Prevodovka

Prevodovka ford (70. roky 20. stor.)

Prevodovka je technické zariadenie, ktoré mení rotačný pohyb na rotačný pohyb so všeobecne inou uhlovou rýchlosťou a točivým momentom. Bežné typy prevodoviek umožňujú nastaviť jeden z niekoľkých rôznych prevodových stupňov. Prevodovka je súčasťou mnohých strojov, najčastejšie motorových vozidiel.

Charakteristika prevodoviek

Prevodovka všeobecne slúži ku zmene otáčok motora. Zmenou otáčok dosahujeme zvýšenie sily (krútiaceho momentu) pohonnej jednotky pri znížení uhlovej rýchlosti výstupnej hriadele, alebo tiež naopak. Teoreticky platí, že prenesený výkon je rovnaký, iba sa zvýši sila na hriadeli pri poklese otáčok, alebo sa sila zmenší pri zvýšení otáčok. Prakticky je prenos výkonu vždy stratový vplyvom účinnosti prevodu. Dobrá prevodovka je tá, ktorá má celkovú účinnosť vyššiu ako 93%. Celkové straty v prevodoch pri pohone jednej nápravy by nemali viac klesnúť pod 85%. Uvedené čísla platia pre prevodné zariadenie osobných automobilov, u nákladných vozidiel určených pre jazdu v teréne vychádza často účinnosť ešte nižšia, ukážkovým príkladom je Praga V3S, ktorá má ešte v každom zo šiestich kolies redukčný prevod, ktorý je nutný z dôvodu použitia portálových náprav pre zvýšenie svetlej výšky vozu.

Na obr. 9 je znázornená krivka požadovanej hnacej sily na náprave pre prevádzku vozidla. Najväčšia ťažná sila je v najnižšej rýchlosti, najnižšia pri rýchlosti najvyššej. Krivka udáva plynulú zmenu prevodového pomeru za jazdy pri konštantnom výkone motora, teda ak je nutné zmeniť veľkosť otáčavého momentu v závislosti na jazdnom odpore (nastavíme si určitý výkon motora – otáčok a otvoríme škrtiace klapky, zmena prevodu podľa uvedenej krivky zaistí udržanie konštantných otáčok motora podľa profilu cesty, rýchlosť sa síce bude meniť, a to vcelku výrazne podľa stúpania a klesania, ale motor bude v prevádzke v optimálnom režime ohľadom spotreby paliva). Táto rovnoosá hyperbola je základnou krivkou, od ktorej sa odvíja návrh prevodovky. Skutočná krivka hnacej sily musí byť zhodná, alebo lepšie nad priebehom uvedenej krivky. Ak leží skutočná krivka hnacej sily nad touto krivkou, zostáva rezerva pre akceleráciu alebo jazdu do stúpania. Vzdialenosť od tejto krivky by ale nemala byť nadmerná, pretože v tom prípade by bol prevod príliš predimenzovaný a motor by nebežal v optimálnom režime. Pokiaľ leží skutočná krivka pod hyperbolou, nie je vozidlo schopné prevozu inak než jazdou po rovine alebo z kopca (hnacia sila vychádza menšia, ako je potrebná sila pre prekonanie jazdného odporu).

Súbor:PrevObr1.jpg

Obr. 9 Priebeh požadovanej hnacej sily na náprave
P – hnacia sila na náprave, u – rýchlosť vozidla

Priebeh otáčavého momentu motora s počtom prevodových stupňov (a ich veľkostí) a hodnotou stáleho prevodu musí zhruba odpovedať príslušným úsekom tejto krivky, inak nie je prevodovka správne navrhnutá, má buď labilné stavy, keď sa pri určitých rýchlostiach a veľkostiach zaťaženia dostáva motor do oblasti, kde v prevodových stupňoch príliš veľa a prevodovka nie je ekonomicky využitá (druhý prípad je ojedinelý). Na obr. 10 b) je zobrazený priebeh ťažnej sily pre skutočný motor s trojstupňovou prevodovkou. Podľa priesečníka teoretickej hyperboly a jednotlivých kriviek ťažných síl pre jednotlivé stupne presne na hyperbole (body 1 a 2) je vidieť, že síce prevodovka spĺňa požiadavky ťažnej sily nad hyperbolou, ale motor už nemá žiadnu rezervu, priebeh jeho momentovej charakteristiky je využívaný takmer v maximálnom rozsahu. V praxi to znamená veľké vytáčanie motora pri akcelerácii alebo jazde do stúpania a veľmi neskoré preraďovanie smerom dole, pretože motor by bol pretočený. Z tohoto dôvodu je nutné pridať ešte minimálne jeden prevodový stupeň a zmenšiť rozostúpenie medzi jednotlivými prevodmi.

Súbor:PrevObr2.jpg

Obr.10a) Rozdelenie hyperboly na tri úseky, ktorým odpovedajú rýchlostné stupne prevodovky
b) Priebeh ťažnej sily pri skutočnej trojstupňovej prevodovke

Na obr. 11 je znázornené nevhodne sprevodovanie, prevodovka je snáď dvojstupňová a motor nemá dostatočný rozsah prevozných otáčok pre pokrytie celého rozsahu jazdného režimu. Vozidlo síce pôjde, ale radenie prevodu smerom hore sa bude prevádzať pri maximálnych otáčkach motora a ďalší prevodový stupeň bude spôsobovať prevádzka motora v otáčkach blízkych voľnobehu, tade prechod z jedného rýchlostného stupňa na druhý spôsobí veľký pokles akcelerácie, prerazenie pri jazde do stúpania prakticky nebude možné, pretože druhý stupeň je pre nutnú akceleráciu do stúpania za účelom prechodu do optimálneho režimu (bod B) ohľadne momentovej krivky motora príliš ťažký. Takéto sprevodovanie je možné využiť iba pre jazdu po rovine, kde sú obecne jazdné odpory nachádzajú pod hyperbolou.

Súbor:PrevObr3.jpg

Obr. 11 Nevhodný priebeh sprevodovania, vzniká labilný stav

Sprevodovanie musí byť riešené v súčinnosti s motorom, ku ktorému budú prislúchať. Motory športové s úzkym rozsahom prevádzkových otáčok vyžaduje viac prevodových stupňov (5 – 7), motory veľkoobjemové s veľkým rozsahom prevádzkových otáčok alebo veľkým točivým momentom sa upokojí s prevodovkami štvorstupňovými. Obecne sa dnes prechádza na prevodovky s väčším počtom prevodových stupňov, pretože takáto prevodovka lepšie zaistí prevádzku motora v optimálnom režime bez ohľadu na priebeh momentovej krivky. Využitie výkonu motora nie je dnes na prvom mieste, pretože výkonov je u dnešných motorov dostatok a okrem toho je maximálna rýchlosť vozidla na verejných komunikáciách vo väčšine zemí obmedzená zákonom, ale na rad prichádza aj ekonomika a ekológia prevádzky. Motory majú síce dostatočný rozsah prevádzkových otáčok, ale mierna spotreba je najmenšia v užších rozsahoch prevádzkových otáčok a väčší počet prevodových stupňov je teda nutnosťou. Všeobecne je známy fakt, že najmenším počtom prevodových stupňov pre optimálne využitie výkonu dnešných motorov z hľadiska výkonu a spotreby je sedem.

