Polityka prywatności - poznaj szczegóły » [ X ]
PODZIEL SIĘ


OCEŃ
2.5

Skrzynia biegów: Ząb za ząb

Nieważne, czy właśnie wykręcasz życiowy czas na torze, czy jedziesz po wertepach – w 99,99% przypadków nie myślisz o tym, co się dzieje wewnątrz skrzyni biegów. A tam ciągle coś się kręci, przesuwa, uderza, stuka…   

skrzynia biegów, zmiana biegów

Krótki ruch lewą stopą – klik! – jedynka wbita, jedziemy! Ale jak to się dzieje, że w ułamku sekundy koło zębate kolejnego biegu znajduje się na swojej pozycji? Jaką masz gwarancję, że w pośpiechu nie zrzucisz trzech biegów naraz, co i dla skrzyni biegów, i dla jeźdźca miałoby opłakane skutki? I jeszcze jedno: jak zębatki są w stanie wytrzymać brutalną moc silnika w połączeniu z niedbałą zmianą biegów? Wyjaśnijmy to na przykładzie tradycyjnej, kłowej skrzyni biegów.

Jedynka zapięta, więc maksymalny moment obrotowy zapewnia olbrzymie przyspieszenie. Krótko przed czerwonym polem na obrotomierzu przymykasz gaz, wciskasz klamkę sprzęgła i wrzucasz dwójkę. Wykonując tę czynność, przesuwasz dźwignię zmiany biegów o około 30 mm w górę (w konfi guracji wyścigowej w dół). Zawodowcy potrzebują na to 0,15 s – mówimy tu o czasie od wysprzęglenia do ponownego otwarcia gazu na wyższym biegu. Sama zmiana biegu zajmuje około 0,1 s, podczas których zębatka jedynki jest przesuwana ze swojej pozycji, a następnie zębatka drugiego biegu jest przesuwana o około 6 mm wzdłuż osi wałka, na którym jest zamocowana. Tak by kły pewnie wskoczyły w odpowiednie miejsce.

Aby zamienić ruch obrotowy dźwigienki zmiany biegów w liniowe przesunięcie kół zębatych, potrzebnych jest kilka kroków. Na początku ruch obrotowy dźwigni musi być przeniesiony na wałek sterujący pracą wodzików. I tu pojawiają się trzy możliwości – można to uzyskać za pomocą kolejnej przekładni zębatej, systemu dźwigni lub mechanizmu zapadkowego. W każdym z tych rozwiązań zastosowano mechanizm, który pozwala wałkowi przełączającemu przekręcić się o określony kąt, a potem pozwolić wrócić dźwigni do pozycji wyjściowej. Wyfrezowane w wałku zmiany biegów rowki zamieniają jego ruch obrotowy w ruch liniowy wodzików, które przesuwają koła zębate na właściwe pozycje.

Liczy się czas

Ponieważ podczas zmiany biegów zawsze liczy się czas, opory tarcia i bezwładność ruchu elementów wydłużają zmianę przełożenia. W maszynach sportowych i wyścigowych ani jedno, ani drugie nie jest mile widziane, bo przerwy w przekazywaniu napędu z silnika na tylne koło wprowadzają nerwowość w prowadzeniu motocykla, co przekłada się na straty ułamków sekund na okrążeniu. Dlatego w wyczynowych silnikach sportowych mechanizm przełączający oraz wałek zmiany biegów obracają się w łożyskach igiełkowych lub kulkowych, żeby jak najbardziej obniżyć opory tarcia. W maszynach wyścigowych pracujące na łożyskach igiełkowych wodziki mają precyzyjnie wykonane głowice kulowe, przesuwające się w rowkach wałka zmiany biegów.

W dużym skrócie: im niższa masa poszczególnych elementów pracujących w skrzyni biegów, tym mniejsza ich bezwładność. Dlatego stalowe wałki zmiany biegów są mocno odchudzane, na przykład za pomocą frezowania. W sporcie stosuje się również elementy wykonane ze stopów aluminium. Wałek jest obracany do odpowiedniej pozycji za pomocą tzw. gwiazdy wybieraka. Jej zadanie polega na tym, by przekręcić wałek o ściśle określony kąt i unieruchomić go w tej pozycji. Uzyskuje się to dzięki zastosowaniu odpowiedniego profilu krzywki i specjalnej rolce utrzymującej krzywkę w określonej pozycji (patrz zdjęcia z prawej strony na górze).

