todella nopeasti, huomaat todennäköisesti, ettet löytänyt kynsiä suurella voimalla. Lisäksi olet todennäköisesti uupunut itsesi niin paljon kiihkeästä heilumisesta.

Toisaalta, jos käytit aikaa jokaisen keinu välillä, mutta varmista, että jokainen tekemäsi keinu on mahdollisimman vaikea, ajaisit naulan sisään vähemmän keinuilla, mutta se voi viedä sinut vähän kauemmin, koska et ole heiluu tasaisessa tahdissa.

Ihannetapauksessa löydät vasaran vauhdin, jonka avulla voit lyödä naulapäätä useita kertoja hyvällä voimalla jokaisella keinulla väsymättä itseäsi. Ei liian nopeasti, ei liian hitaasti, mutta vain oikein.

Haluamme, että automme moottori tekee saman. Haluamme, että se pyörii nopeudella, joka antaa tarvittavan vääntömomentin toimimatta niin kovasti, että se tuhoaa itsensä. Tarvitsemme moottorin pysymään tehoalueellaan.

Jos moottori pyörii tehoalueensa alapuolella, sinulla ei ole tarvittavaa momenttia auton eteenpäin viemiseen. Jos se ylittää tehoalueensa, vääntömomentti alkaa pudota ja moottori alkaa kuulostaa siltä, ​​että se on murtumassa stressin takia (ikään kuin mitä tapahtuu, kun yrität lyödä liian nopeasti - lyöt naulaa pienemmällä teholla ja saat todella, todella väsynyt). Jos olet pyörittänyt moottoriasi, kunnes kierroslukumittari muuttuu punaiseksi, ymmärrät tämän käsitteen viskeraalisesti. Moottorisi kuulostaa olevan kuolemassa, mutta et liiku nopeasti.

Okei, joten ymmärrät, että ajoneuvo on pidettävä käynnissä tehoalueellaan, jotta se toimii tehokkaasti.

Mutta tämä johtaa meidät toiseen ongelmaan: autot tarvitsevat enemmän tai vähemmän vääntöä tietyissä tilanteissa.

Esimerkiksi kun käynnistät auton pysähdyksissä, tarvitset paljon voimaa tai vääntömomenttia saadaksesi ajoneuvon liikkeelle. Jos lattiaat kaasupoljinta, saat moottorin kampiakselin pyöriä todella nopeasti, jolloin moottori menee huomattavasti tehoalueensa yläpuolelle ja mahdollisesti tuhoutuu itse prosessin aikana. Ja potkuri on, ettet edes liikuta autoa niin paljon, koska vääntömomentti putoaa moottorille, kun se ylittää tehoalueensa. Tässä tilanteessa tarvitsemme paljon enemmän vääntömomenttia, mutta sen saamiseksi meidän on uhrattava jonkin verran nopeutta.

Okei, entä jos painat vain kaasua pikkuhiljaa? No, se ei todennäköisesti aiheuta moottorin pyörimistä tarpeeksi nopeasti päästäkseen tehoalueelleensa, jotta se voi antaa vääntömomentin auton liikkeelle saamiseksi.

Katsotaanpa toinen tilanne: Oletetaan, että olet saanut auton liikkumaan todella nopeasti, kuten kun risteilet moottoritiellä. Sinun ei tarvitse lähettää niin paljon voimaa moottorista pyöriin, koska auto liikkuu jo nopeassa tahdissa. Pelkkä vauhti tekee paljon työtä. Joten voit antaa moottorin pyöriä suuremmalla nopeudella huolimatta yhtä paljon pyörille syötetystä tehosta. Tarvitsemme lisää kiertoa nopeus pyörille menossa, ja vähemmän pyörivä teho.

Tarvitsemme jonkinlaisen tavan kertoa moottorin tuottama teho tarvittaessa (aloittaessa pysähdyksistä, nousemasta mäkeä ylös jne.), Mutta myös pienentämällä moottorista lähetettyä tehoa, kun sitä ei tarvita ( alamäkeen tai todella nopeasti).

Syötä lähetys.

Vaihteisto varmistaa, että moottorisi pyörii optimaalisella nopeudella (ei liian hitaasti tai liian nopeasti) ja tarjoaa samalla pyörillesi oikean määrän voimaa, jota he tarvitsevat liikkua ja pysäyttää auton riippumatta tilanteesta, jossa olet.