Veľkosť prevodu sa udáva číslom, ktoré značí pomer počtov zubov hnaného a hnacieho kola, alebo priemeru prevodových kôl (platí pre plynulé meniteľné prevody). Čísla väčšie než 1 označujú prevod do pomalá, čísla menšie než 1 označujú prevody do rýchla. Laicky povedané prevod 3,8 znamená, že hnací (vstupný) hriadeľ vykoná 3,8 otáčky na jednu otáčku hriadele hnaného (výstupného), prevod 0,75 znamená, že hnací hriadeľ vykoná 0,75 otáčky na 1 otáčku hriadele hnaného. V rovnakom pomere sa zvýši – zníži veľkosť otáčavého momentu na výstupnú stranu prevodu. Celkový rozsah prevodu je u benzínových motorov asi 4 – 5 : 1, u dieselových motorov z dôvodov menšieho rozsahu pracovných otáčok motora 5 – 6 : 1, prípadne i viac, väčšie rozsahy sa používajú u nákladných vozidiel a vozidiel do terénu, kde sa používajú i tzv. pomalé prevody, zaisťujúce jazdu na nesúdržnom podklade.

Pre straty v prenose výkonu od motora na kolesá platí, že sa všetky účinnosti prevodu, kĺbových hriadeľov a ložísk kolies násobí, výsledná strata môže byť veľmi prekvapivá, čísla okolo 85% nie sú vôbec vzácne, skôr bežné. Na vine je valivý odpor pneumatík, ktorý sa výrazne podieľa na celkových stratách. Najhoršiu účinnosť vykazujú pohony 4x4, kde sú tri diferenciály a až 8 homokinetických kĺbov. Z tohoto pohľadu je pevná zadná náprava výhodnejšia, odpadnú 4 kĺby. Ďalšie straty prinášajú neriadené samosvorné diferenciály, brzdenia kolies diferenciálu pri prejazde zatáčkou spotrebováva tiež energiu. V prevádzke má najmenšiu stratu prípad, keď ide vozidlo po ideálnej rovine (kolesá sa nekývajú) a rovno, prípadne má poháňané snáď jedno koleso (takto sa upravuje vozidlo pre Economy Rallye). Ešte dodám, že koleso poháňané má menší valivý odpor než koleso volne sa otáčajúce, čiastočne sa tak eliminuje zvýšenie strát u pohonu 4x4.

Zvýšenie krútiaceho momentu motoru prevodovkou je za prevádzku vozidla nutné, motor s primeraným momentom pre danú aplikáciu (rozjazd vozidla, prekonávaním veľkých stúpaní) by bol veľmi veľký a v ďalšej prevádzke nevyužitý. Typickým príkladom je rozjazd vozidla, kde sa musí točivý moment zvýšiť až 20x (záleží na výkone motora, hmotnosti vozidla a sklonu vozovky). Pre tak veľký rozdiel točivého momentu sa celkový prevod rozdeľuje na dve časti – prevodovku a stály prevod. Stály prevod je nemenný a jeho súčasťou je i diferenciál, ktorý rozdeľuje točivý moment na dve kolesá nápravy podľa ich zaťaženia. Diferenciál je súčasťou stáleho prevodu vždy, preto keď sa povie v bežnej praxi „diferenciál“, myslí sa spojenie stáleho prevodu s diferenciálom. Nie je to síce technicky správne, ale v praxi je to veľmi používané („hučí mi diferák“ je najčastejšia veta pri označovaní závady na súkolí stáleho prevodu). Prevodovka má niekoľko stupňov, ktoré je možné zaraďovať podľa potreby (väčšinou len jedno zo súkolí, len u mnohostupňových prevodoviek ťažkých nákladných automobilov sa radí vo vnútri prevodovky na jedno súkolie niekoľko, a tak sa zníži počet prevodových kolies).

Prevodové pomery stáleho prevodu a prevodovky sa znásobí, preto pri zaradenom I. rychlostnom stupni (prevod 3,8) a stálom prevode 4,22 vychádza celkový prevod 16,036. Nesmieme zabudnúť na vplyv priemeru pneumatiky, zmena priemeru má vplyv tiež na celkové sprevodovanie, u menšieho priemeru je výsledná ťažňa sila väčšia a dosažiteľná rýchlosť menšia. Keď si uvedomíme, aké veľké ozubené kolesá sú potrebné pre prevod 16:1, je nám jasné, že vyrábať prevodovku s takýmito prevodovým pomerom nie je rozumné rozmerové riešenie, a tak rozdelenie na dva prevody je technickou nutnosťou. Ozubenie totiž pre pohon diferenciálu potrebujeme, takže rozdelenie na prevod meniteľný a stály (pevný) prevod sa ponúka automaticky.

Rozdelenie prevodoviek

Prevodovky rozdeľujeme na:

• mechanické (niekoľkostupňové ručne radené)
• automatizované
• automatické, s dvoma spojkami a plynulé meniteľné
• hydraulické,
• hydrostatické,
• elektrické, ktoré sa používajú v zvláštnych prípadoch, väčšinou pre prenos veľmi veľkých výkonov alebo pre špeciálne použitie v prípadoch, kde mechanické typy nevyhovujú svojimi vlastnosťami. Tieto nemechanické prevody majú ale vždy nižšiu účinnosť ako prevody mechanického typu.

Hydraulické, hydrostatické a elektrické prevodovky

Tieto prevodovky sa používajú v zvláštnych prípadoch, väčšinou pre prenos veľmi veľkých výkonov alebo pre špeciálne použitie v prípadoch, kde mechanické typy nevyhovujú svojimi vlastnosťami.