Zdawczy i sprzęgłowy

Skrzynia biegów składa się z tzw. wałka sprzęgłowego, na którego końcu jest zamocowane sprzęgło i na który jest przekazywany moment z silnika, oraz z wałka zdawczego z zębatką, który przekazuje napęd łańcuchem na tylne koło.

Każdy z biegów ma osobną parę kół zębatych. Ponieważ podczas pracy są one cały czas zazębione, każda para musi składać się z jednego koła przesuwnego i drugiego stałego. Koła przesuwne najczęściej luźno obracają się na wałku na tulejkach ślizgowych lub łożyskach igiełkowych. Koła nieprzesuwające się są wyfrezowane na wałku lub na niego wprasowane. Przekazanie siły napędowej to zadanie kół przesuwnych (patrz: zdjęcia na górze), które mogą się przesuwać wzdłuż wałka i łączą się z drugim kołem zębatym za pomocą sprzęgieł kłowych. Zwykle wadą kół przesuwnych jest ich duża masa, dlatego podczas szybkich zmian biegów trzeba oddziaływać na nie z dużą siłą. Z tego powodu widełki wodzików muszą wykazywać dużą odporność na zginanie.

Przełożenia poszczególnych biegów są dobierane w zależności od przeznaczenia motocykla oraz – co się z tym wiąże – charakterystyki silnika. Sportowe i motocyklowe skrzynie biegów są tak konstruowane, żebyś podczas jazdy po torze mógł wykorzystać wszystkie przełożenia i aby zmianom biegów towarzyszyły jak najmniejsze zmiany prędkości obrotowej. Tak więc pierwszy bieg ma stosunkowo długie przełożenie, natomiast kolejne są coraz ciaśniejsze.

Takie rozwiązanie gwarantuje, że przy dużej prędkości i odpowiednio dużym oporze jazdy (opór powietrza plus opory toczenia) motocykl utrzymuje się w korzystnym zakresie momentu obrotowego i mocy. Maszyny turystyczne bardzo często mają wyjątkowo długi szósty bieg, który obniża prędkość obrotową, dzięki czemu oszczędzasz zarówno sprzęta, jak i paliwo.

Kształt zębów kół zębatych skrzyni biegów decyduje o jej cichej bądź głośniejszej pracy. Przy czym kombinację, na którą składają się kąt zazębienia, przesunięcie profili, moduł oraz mnóstwo innych czynników, firmy starają się utrzymać w tajemnicy.

Ząb zębowi nierówny

Najłagodniejszą pracę zapewniają koła zębate z zębami skośnymi. Takie skrzynie biegów wymagają jednak zupełnie innego sposobu przełączania biegów, przy czym siła jest poprowadzona nie przez koła przesuwne, ale przez tzw. tuleje przesuwne. Największa ich zaleta: dzięki niewielkiej masie bardzo szybko przesuwają się. Dlatego takie skrzynie biegów są stosowane przede wszystkim w wyścigach. Ich wada: wałki w takich skrzyniach są nieco dłuższe niż w skrzyniach kłowych, w których są przesuwane kompletne koła zębate.

Proces zmiany biegów zależy od wielu czynników. Oprócz wspomnianego tarcia, dużą rolę odgrywają kształt rowków na wałku sterującym oraz układ i kąt obrotu, jak również liczba kłów w kołach zębatych. Muszą one przecież zmieniać swoją pozycję przy pełnych obrotach skrzyni biegów, czyli około 1/3 prędkości obrotowej wału korbowego. By zagwarantować, że koła zębate mocno połączą się ze sobą, w dużych i mocnych silnikach kły są szlifowane pod kątem około 4° (patrz zdjęcie na str. 76 – „Sprzęgła kłowe”).

Z czysto matematycznego punktu widzenia zmiana biegu przebiegająca bez żadnego oporu jest możliwa tylko w co drugim przypadku. Chodzi o moment, gdy kły leżą dokładnie w jednej linii z wycięciami sąsiedniego koła. Jeśli tak się nie dzieje, wtedy wodziki przesuwają koło zębate w pozycję „kieł na kieł”, przez co zmiana biegów przedłuża się aż do momentu, gdy koła obrócą się tak, żeby kły mogły wsunąć się w odpowiednie miejsca w drugim kole.