Se pystyy välittämään tämän tehokkaan voimansiirron sarjan erikokoisilla vaihteilla, jotka hyödyntävät välityssuhdetta.

Välityssuhteet

Voimansiirron sisällä on sarja erikokoisia, hammastettuja vaihteita, jotka tuottavat vääntöä. Koska toistensa kanssa vuorovaikutuksessa olevat vaihteet ovat erikokoisia, vääntömomenttia voidaan lisätä tai vähentää muuttamatta moottorin pyörimisnopeutta niin paljon. Tämä johtuu välityssuhteista.

Välityssuhteet edustavat vaihteiden suhdetta toisiinsa kooltaan. Kun erikokoiset hammaspyörät verkkoutuvat yhteen, ne voivat pyöriä eri nopeuksilla ja tuottaa erilaisia ​​tehoja.

Tarkastellaan tätä selittävänä olevaa vaihteiden versiota toiminnassa. Oletetaan, että sinulla on 10-hampainen syöttövaihde (syöttövaihteella tarkoitan voimaa tuottavaa vaihdetta), joka on kytketty suurempaan lähtöön, jossa on 20 hampaita (lähtövaihteella tarkoitan vaihdetta, joka saa virtaa). Kierrä tätä 20-hammastettua vaihdetta kerran, 10-hammastetun vaihteen on käännettävä kahdesti, koska se on puolet suurempi kuin 20-hammastettu. Tämä tarkoittaa, että vaikka 10-hampainen vaihde pyörii nopeasti, 20-hampainen vaihde pyörii hitaasti. Ja vaikka 20-hampainen vaihde pyörii hitaammin, se tuottaa enemmän voimaa tai voimaa, koska se on suurempi. Suhde tässä järjestelyssä on 1: 2. Tämä on pieni välityssuhde.

Tai sanotaan, että kaksi toisiinsa liitettyä vaihdetta ovat samankokoisia (10 ja 10 hammasta). He molemmat pyörivät samalla nopeudella ja molemmat toimittivat saman määrän virtaa. Välityssuhde on tässä 1: 1. Tätä kutsutaan 'suora käyttö' -suhteeksi, koska nämä kaksi vaihdetta siirtävät saman määrän tehoa.

Tai sanotaan, että syöttövaihde oli suurempi (20 hammasta) ja lähtölaite pienempi (10 hammasta). Kierrä 10-hammastettua vaihdetta kerran, 20-hammastetun tarvitsee vain kääntyä puoliväliin. Tämä tarkoittaa, että vaikka 20-hampainen syöttövaihde pyörii hitaasti ja voimakkaammin, 10-hampainen lähtövaihteisto pyörii nopeasti ja tuottaa vähemmän virtaa. Välityssuhde on tässä 2: 1. Tätä kutsutaan suureksi välityssuhteeksi.

Palataan tämä käsite takaisin lähetyksen tarkoitukseen.

Alla on kaavio virrasta, kun 5-vaihteisen manuaalivaihteiston eri vaihteet ovat kytkettyinä.

Välityssuhde manuaalivaihteiston kuvassa.

Ensimmäinen vaihde. Se on voimansiirron suurin vaihde ja yhdistetty pienellä vaihteella. Tyypillinen välityssuhde, kun auto on ensimmäisellä vaihteella, on 3,166: 1. Kun ensimmäinen vaihde on kytketty, hidas nopeus, mutta suuri teho. Tämä välityssuhde on hyvä aloittamaan auto paikallaan.

Toinen vaihde. Toinen vaihde on hieman pienempi kuin ensimmäinen vaihde, mutta silti se on pienempi. Tyypillinen välityssuhde on 1,882: 1. Nopeutta lisätään ja teho laskee hieman.

Kolmas vaihde. Kolmas vaihde on hieman pienempi kuin toinen, mutta silti pienempi vaihde. Tyypillinen välityssuhde on 1.296: 1.

Neljäs vaihde. Neljäs vaihde on hieman pienempi kuin kolmas. Monissa ajoneuvoissa, kun auto on neljännellä vaihteella, lähtöakseli liikkuu samalla nopeudella kuin tuloakseli. Tätä järjestelyä kutsutaan 'suoraksi ajamiseksi'. Tyypillinen välityssuhde on 0,972: 1

Viides vaihde. Ajoneuvoissa, joissa on viides vaihde (kutsutaan myös 'overdrive'), se on kytketty huomattavasti suurempaan vaihteeseen. Tämän ansiosta viides vaihde voi pyöriä paljon nopeammin kuin voimaa tuottava vaihde. Tyypillinen välityssuhde on 0,78: 1.