Mechanické prevodovky

Mechanická prevodovka pre osobné automobily je v našich končinách najrozšírenejším typom, vyrába sa dnes prakticky až v päť a šesťstupňovom prevedení. Výroba je relatívne lacná a dobre technologicky zvládnutá, hmotnosť prevodovky je primeraná veľkosti a prenášanému výkonu a patrí k ľahším typom. Automatické prevodovky sa vyrábajú v klasickom prevedení s hydrodynamickým meničom točivého momentu, ktorý nahradzuje treciu spojku s planétovými prevodmi alebo i s klasickým súkolím, ďalej v prevedení bez hydrodynamického meniča s dvoma spojkami, klasickým evolventným súkolím a rozvetveným prenosom výkonu. U druhého typu sa ručné riadenie jednotlivých stupňov rieši pomocou malej páčky alebo tlačítkom „hore – dole“. Prevodovky s plynulým prevodom (bezstupňovej, alebo s nekonečným počtom prevodových stupňov) sa vyrábajú obmedzene, hlavne pre malé výkony, i keď sú vyvinuté prevodovky pre prenos točivého momentu nad 300 Nm. Prevodovky s plynulým prevodom majú niekoľko technických prevedení, ktorých nevýhodou je všeobecne nižšia účinnosť a vysoké nároky na presnosť výroby, výhodou je možnosť nastaviť ľubovoľný prevodový stupeň, a tak optimalizovať chod motora, nižšia účinnosť s optimalizáciou chodu motoru sa vzájomne vyruší, a tak najväčšou výhodou je automatický režim, zmenu prevodu určuje počítač podľa prevádzkových pomerov. Zmena prevodu je možná za plného prenosu výkonu, dobre navrhnutý systém by mal mať lepšiu akceleračnú schopnosť oproti stupňovým prevodovkám.

Súčasťou každej prevodovky je spätný chod, pre terénne vozidlá môže byť i viacstupňový. Spätný chod má prevod blízky I. stupňu, pretože musí zaistiť spoľahlivý rozjazd vozidla i do stúpania.

Konštrukcia prevodoviek je závislá na umiestnení motora (vpredu, vzadu, pozdĺž, priečne) a prenášaním výkonu. Počet prevodových stupňov sa volí podľa výkonovej charakteristiky motoru. Skôr než motory mali veľké objemy a nízke prevádzkové otáčky, krivka otáčavého momentu bola plochá a spotreba paliva sa nesledovala, stačili prevodové stupne tri. Väčšinou sa takéto motory chovali podobne ako traktor, na I. stupeň sa auto rozbehlo, zaradil sa postupne III. stupeň a na ňom sa išlo až do cieľa cesty, bez veľkého ohľadu na sklon cesty. Krok medzi stupňami bol veľký, a tak motor často nebežal v optimálnom režime, zvlášť pri jazde do väčších stupákov, kde III. stupeň nestačil, bol naopak II. stupeň málo a motor bežal v zbytočne vysokých otáčkach. Neskôr so znižujúcim sa objemom motora a menej plochými krivkami točivého momentu, ktoré sú u pevne nastaveného rozvodu nutné pre dosiahnutie vyššieho výkonu, sa pridal stupeň štvrtý. Dnešné vozidlá sú vybavené minimálne päťstupňovými prevodovkami, ktoré umožňujú lepšie využiť otáčavý moment motora a udržať prevádzku otáčky v optimálnejšom režime. U drahších modelov sa používajú prevodovky šesťstupňové s ručným i automatizovaným radením. Prevodovka sa pri umiestnení motora u hnanej nápravy zlučuje do jedného celku so stálym prevodom a diferenciálom, usporí sa miesto a zníži sa hmotnosť (a výrobné náklady) prevodu. U motorov umiestnených vpredu naprieč je to dnes najviac používané riešenie.

Súbor:PrevObr4.jpg

Obr. 12 Trojhriadeľová prevodovka klasickej konštrukcie
1 – hnací hriadeľ, 2 – predlohový hriadeľ,
3 – výstupný hriadeľ

Z pohľadu konštrukcie rozdeľujeme mechanické prevodovky pre osobné a ľahké nákladné automobily na dvoj a trojhriadeľové. Prevodovky pre nákladné vozidlá s veľkým počtom prevodových stupňov môžu mať viac hriadeľov. Dvojhriadeľová prevodovka sa používa hlavne pri spojení so stálym prevodom v jednej skrini, vstupný a výstupný hriadeľ nie je v rovnakej osi, čo mnohokrát umožní lepšie vyriešiť prenos k stálemu prevodu. Trojhriadeľová prevodovka sa vyznačuje súosím vstupného a výstupného hriadeľa, používa sa preto u vozidiel s motorom vpredu a pohonom zadných kolies. Výhodou je tzv. priamy záber, keď sa vstupný a výstupný hriadeľ prepojí ozubenou spojkou a bez prevodu (resp. s prevodom 1 bez ozubeného súkolia) sa prenáša výkon motora k poháňanej náprave. Pri tomto „prevode“ sú mechanické straty najmenšie. Naopak pri zaradení ostatných stupňov je výkon prenášaný vždy cez dve ozubené súkolia a účinnosť prevodu klesá. Prenos cez dve ozubené súkolia znamená menší prevodový pomer u jednotlivých súkolí (oba prevody sa násobia), kolesá sú menšie, a preto je trojhriadeľová prevodovka kompaktnejšia a rozmerovo menšia. Priamy záber sa používa ako stupeň najvyšší a najviac sa prejaví zníženou spotrebou paliva pre diaľničnú prevádzku.

Na obr. 12 a 13 je konštrukcia klasických trojhriadeľových prevodoviek. Prvé súkolie (zľava) na hnacom hriadeli 1 je v trvalom zábere a poháňa predlohový hriadeľ. Prvé súkolie od hnaného hriadeľa (sprava) je súkolie I. rychlostného stupňa smerom doľava pokračujú ďalšie dva rychlostné stupne. Súčin prevodu súkolia v trvalom zábere a prevodu súkolí každého stupňa je celkovým prevodom jednotlivých rýchlostných stupňov. Priamy záber (IV. rýchlostného stupňa) sa radí prepojením hnacieho a hnaného hriadeľa synchronizačnou spojkou u prevodu v trvalom zábere. Piaty stupeň (obr. 14) je rýchlobehom a je umiestený až u zadnej steny prístavby prevodovky. Spätný chod je umiestený medzi I. a II. prevodovým stupňom, prípadne až v prístavbe prevodovky (znázornené u prevodovky päťstupňovej) a radí sa zasunutím vloženého kolesa (vzadu za hriadeľom, nie je zobrazené). Hnaný hriadeľ je predĺžený, čo najviac to ide za účelom skrátenia celkovej dĺžky spojovacieho hriadeľa („kardanu“), čím dlhší je spojovací hriadeľ, tým je ťažší a tým je viac problémov s vyvážením. (Spojovací hriadeľ nič pozitívneho pre prevoz neprináša a kde je to možné, tam sa nepoužíva.)