Żeby nie szarpało

Im większy jest kąt obrotu, czyli luz między kłami, tym bardziej rośnie szansa „czystej” zmiany biegu. Tyle że ten luz ma negatywny wpływ na zachowanie podczas zmiany obciążenia. Dlatego konstruktorzy szukają kompromisu między łatwą zmianą biegów i przenoszeniem mocy z możliwie niewielkimi szarpnięciami.

Można powiedzieć, że im większy rozstrzał między biegami, tym twardsza jest zmiana przełożeń. Powód: duża różnica prędkości obrotowych między mającymi się zazębić kłami uniemożliwia w miarę równomierną pracę. Kły stosunkowo twardo wbijają się w swoje gniazda. Podobnie dzieje się w wielu maszynach podczas zapinania pierwszego biegu, które zwraca uwagę przechodniów głośnym, mocnym uderzeniem. Drugą tego przyczyną jest sklejone olejem sprzęgło.

W zależności od obrotów, na przebieg przełączania biegów mają wpływ także masy wirujące w silniku, sposób zmiany momentu obrotowego między wałem korbowym a tylnym kołem (tu ponownie swoje robi sklejone sprzęgło) oraz tłumik drgań w układzie napędowym.

Po co quickshifter?

Szybkie zmiany biegów w górę są dziś jak najbardziej możliwe bez konieczności używania sprzęgła. Krótkie odciążenie układu napędowego wystarczy przecież do przesunięcia kół skrzyni biegów. Niestety, taka zmiana biegów nie zawsze się udaje, co prowadzi do tego, że kły wchodzą w swoje gniazda twardo i z dużym hałasem. Na szczęście wymyślono na to sposób: quickshiftery doprowadzają ten proces niemal do perfekcji. Ale nie wystarczy po prostu odciąć zapłon na kilka milisekund. Konieczne jest uwzględnienie prędkości obrotowej silnika oraz pozycji przełączenia. Wtedy elektronika może skrócić proces zmiany biegu do około 0,02 sekundy, ale też oszczędzić skrzynię biegów i stabilizować podwozie podczas przyspieszania

Jak moc generowana przez silnik jest przez łańcuch lub wał dostarczana na tylne koło oraz jaki wpływ na wahacz, zawieszenia i zachowanie motocykla w zakrętach ma moment obrotowy – o tym przeczytasz w MOTOCYKLU 10/2014 w odcinku z cyklu „jak działa motocykl”.  

 

uszkodzenia skrzyni biegów

Jeśli kły w kołach zębatych mają zbyt mocno zużyte krawędzie, może się zdarzyć, że pod dużym obciążeniem bieg/ biegi wyskoczą. Ramiona wodzików szybciej się wtedy zużywają. Jeśli dotyczy to twojego bike’a, nie lekceważ tej usterki, bo zaniedbania spowodują, że będziesz musiał wymienić zestaw kół zębatych wraz z wodzikami. Czyli poniesiesz koszty, których mógłbyś uniknąć.

Wyszczerbienia na powierzchni zębów (jest to tzw. pitting) to najczęściej występujący rodzaj uszkodzenia skrzyni biegów. Główne jego przyczyny: zły montaż skrzyni biegów, źle dobrany kształt zębów lub ich wadliwa obróbka cieplna. Najczęściej tego typu uszkodzenia występują w skrzyniach silników jednocylindrowych, które czasami już po 50 000 km nadają się do remontu.

 

z czego składa się skrzynia biegów

Wałek sprzęgłowy 1 przekazuje moment obrotowy na wałek zdawczy 2, a ten przez wielowypust, na który jest założona zębatka 3, przekazuje napęd na tylne koło. Dla każdego biegu jest przeznaczona jedna para kół zębatych 4. Podczas zmiany biegu wałek 5 obraca się o około 45°. Wyfrezowane rowki 6 przesuwają na wałku 7 wodziki 8. Te z kolei przesuwają odpowiednie pary kół zębatych i tak zmieniają przełożenie.