Manuaalivaihteiston osat

Osat manuaalivaihteiston kuvasta.

Joten sinulla on jo nyt oltava peruskäsitys vaihteiston tarkoituksesta: se varmistaa, että moottorisi pyörii optimaalisella nopeudella (ei liian hitaasti eikä liian nopeasti) ja tarjoaa samalla pyörillesi oikean määrän voimaa, jota he tarvitsevat liikkua ja pysähtyä autosta riippumatta tilanteesta, jossa olet.

Tarkastellaan lähetyksen osia, jotka mahdollistavat tämän tapahtua:

Syöttöakseli. Syöttöakseli tulee moottorista. Tämä pyörii samalla nopeudella ja moottorin teholla.

Akseli. Laskiakseli (alias layshaft) istuu juuri lähtöakselien alapuolella. Akseli kytkeytyy suoraan syöttöakseliin kiinteän nopeusvaihteen kautta. Aina kun akseli pyörii, niin myös akseli pyörii ja samalla nopeudella kuin tuloakseli.

Syöttöakselilta virtaa ottavan vaihteen lisäksi vastakkaisella akselilla on myös useita vaihteita, yksi kutakin auton 'vaihdetta' varten (1.-5.), Mukaan lukien peruutus.

Lähtöakseli. Lähtöakseli kulkee yhdensuuntaisesti akselin yläpuolella. Tämä on akseli, joka toimittaa voimaa muulle voimansiirrolle. Lähtöakselin toimittaman tehon määrä riippuu siitä, mitkä vaihteet on kytketty siihen. Lähtöakselissa on vapaasti pyörivät hammaspyörät, jotka on kiinnitetty siihen kuulalaakereilla. Lähtöakselin nopeus määräytyy sen mukaan, mikä viidestä vaihteesta on vaihteessa vai kytketty.

1.-5. Vaihdetta. Nämä ovat hammaspyörät, jotka on asennettu akselille laakereiden avulla ja jotka määräävät, missä 'vaihteessa' autosi on. Kumpikin näistä hammaspyöristä on jatkuvasti kiinni yhdellä vaihteiston akselilla olevista vaihteista ja pyörii jatkuvasti. Tämä jatkuvasti sekoitettu järjestely on se, mitä näet synkronoiduissa vai vakioverkkolähetyksissä, joita useimmat nykyaikaiset ajoneuvot käyttävät. (Selvitämme, kuinka kaikki vaihteet voivat aina pyöriä, kun vain yksi niistä tosiasiallisesti tuo voimaa voimansiirtoon täällä.)

Ensimmäinen vaihde on suurin vaihde, ja vaihteet pienenevät vähitellen, kun saavut viidenteen vaihteeseen. Muista, välityssuhteet. Koska ensimmäinen vaihde on isompi kuin siihen kytketty vaihteistoakselin hammaspyörä, se voi pyöriä hitaammin kuin tuloakseli (muista, että akseli liikkuu samalla nopeudella kuin tuloakseli), mutta antaa enemmän tehoa lähtöakselille. Kun siirryt ylöspäin vaihteilla, välityssuhde pienenee, kunnes tulet siihen pisteeseen, että tulo- ja lähtöakselit liikkuvat samalla nopeudella ja tuottavat saman määrän tehoa.

Välipyörä. Välipyörävaihde (jota joskus kutsutaan peruutusvaihteeksi) istuu lähtöakselin peruutusvaihteen ja vastapäivän vaihteen väliin. Joutokäynnin vaihde on se, mikä antaa autollesi mahdollisuuden ajaa taaksepäin. Peruutusvaihde on ainoa synkronoidussa vaihteistossa oleva vaihteisto, jota ei aina ole tunkeutunut tai pyöritetty akselivaihteella. Se liikkuu vain, kun vaihdat ajoneuvon peruutusvaihteeseen.