Súbor:PrevObr5.jpg

Obr. 13 Päťstupňová trojhriadeľová prevodovka s rýchlobehom

Konštrukcie vychádzajú z prevodovky štvorstupňovej, piaty stupeň je umiestnený v nástavbe na konci prevodovky. Synchronizácia je na hnanom hriadeli.

Súbor:PrevObr6.jpg

konštrukcia dvojhriadeľovej prevodovky

Na obr. 14 je konštrukcia dvojhriadeľovej prevodovky. Každý prevodový stupeň má svoje súkolie a jeho prevodový pomer udáva prevod daného stupňa. Spiatočný chod je umiestnený medzi I. a II. rýchlostným stupňom a zaraďuje sa presunutím vloženého kolesa rovnako ako u trojhriadeľových prevodoviek. Piaty stupeň je umiestnený najďalej od motora a je radený synchronizačnou spojkou na hnacom hriadeli. Prenos na súkolí stáleho prevodu je čelným súkolím za ložiskom u I. rychlostného stupňa. Podobne je riešená prevodovka u Š 742, snáď stály prevod je kužeľový a diferenciál je umiestnený vyššie, prevodovka je dlhšia.

Radenie prevodu

Prevody je nutné radiť, deje sa to zapínaním jednotlivých dvojíc ozubených kolies do záberu buď ručne alebo automaticky. V začiatkoch automobilizmu sa riadilo presúvaním ozubených kolies po drážkovanom hriadeli. Problémy vznikali pri nevyrovnaní otáčok hnaného a hnacieho hriadeľa, kolesá nešli zasunúť a nárazmi zubov o seba, ozubenie veľmi trpelo. Z tohoto dôvodu muselo byť použité ozubenie s rovnými zubami, ktoré je hlučné. Preto sa prešlo na súkolie šikmé, kedy sú jednotlivé kolesá trvalo v stálom zábere, jedno z nich sa ale na hriadeli pretáča a pri radení sa ozubenou spojkou prepojí pevne s hriadeľom (preto na otázku „koľko sa točí v prevodovke kolies pri zaradenej trojke“ odpoveď znie „všetky okrem vloženého kolesa spiatočky“). Prevod je dostatočne tichý a radenie je relatívne jednoduché. Účinnosť takejto prevodovky je nepatrne nižšia, pretože voľne sa otáčajúce kolesá v zábere spôsobujú určité straty. Riadiaca spojka ale vyžaduje také vyrovnanie otáčok oboch hriadeľov, preto sa postupne spojky vybavovali synchronizáciou. Staršie prevodovky nemávali synchronizovaný I. rychlostný stupeň, dnešné prevodovky sú plne synchronizované. V princípe ide o treciu kužeľovú brzdu, ktorá pri riadení spomalí alebo zrýchli príslušný hriadeľ tak, aby išiel určený prevod bezhlučne a dal sa rýchle zaradiť. Riadiaci mechanizmus umožňuje zaradenie iba jedného prevodového stupňa, zaradením dvoch stupňov sa prevodovka zablokuje, riadiace tiahla sa musia medzi sebou vzájomne blokovať tak, aby bolo možné radiť len a iba jeden prevodový stupeň. Synchronizačné spojky sú konštruované ako zdvojené – spoločne vždy pre dva prevodové stupne (I. + II., III. + IV. atd.), radia sa jedným alebo druhým smerom (dopredu – dozadu). Radiaca páka preto vykonáva pohyb podľa písmena H, dopredu I. stupeň, dozadu II. stupeň, vyradením do strednej polohy je možné páku vykloniť do ďalšej riadiacej roviny a radiť rovnakým štýlom III. a IV. prevodový stupeň. V ďalších riadiacich rovinách je V. stupeň a spiatočný chod, teda ručne sa dá pákou bez omylu radiť do šiesteho stupňa (päť + spiatočka), viac písmeno H (i rozšírené) neumožní. Pokiaľ máme prevodovku šesťstupňovú, je nutné radiť spätný chod do inej polohy, čo sa rieši pomocou poistky, ktorá sa zatlačí – povytiahne a potom sa zaradí akoby I. stupeň alebo sa riadiaca páka zatlačí – povytiahne a prevedie sa to tiež. Poistka je vlastne ďalšie radiácie tiahlo, ktoré zaistí navedenie radiacej páky do správnej radiacej vidlice, zasunutie alebo povytlačenie riadiacej páky urobí to tiež. U viacstupňových prevodoviek sa používa prídavný element, ktorý pomocou elektrického spínača ovláda tzv. polenie prevodu (desaťstupňová prevodovka má 2.-4.-6.-8.-10. stupeň radenia priamo ako u päťstupňovej prevodovky, medzi nimi sa prepína elektrickým prepínačom redukcie, ktorá vytvorí s prvým piatimi stupňami 1.-3.-5.-7.-9. stupeň), alebo sa prevodovka rieši ako šesťstupňová – päť bližšie odstupňovaných stupňov robí prvých 5 a prídavný redukčný prevod s rovnakými piatimi prevodmi robí 6. – 10. stupeň. Ide to i obrátene, keď sa používa päť stupňov, ktoré sa redukciou zväčšia na pomalé terénne prevody. Túto variantu je lepšie v prípade požiadaviek na vyššom počte stupňov než 12, kedy je možné správne odstupňovanými redukčnými a hlavnými prevodmi dosiahnuť prakticky ľubovoľný počet prevodu. Praktická hodnota ale končí na čísle 18 – 20, takéto prevodovky sú vyžadované u ťahačov pre extrémne ťažké náklady, kedy je možné zvyšovať rýchlosť iba pozvoľná a je nutné vzhľadom k hmotnosti nákladu voliť užší výsek rýchlosti na jednotlivé prevodové stupne pre využitie sily motora. Priame radenie pákou má výhodu v tom, že je možné zaradiť priamo ľubovoľný rýchlostný stupeň. Pokiaľ neradíme priamo pákou (tzn. že radíme elektricky alebo hydraulicky), je možné riešiť riadenie ľubovoľného počtu stupňov páčkou, ktorou pohybujeme dopredu (prevody sa radia smerom hore) alebo dozadu (prevody sa radia dole), nevýhodou býva nutnosť odradiť všetky stupne postupne za sebou hore alebo dole (i keď posledné typy prevodoviek so sekvenčným radením už umožňujú zaradenie ľubovoľného prevodového stupňa priamo pomocou tlačítiek). Tento typ radenia sa používa u automatizovaných prevodoviek.