WYBIERAK przenosi ruch z dźwigni zmiany biegów na wałek zmiany biegów. Mechanizm składa się z zapadki, która za każdym razem pozwala przerzucić o tylko jeden bieg. Po każdej zmianie dźwignia wraca do położenia początkowego. GWIAZDA WYBIERAKA 1: pozycja biegu jałowego, rolka zajmuje miejsce w małym wgłębieniu. 2: pierwszy bieg jest zapięty, rolka blokuje gwiazdę w określonym położeniu. 3: pozycja podczas zmiany biegu – rolka na szczycie krzywki, po przejściu najwyższego punktu, przyspiesza obrót wałka.
KOŁA PRZESUWNE są zamocowane na wałku 2 za pomocą wielowypustu 1 i mogą przesuwać się wzdłuż osi wałka. Widoczne na zdjęciu cztery sprzęgła kłowe zazębiają się z sąsiednim kołem zębatym. KOŁA ZĘBATE obracają się swobodnie na wałku 2 w łożyskach igiełkowych 1 albo na tulejach ślizgowych. Każde z nich jest połączone z kołem przesuwnym lub zamocowanym na stałe na przeciwległym wałku.
SPRZĘGŁA KŁOWE łączą ze sobą dwa koła zębate. Ścięcie pod kątem ok. 4° (czerwone kreski) gwarantuje pewne połączenie kół przy dużym obciążeniu.


  

 

 różne obroty

Poniższe wykresy ilustrują, jak przełożenia w skrzyni biegów sportowej Hondy CBR 600 RR różnią się od nastawionej na niskie zużycie paliwa, spokojnej Hondy NC 700. O ile w sportowej skrzyni biegów różnica prędkości obrotowej między 5. i 6. biegiem jest bardzo mała, o tyle w NC 700 ta różnica jest znacznie większa.

Dlaczego? Bo silnik CBR-ki ma zawsze zapewniać znakomitą dynamikę. Zużycie paliwa nie jest wtedy najważniejszą sprawą. W przypadku NC 700 szóstka ma charakter nadbiegu, czyli chodzi o maksymalne obniżenie obrotów silnika przy danej prędkości, a w konsekwencji o obniżenie zużycia paliwa.  

 

 

MOTOCYKL radzi

Sprawdzenie, czy można coś poprawić w zmianie biegów, zaczyna się od skontrolowania, czy popychacz jest ustawiony pod kątem 90° w stosunku do dźwigni zmiany biegów. Tylko wtedy działanie dźwigni w kinematyce założonej podczas prac konstrukcyjnych jest poprawne.

Często główki tanich przegubów kulowych mogą być zastąpione przez wysokiej jakości, lekko pracujące elementy (Askubal, Durbal, SKF itd.). Dlatego w pewnych okolicznościach trzeba usunąć z dźwigni zmiany biegów seryjne bolce.

Uszczelnione łożyska kulowe i wysokiej jakości przeguby kulowe sprawiają, że przełączanie biegów jest precyzyjniejsze i lżejsze. Quickshifter, jeśli jest dobrze ustawiony, nie tylko przyspiesza zmianę biegu, ale również chroni skrzynię przed uszkodzeniem.

Dźwignie zmiany biegów z lekko pracującymi, pozbawionymi luzów łożyskami kulowymi (HH-Racetech) poprawiają wyczucie podczas zmiany biegów oraz mają wpływ na lekką pracę. W płynnej zmianie biegów przeszkadzają także dźwignie zmiany biegów, które są mocowane daleko od osi podnóżków, ponieważ płaszczyzny obrotowe leżą zbyt daleko od siebie i w celu wyrównania długości but musi się przesuwać po główce dźwigni zmiany biegów.  

 

zmiana biegu

Na zdjęciu widać, jak podwójne koło zębate jest odsuwane od lewej zębatki, sprzęgła kłowe rozłączają się... ...i w skrzyni biegów pojawia się luz. Gdy wrzucisz kolejny bieg, para kół zębatych przesuwa się na prawo i łączy z dużym kołem zębatym kolejnego biegu. Po połączeniu kolejny bieg jest wrzucony i można jechać dalej.

 

Komentarze

 
 

Wypełnij to pole:

  • avatar
    zgłoś
    Nieważne, czy właśnie wykręcasz życiowy czas na torze, czy jedziesz po wertepach – w 99,99% przypadków nie myślisz o tym, co się dzieje wewnątrz skrzyni biegów. A tam ciągle coś się kręci, przesuwa, uderza, stuka…   
    Zobacz artykuł
    ~Motocykl Online, 2014-10-17 09:15:01