Synkronointikaulukset / hihat. Suurimmalla osalla nykyaikaisista ajoneuvoista on synkronoitu voimansiirto, mikä tarkoittaa, että vaihteet, jotka antavat voimaa lähtöakselille, ovat jatkuvasti ristikkäin akselilla olevilla hammaspyörillä ja pyörivät jatkuvasti. Mutta saatat ajatella: 'Kuinka kaikki viisi vaihdetta voidaan jatkuvasti yhdistää ja pyöriä jatkuvasti, mutta vain yksi näistä vaihteista tuottaa virtaa lähtöakselille?'

Toinen asia, joka tulee vaihteiden aina pyöriessä, on se, että vetopyörä pyörii usein eri nopeudella kuin lähtöakseli, johon vaihde on kytketty. Kuinka synkronoidaan vaihde, joka pyörii eri nopeudella kuin lähtöakseli, ja sujuvalla tavalla, joka ei aiheuta paljon jauhamista?

Vastaus molempiin kysymyksiin: synkronointikaulukset.

Kuten edellä mainittiin, hammaspyörät 1-5 asennetaan lähtöakselille kuulalaakereiden kautta. Tämä sallii kaikkien vaihteiden vapaan pyörimisen samanaikaisesti moottorin käydessä. Yhden näistä vaihteista kytkemiseksi meidän on liitettävä se tiukasti lähtöakseliin, joten teho toimitetaan lähtöakselille ja sitten muulle voimansiirrolle.

Jokaisen vaihteen välissä on renkaat, joita kutsutaan synkronointikauluksiksi. Viisivaihteisella vaihteistolla on kaulus 1. ja 2. vaihteen, 3. ja 4. vaihteen sekä 5. ja peruutusvaihteen välillä.

Aina kun vaihdat auton vaihteelle, synkronointikaulus siirtyy käyttövaihteelle, jonka haluat kytkeä. Vaihteiston ulkopuolella on sarja kartion muotoisia hampaita. Synkronointikauluksessa on urat näiden hampaiden hyväksymiseksi. Erinomaisen koneenrakennuksen ansiosta synkronointikaulus voi kytkeytyä vaihteeseen, jossa on hyvin vähän melua tai kitkaa, vaikka vaihde liikkuu, ja synkronoida vaihteen nopeuden syöttöakselin kanssa. Kun synkronointikaulus on yhdistetty käyttölaitteeseen, kyseinen käyttölaite tuottaa voimaa lähtöakselille.

Aina kun auto on 'neutraali', mitään synkronointikauluksista ei ole kiinni ajovälineillä.

Synkronointikaulukset ovat myös visuaalisesti helpompi ymmärtää. Tässä on lyhyt pieni leike, joka tekee hyvää työtä selittääkseen mitä tapahtuu (alkaa noin 1:59 merkistä):

Vaihdekeppi. Vaihteenvaihto on se, mitä siirrät auton vaihdetta varten.

Vaihdetanko. Vaihdetangot liikuttavat synkronointikauluksia kohti vaihdetta, jonka haluat kytkeä. Useimmissa viiden nopeuden ajoneuvoissa on kolme vaihdetankoa. Vaihdetangon toinen pää on kytketty vaihteeseen. Siirtotangon toisessa päässä on siirtohaarukka, joka pitää synkronointikaulusta.

Vaihdehaarukka. Vaihtohaarukka pitää tahdistimen kauluksen.

Kytkin. Kytkin on moottorin ja vaihteiston vaihteiston välissä. Kun kytkin irrotetaan, se katkaisee virran moottorin ja vaihteiston välillä. Tämän virran katkaisun ansiosta moottori voi jatkaa toimintaansa, vaikka auton muulle voimansiirrolle ei tule mitään tehoa. Kun moottorin teho on irrotettu vaihteistosta, vaihteiden vaihto on paljon helpompaa ja estää vaihteiden vaurioitumisen. Siksi, kun vaihdat vaihdetta, työnnät kytkinpoljinta ja vapautat kytkimen.

Kun kytkin on kytketty - jalkasi irtoaa polkimelta - moottorin ja voimansiirron välinen teho palautuu.

Kuinka manuaalivaihteistot toimivat

Joten kootaan tämä kaikki yhteen ja käydään läpi mitä tapahtuu, kun vaihdat vaihdetta ajoneuvossa. Aloitamme aloittamalla auton ja vaihtamalla toiseen vaihteeseen.