Každá vozidlová prevodovka musí mať možnosť nezaradenia žiadaného stupňa, lebo musí byť vybavená tzv. neutrálom. Neutrálom sa rozumie taká poloha riadiacej páky, keď nie je zaradený žiadny prevod, čo znamená úplne odpojenie motora od hnacích kolies bez použitia spojky. Neutrál je v každej riadiacej rovine medzi rýchlostnými stupňami, ale páka tam sama nedrží. Základná poloha riadiacej páky v neutrály je uprostred strednej riadiacej roviny, kam je páka po vyradení zatlačená špeciálne tvarovanou pružinou. Je to dôležité z hľadiska orientácie vodiča, ktorý od tejto polohy volí pohyb riadiacej páky.

Spätný chod:

Spätný chod sa rieši vloženým kolesom, ktoré má väčšinou rovné zuby a radí sa presúvaním bez spojky a synchronizácie, rovnako ako v začiatkoch automobilizmu (preto nejde často zaradiť, pokiaľ nie je auto v kľude). Ozubenie spätného chodu hnaného hriadeľa sa pre jednoduchosť vyrába na obvode synchronizačnej spojky I. a II. stupňa. Niektoré prevodovky majú spiatočku synchronizovanú a šikmé súkolie, týka sa to drahších modelov vozidiel. Konštrukcia synchronizovaného spätného chodu je rovnaká ako u prevodov vpredu, je tam iba o jedno ozubené koleso viac.

Odstupňovanie prevodoviek

Odstupňovanie prevodoviek má veľký vplyv na celkový prevádzkový charakter vozidla. Nevhodné odstupňovanie prevodov má negatívny vplyv na prevádzkové vlastnosti, motor nebeží v optimálnom režime, je nutné ho výrazne vytáčať a v najbežnejších prevádzkových režimoch nie je schopný podať dostatočný výkon. Pri návrhu sa najskôr spočíta podľa výkonu, hmotnosti vozidla, priemeru pneumatík a dosažiteľnej stúpavosti stály prevod a prevod I. rychlostného stupňa. Prevod ale nesmie byť tak veľký, aby spôsoboval pretočenie hnacích kolies, pokiaľ nie sú pneumatiky schopné tak veľký moment preniesť na vozovku, je nutná korekcia prevodu smerom k menšiemu číslu. U ťažkých nákladných vozidiel sú hodnoty prevodu ďaleko vyššie ako u osobných automobilov, zaťaženie kolies a pomer výkonu motora k celkovej hmotnosti je odlišný. Ďalšie stupne sa pridávajú podľa charakteristiky točivého momentu, všeobecne platí, že medzi prvými stupňami je väčší krok a smerom k vyšším stupňom sa odstupňovanie zmenšuje. Dlhší krok medzi I. a II. stupňom ale vedie k preťažovaniu synchronizačných spojok, ktoré sa – hlavne na II. stupni – opotrebujú najskôr. V prevažne mestskej prevádzke odchádza i synchronizácia na III. stupni. Podľa určenia sa najvyšší stupeň rieši ako normálny, teda taký, na ktorom dosiahne vozidlo maximálnu rýchlosť pri maximálnom výkone motora, alebo ako rýchlobeh. Rýchlobehom rozumieme tak veľký prevod, na ktorý vozidlo nie je schopné dosiahnuť maximálnu rýchlosť, ale odľahčí motor z otáčok pre diaľničnú prevádzku. Rýchlobeh umožňuje znížiť prevádzku otáčok, pre rovnaký výkon musíme viac otvoriť škrtiacu klapku, čím sa zvýši prevádzková hodnota kompresného pomeru (zvýšením účinnosti motora) a znížením otáčok klesnú mechanické straty motora. Výsledkom je nižšia spotreba a menšie opotrebovanie motora (počet otáčok na najazdených kilometroch sa zníži). Nevýhodou tohoto riešenia je nutnosť skoršieho radenia na nižší rychlostný stupeň pri malých stúpaniach. Okrem toho musia byť často používané otáčky na tento prevod v oblasti najmenšej mierky spotreby paliva, ináč sa naopak spotreba zvýši (motor nebeží v optimálnom režime), je nutné s tým rátať pri konštrukcii motora.

Odstupňovanie prevodoviek sa najlepšie zobrazuje graficky tzv. pílovým diagramom (obr. 15), kde sa na osy x-y nanesie rýchlosť vozidla a otáčky motora. Podľa „rozježenosti“ píly sa hneď spozná vhodnosť odstupňovania. V tomto diagrame je možné odčítať závislosť otáčok motora a dosažiteľnosť rýchlosti vozidla na príslušné rýchlostné stupne. Správne navolené odstupňovanie musí zabezpečiť požiadavka na prechod z maximálnych otáčok do otáčok max. točivého momentu pri radení hore. Pokiaľ toto nejde splniť, je nutné pridať ďalší prevodový stupeň a odstupňovanie upraviť. Túto požiadavku je možné nesplniť v prípade posledného prevodového stupňa, ktorý je zvolený ako rýchlobeh. Na rýchlobeh totiž nejde dosiahnuť maximálnych otáčok, prevod býva veľmi ťažký.

Súbor:PrevObr7.jpg

Obr. 15 Pílový diagram štvorstupňovej prevodovky Škoda 742

Konštrukcie mechanických prevodoviek:

Základné definície tvarového prevodu:

Prevod je správny vtedy, keď hnacie koleso pri stálej uhlovej rýchlosti robí hnanému kolesu rovnakú stálu uhľovú rýchlosť.

Táto poučka je veľmi dôležitá pri riešení prevodu ozubenými kolami, ktoré sa počítajú do prevodu s tvarovým stykom. Ozubenie musí mať taký tvar, aby sa behom otáčania uhľová rýchlosť poháňaného kolesa nemenila. Zmena uhľovej rýchlosti vnáša do záberu prídavné namáhanie (na strane hnaného kolesa sú ďalšie hmotnosti, ktoré majú snahu otáčať sa rovnomernou uhlovou rýchlosťou) s amplitúdou výrazne väčšou, čo by materiál mohol dlhodobo vydržať, a tak takéto súkolie nebude mať dlhé trvanie. Takejto požiadavke vyhovuje ozubenie evolventné a cykloidné. Cykloidné ozubenie sa používa prevažne v hodinárstve, ináč veľmi zriedka v prístrojovej technike. Pre prenos veľkých výkonov je vhodné ozubenie evolventné, ktoré je dobre technicky a technologicky zvládnuté.

Základným typom je ozubenie evolventné s rovnými zubami. Vyznačuje sa s vysokou účinnosťou (až 99%), ale je hlučné a pri návrhu súkolia sa musí spočítať korekcia, podľa ktorej sa posunú hriadele oboch kolies. Je to nutné z dôvodu obmedzenia nebezpečia tzv. podrezania zubov a zlepšenia priebehu odvaľovania. Hlučnosť súkolia vzniká pravdepodobne pri nábehu zubov do záberu celou styčnou krivkou zubov (čiarou záberu), presný dôvod ale doteraz známy nie je. Priame súkolie musí mať v zábere minimálne dva páry zubov a to tak, že keď jeden pár vychádza zo záberu, druhý sa do záberu dostáva (prenos výkonu nesmie byť prerušený, preto je nutné určité prekrytie záberu zubových párov). Táto podmienka sa musí kontrolovať v prípade použitia malého počtu zubov jedného z kolies, pri väčšom počte sa počet zaberajúcich párov zubov zvyšuje. Z tohoto dôvodu a pre zabránenie podrezania päty zubov, nesmie mať žiadne z kolies menší počet zubov, než je počet kritický, podľa typu prevodu sa pohybuje medzi 14 a 17. Menší počet zubov je možný iba u prevodu používaných krátkodobo bez nárokov na presnosť, napr. u pastorku spúšťača. Šikmé evolventné ozubenie (v skutočnosti nie sú zuby iba šikmé, ale tvorí šróbovicu s veľkým stúpaním) je na tom lepšie po všetkých stránkach okrem účinnosti (asi 97%), je tichší, v zábere má väčšiu dvojicu dlhších zubov a tým všeobecne vyššiu únosnosť. Čiara záberu sa presúva postupne z jedného kraja zuba na druhý, tým sa akosi tíši hluk a lepšie sa rozkladá zaťaženie. K podrezaniu päty zuba dochádza pri menšom počte zubov, nie je nutné prevádzať korekciu. Účinnosť prevodu sa zlepší kvalitným opracovaním zubov a optimalizovaným mazaním. Nižšia účinnosť prevodu so šikmými zubami je spôsobená väčším počtom zubov v zábere. Šikmé ozubenie má tu vlastnosť, že v zábere vytvára výslednicu síl pôsobiacu axiálnym smerom a posunuje tak hriadeľ na jednu stranu. Túto silu je nutné zachytiť, najlepšie vhodným typom ložiska. Keď je požadovaná nulová axiálna sila, prechádza súkolím s dvojnásobne šikmými zubami, koleso sa axiálne rozdelí na dve rovnaké časti (s technologickou drážkou uprostred) a každá má obrátený smer stúpania zubov. Takto sa axiálne sily, vytvorené každou polovicou šikmého ozubenia, navzájom zruší. Používa sa napr. u parných turbín. Ide tiež vyrobiť súkolia so šípovými zubami, ale to je vhodné pre veľké zaťaženie pri malých obvodových rýchlostiach, u vozidlových prevodovkách sa ani jedno z týchto prevedení nepoužíva.

Ďalším pravidlom pri návrhu prevodu je to, že prevod ozubeným súkolím nesmie byť celé číslo, zvlášť je „zakázané“ číslo 1. Pri výrobe kolies môže dôjsť k určitým nepresnostiam pri vytváraní evolventy, pri montáži sa chyba oboch kôl podľa Murphyho zákona nastaví tak, že sa obidva chybné zuby stretnú a tak sa problém ešte znásobí. Nepresnosť naruší optimálne odvaľovanie, a pretože sa pri prevode tvorenom celým číslom budú tieto zuby neustále stretávať, rýchlo sa poškodia a vyradia súkolie z prevádzky. Pokiaľ bude prevod iný, chyba tam zostane, ale napr. pri počte 20/21 zubov sa tieto zuby stretnú za 21 otočení hriadeľa, a tak sa problém prejaví po 21x dlhšej dobe, opotrebenie ostatných zubov bude taktiež, ale menšie vďaka rozloženiu na všetky. Pokiaľ teda potrebuje vytvoriť prevod 1:2 (pohon rozvodu), urobím to reťazou alebo ozubeným remeňom, prípadne viac kolies s rozdielnymi prevodmi. Prevod 1 sa ale nedá obísť pri pohone rozvodu DOHC, keď sú vačky medzi sebou prepojené ozubenými kolesami s prevodom 1 a od klinového hriadeľa sa napr. reťazou poháňa len vačkovým hriadeľom jeden. Takéto súkolie neprenáša veľký výkon, a tak sa prípadná výrobná chyba výrazne neprejaví.

Všeobecne platí, že I. rychlostný stupeň, ktorý vytvára najväčšiu silu na výstupnom hriadeli, sa umiestni čo najbližšie ku stene prevodovky, kde sa musí zachytiť v ložisku výslednej sily spôsobujúcej ohyb hriadeľa. Akýkoľvek priehyb hriadeľa negatívne ovplyvňuje činnosť ozubenia, ktorému klesá životnosť. Ďalšie stupne sa umiestňujú postupne ďalej. Podľa veľkosti prenášaného výkonu sa hriadele ukladajú za každým druhým, alebo každým štvrtým súkolím. Dôležité je, aby sa hriadele za prevádzky neprehýbali. Umiestnenie synchronizácie sa všeobecne volí na hnanom hriadeli, niekedy sa kombinuje s hriadeľom hnacím. Synchronizácia na hnacom hriadeli zníži síce odpor za studená po naštartovaní, ale zhoršuje možnosť zaradenia z kľudu, pretože sa kolesá netočia a pokiaľ zostanú stáť zuby synchronizačnej spojky a kolesá proti sebe, je obtiažnejšie zaradiť. Z tohoto dôvodu sa synchronizácia I. a II. prevodového stupňa umiestňuje na hriadeli hnanom, ostatné je možné montovať na ľubovoľný hriadeľ. Synchronizácia na hnacom hriadeli totiž prenáša iba točivý moment motora, ktorý ešte nie je vynásobený prevodom, a tak môže byť prevedená na menšie zaťaženie, prípadne sa ich životnosť pri rovnakej veľkosti spojky zvýši (trecí krúžok brzdí ešte neznásobený moment hmotnosti rotujúcich dielov na strane hnacieho hriadeľa). Všetko je závisle na celkovej konštrukcii prevodovky ohľadne ich zástavbových rozmerov a čo najjednoduchšej manipulácii pri montáži prevodovky.