Kun käynnistät manuaalivaihteiston auton, kytket auton pois päältä ennen avaimen kääntämistä kytkin painamalla kytkinpoljin alas. Tämä katkaisee moottorin syöttöakselin ja voimansiirron välisen virran. Tämä antaa moottorin käydä toimittamatta virtaa muulle ajoneuvolle.

Kun kytkin on irrotettu, siirrät vaihdekeppi ensimmäiseen vaihteeseen. Tämä aiheuttaa a siirtotanko vaihdelaatikon vaihdelaatikossa siirtääksesi haarukka kohti ensimmäistä vaihdetta, joka on asennettu lähtöakseli kuulalaakereiden kautta.

Tämä lähtöakselin ensimmäinen vaihde on yhdistetty hammaspyörään, joka on kytketty a akseli. Laskiakseli kytkeytyy moottorin syöttöakseliin vaihteella ja pyörii samalla nopeudella kuin moottorin syöttöakseli.

Haarukkaan on kiinnitetty a synkronointikaulus. Synkronointikauluksessa on kaksi asiaa: 1) se kiinnittää voimansiirtoyksikön tukevasti lähtöakseliin, jotta vaihde voi syöttää voimaa lähtöakselille, ja 2) varmistaa, että vaihde synkronoituu lähtöakselin nopeuteen.

Kun synkronointikaulus on yhdistetty ensimmäiseen vaihteeseen, vaihde on kytketty tiukasti lähtöakseliin, ja ajoneuvo on nyt vaihde.

Saadaksesi auton liikkumaan, paina hieman bensiiniä (mikä lisää moottorin tehoa) ja otat jalkasi hitaasti kytkimestä (joka kytkee kytkimen ja yhdistää virran moottorin ja vaihteiston välillä).

Koska ensimmäinen vaihde on suuri, se saa akselin pyörimään hitaammin kuin moottorin syöttöakseli, mutta antaa enemmän voimaa muulle voimansiirrolle. Tämä on kiitos välityssuhteet.

Jos olet tehnyt kaiken oikein, auto alkaa hitaasti eteenpäin.

Kun olet saanut auton käyntiin, haluat mennä nopeammin. Mutta kun auto on ensimmäisellä vaihteella, et voi mennä kovin nopeasti, koska välityssuhde saa lähtöakselin kääntymään tietyllä nopeudella. Jos lattiat kaasupoljinta auton ollessa ensimmäisellä vaihteella, saat vain moottorin syöttöakselin pyöriä todella nopeasti (ja vahingoittaa mahdollisesti moottoria prosessin aikana), mutta et näe ajoneuvon nopeuden kasvua.

Lähtöakselin nopeuden lisäämiseksi meidän on vaihdettava toiseen vaihteeseen. Joten astumme kytkimeen katkaistaksemme moottorin ja vaihteiston välisen virran ja vaihdaksemme toiseen vaihteeseen. Tämä siirtää vaihdetangon, jossa on vaihtohaarukka ja synkronointikaulus, kohti toista vaihdetta. Synkronointikaulus synkronoi toisen vaihteen nopeuden lähtöakseliin ja kiinnittää sen tukevasti lähtöakseliin. Lähtöakseli voi nyt pyöriä nopeammin ilman, että moottorin syöttöakseli pyöri kiihkeästi auton tarvitseman tehon tuottamiseksi.

Loput viisi vaihdetta huuhtele, pese ja toista.

Peruutusvaihde on poikkeus. Toisin kuin muut ajonvaihteet, joissa voit vaihtaa ylös pysäyttämättä autoa kokonaan, vaihdettaessa taaksepäin sinun on oltava pysähdyksissä. Tämä johtuu siitä, että peruutusvaihdetta ei ole jatkuvasti kiristetty vaihteella vasta-akselilla. Liu'uta peruutusvaihde vastaavaan akselivaihteistoon, varmista, että akseli ei liiku. Jotta akseli ei pyöri, sinun on pysäytettävä auto kokonaan.

Toki, voit pakottaa eteenpäin liikkuvan auton peruutusvaihteelle, mutta se ei kuulosta eikä tunnu hyvältä, ja saatat vahingoittaa voimansiirtoa.

Nyt, kun vaihdat auton vaihteelle, tiedät mitä tapahtuu konepellin alla. Seuraavaksi: automaattivaihteistot.