Voľba modulu ozubenia (m) – modul ozubenia je číslo, ktoré značí polovicu výšky zubov (celková výška zubu je ale ešte o veľkosť hlavovej vôle zubu (m x 0,25) väčšia). Od veľkosti modulu sú závislé ďalšie rozmery zubov, väčšinou sa jedná o násobky hodnoty modulu. U jednostupňových prevodov je voľba celkom jednoduchá, pretože si môžem modul zvoliť podľa tabuliek, a taktiež podľa tabuliek si nájsť rozmery kolies a vzdialenosť osi kolies od seba, všetko je dobre spracované. Veľkosť zubov je základným kritériom únosnosti, doladí sa šírkou kolesa. Väčší modul má údajne pozitívny vplyv na hlučnosť, menší modul zase dostane do záberu väčší počet zubových dvojíc, a tak zvýši únosnosť, obe je ale nutné výpočtom skontrolovať. U niekoľkostupňových prevodovkách je voľba modulu veľmi náročná, je nutné mnohokrát prepočítať rozmery kolies a prevodové pomery, aby bolo možné vôbec prevodovku zmontovať, vzdialenosť osí oboch hriadeľov je totiž rovnaká pre všetky súkolia. Najväčšia frajerina je zvoliť také usporiadanie prevodovky, kde sa použije len jeden modul na všetky kolesá. Jedna veľkosť modulu zjednoduší výrobu kolies. (To sa celkom podarilo u prevodovky do Favorita. Neskôr bola u prevodovky na Felícii od roku 1998 prevedená zmena, keď sa celá prevodovka prepočítala tak, aby odstupňovanie vyhovovalo pre všetky osadzované motory, pre jednotlivé typy sa tiež menila hodnota stáleho prevodu. Bol použitý väčší modul pre zníženie hlučnosti a zmenu odstupňovania jednotlivých stupňov.) Ak máme navrhnutý modul a prevodové pomery, je nutné previesť kontrolu na únosnosť ozubených kolies, existuje na to norma ČSN 01 4686. Únosnosti sa rozumie nielen pevnosť zubov, ale tiež odolnosť proti zadieraniu a pittingu. Pitting vzniká následkom prekročenia Hertzových tlakov, materiál sa začne vplyvom extrémneho preťažovania a odľahčovania vylupovať zo styčnej plochy, kde tak vznikajú jamky vodiace k rýchlej deštrukcii zubov. Pitting sa vyskytuje aj u iných strojných zariadení, veľmi často sú takto poškodené valivé ložiská. Pittingu výrazne napomáhajú nečistoty v oleji, a to i v prípade, že je súkolie spočítané správne. Strojný diel s modernizovaným povrchom nanesený pittingom je prakticky neopraviteľný.

Voľba presnosti opracovania – kde je nutné urobiť ekonomický rozbor, kedy je nutné dbať na ekonomiku a kedy na účinnosť. Výroba ozubenia sa rozdeľuje do 12 tried, prvý (absolútne presné ozubenie) sa nevyužíva, druhá a tretia trieda sa používa pre výrobu kontrolných kolies (kalibru), niekedy sa využíva pre kalibru i trieda štvrtá. Piata až deviata trieda sa používa pre súkolie vozidlových prevodoviek, posledné tri triedy sa používajú u najmenej náročných ozubení u kancelárskych strojov, prevody zdvíhadiel a dopravníkov, tlačiarenských strojov, lodných prevodoviek a ďalších. Základné opracovanie pri výrobe zubov zodpovedá účinnosti okolo 90 - 96%, záleží na kvalite mazania, brúsenia a leštenia ozubeného súkolia vykazuje účinnosť až 99%. Čím kvalitnejšie opracované koleso, tým väčšie obvodové rýchlosti sú schopné (trieda 4 a 5 je určená pre obvodové rýchlosti až 60 m/s), ale tiež je výrazne drahšia. Opotrebované koleso vykazuje účinnosť zníženú, bežne okolo 85%.

Voľba materiálu pre ozubené kolesá – dá sa použiť čokoľvek od lisovaného papiera cez tvrdené drevo, silón, plasty všeobecne (najviac sa používa polyamid a teflon), mosadz, liatina až po oceľ. Z lisovaného papiera asi prevodovku do auta nepostavíme, liatina tiež nevyhovuje, preto sa používa oceľ tr. 12 a vyššia. Oceľ tr. 11 nie je pre prevodovky príliš vhodná, keď sa už musí, pára sa s pastorkom z ocele tr. 12, ktorá sa zušľachťuje na tvrdosť vyššiu o 15 – 25 HB, nutné proti zadieraniu bokov zubov. Inak sa používa oceľ tr. 11 600 v spojení s liatinovým kolesom, a to len pre menej namáhané prevody, u automobilov sa nevyskytujú. Vhodným materiálom sú ocele 12 050, 12 060, 13 141, 13 240, 14 240, 15 260 a 16 250. Najviac sa doporučuje materiál 13 240, ktorý dáva až zrkadlovo lesklé boky zubov. Pokiaľ sa jedná o prevody namáhané trením, používala sa cementačná oceľ tr. 12, 14, 16. Nitridačná oceľ sa používa na ozubenie, ktoré sa nedá brúsiť, problémom je veľmi tenká nitridačná vrstva a z toho vyplývajúce iba polovične dovolené zaťaženie. Každopádne správna voľba materiálu kola a hriadeľa je veľmi dôležitá pre únosnosť a životnosť prevodovky.

Voľba koeficientu únosnosti – ako už bolo uvedené v Teórii motora, materiál možno zaťažovať podľa toho, akým spôsobom je namáhaný. U prevodoviek prevažuje jeden smer namáhania, a tak sú koeficienty nižšie, než napr. u ojnice motora. Pre pevnostné hodnoty sa používajú koeficienty väčšie než 1,7; pre tlaky (zamedzenie pittingu) väčšie než 1,4. Prevodovka teda krátkodobo vydrží 1,7 násobok menovitej záťaže. Prevodovky do ťažkých prevádzok, kde vznikajú často veľké nápory z preťaženia (jazda v teréne), majú koeficienty ešte vyššie. Z toho vyplýva jedno – pokiaľ chce dostať do rovnakej skrine prevodovku s vyššou únosnosťou, musíme použiť kvalitnejšie materiály, lebo previesť zväčšenie rozmeru hriadeľa a kolies. Väčší hriadeľ nie je problémom, únosnosť kolies sa rieši ich väčšou šírkou. Otázkou je, či zostane dosť miesta pre synchronizačnú spojku. Z tohoto dôvodu sa pre závodné autá používa radenie bez synchronizácie, synchrónne krúžky zaberajú dosť miesta a ich absenciu je možné okrem zvýšenia únosnosti pridať do rovnakej skrine i ďalšie súkolie, a tak mať prevodovku miesto päť, tak šesťstupňovú. Radenie sa robí celkom surové cez zuby, ale pretože je prevodovka pod neustálou kontrolou a diely sa pred každým závodom väčšinou menia, nie je tu problém. Pokiaľ máme takúto prevodovku v normálnom aute, som nútený radiť s medziplynom a počúvať príšerný hluk, pretože tieto prevodovky majú kvôli účinnosti rovné ozubenie a keď niekto počúval súťažného Favorita v plnej rýchlosti, neveril by vlastným ušiam – kvičanie, jačanie, pišťanie ,akoby sa malo auto rozsypať.

Ložiská – pre uloženie hriadeľa sa používajú výhradne ložiská valivé, podľa druhu prevodu guličkové a prípadne guličkové s kosouhlým stykom, valčekové málo a najviac kužeľové. Guličkové ložiská sú schopné prenosu i akési malé axiálne sily, s kosouhlým stykom i dosť výrazne. Valčekové ložiská je možné zaťažovať len radiálne, a tak nie sú vhodné tam, kde je nutné vymedzovať kvôli alebo kde vznikajú axiálne sily priamo s pôsobením výsledných síl šikmého ozubenia. Kužeľové ložiská vedia zachytiť ako radiálnu, tak axiálnu silu a ich vhodným predpiatim alebo vôľou sa vymedzí axiálny pohyb hriadeľa. Kužeľové ložiská sú nutné v prípade, keď má hnaný hriadeľ na svojom konci pastorok stáleho prevodu s kužeľovým súkolím a s jeho polohou sa musí presne zaradiť voči hnanému kolesu stáleho prevodu. Kolesá, ktoré sú na hriadeli uložené voľne (prislúchajú k synchronizácii) majú ložiská klzné, pretože pri prekĺznutí neprenášajú žiadny výkon, a tak toto uloženie väčšinou stačí, vývrt pre hriadeľ sa niekedy len vybrúsi bez výstelky ložiskovým kovom. V požiadavkách je len dostatočný prívod oleja, pre ktorý sa vytvárajú v puzdre kolesa mazacie drážky.

Skriňa prevodovky – dnes sa používajú prevažne hliníkové zliatiny, na postupu sú i zliatiny horčíkové, pre závodné špeciály (F 1) sa používa taktiež titan, ktorý sa vyznačuje vysokou pevnosťou a nízkou mierou hmotností, ale je výrobne veľmi drahý a v sériovej produkcii sa s ním nestretávame. Liatina sa používa vcelku výnimočne, a to prevažne pre prevodovky nákladných áut, alebo prevodovky stacionárne. Skriňa musí byť čo najpevnejšia, aby nedochádzalo k vzájomnému kríženiu hriadeľa v prevodovke, ktoré by malo za následok výrazne opotrebovanie ozubených kolies, preto býva výrazne rebrovaná. Skriňa sa často rieši ako spoločná s krytom spojky a zároveň je opatrená prírubou pre spúšťač. Konštrukcia skrine je odlišná pre prevodovky dvojhriadeľové a trojhriadeľové. Dvojhriadeľové prevodovky mávajú skriňu zloženú z troch dielov, deliacich rovinu ležiacu v ose hriadeľa, oba hriadele sa vložia do jednej poloviny skrine a druhou sa skriňa uzavrie, opačná strana od spojky sa uzavrie ďalším dielom, ktorý obsahuje prevod pre náhon rýchlomeru a niekedy riadiaci mechanizmus. Pokiaľ sa pridáva ďalší rýchlostný stupeň, vkladá sa medzi zovreté poloviny skrine a zadný kryt medzikus. Trojhriadeľové prevodovky majú často skriňu uzavretého typu, do ktorej sa skompletované hriadele zasunú z boku a skriňa sa uzavrie prírubou (krytom) spojky a v zadnej časti nástavcom pre hnaný hriadeľ, kde je taktiež prevod pre náhon rýchlomeru. Na skriniach sú ešte držiaky pre ovládací mechanizmus spojky. Plnenie olejom sa prevádza preto určeným otvorom, prípadne u prevodoviek s celoživotnou náplňou cez otvor po vymontovanom náhone rýchlomeru, vypúšťanie sa robí cez otvor v najnižšom mieste prevodovky, ktorý uzavriem zátkou (s magnetom pre zachytávanie kovového oteru) so závitom. Tesnenie týchto zátok je buď hliníkovým (bronzovým) krúžkom, prípadne bez tesnenia kužeľovým zrazením. Nové konštrukcie prevodoviek výpustný otvor nemajú, nepredpokladá sa výmena oleja po uplynutí životnosti vozidla. Pri poruche prevodovky sa olej odsáva alebo vypúšťa pri demontáži z vozidla cez otvor po kĺbovom hriadeli, alebo až pri demontáži skrine na dielni.

Synchronizácia

Pre zaradenie jednotlivých stupňov je potrebné vyrovnať otáčky hriadeľa a kolesá dané rýchlosťou, ináč nie je možné hladko a bezhlučne zaradiť. Normálne by pri radení hore bolo nutné čakať, až sa vplyvom odporu v prevodovke znížia otáčky príslušného hriadeľa natoľko, aby obvodové rýchlosti ozubených kolies zaradeného prevodu boli rovnaké (alebo sa líšili iba nepatrne). Aby sa nemuselo tak dlho čakať, pomáha sa tomu zapnutím spojky, keď sa vďaka rýchlym a znižujúcim otáčkam motora spomalí i hmotnosť v prevodovke. Pri riadení dole je potrebné túto hmotnosť roztočiť na otáčky vyššie, čo sa robí pomocou tzv. riadenia s dvojitým vyšliapnutím spojky a použitím medziplynu. Správny odhad veľkosti „medziplynu“ robí ľuďom s malým technickým citom problémy, a tak bola vyvinutá synchronizácia.

Brzdeniu a zrýchľovaniu kolies tu napomáha trecia spojka, ktorá sa dostáva do činnosti pri radení. Táto spojka sa pre zvýšenie samosvorného účinku vyrába ako kužeľová. Kužeľ má tu vlastnosť, že pri väčšom tlaku pri zasúvaní vonkajšieho na vnútorný kužeľ sa zvyšuje trenie medzi kužeľovými plochami viac, ako je tomu pri porovnateľnej sile u rovinných plôch (samosvorný účinok). Polovica trecej spojky (trecí krúžok) spolu s ozubenou spojkou a guličkovou poistkou tvorí synchronizačnú spojku. Trecia plocha krúžku je drážkovaná pre lepší odtok oleja zo styčnej plochy, ináč olejový film bráni správnej činnosti synchronizácie. Synchronizačná spojka sa skladá z jadra s trecím krúžkom zo špeciálnej mosadze, presúvanou objímkou (vence s vnútorným ozubením) a guličkové poistky. Guličkové poistky sú použité väčšinou tri rovnomerne rozmiestnené po obvode spojky.

Každé radené ozubené kolo má na svojom boku ozubenie s druhou polovicou trenia spojky (oceľová brúsená kužeľová plocha), do ktorého zapadne ozubenie synchronizačnej spojky. Synchronizačná spojka je na hriadeli posuvná axiálne, hriadeľ je drážkovaný, a tak sa na ňom nemôže otáčať. Posun synchronizačnej spojky je riešený vidlicou, ktorá zapadá do vybrania na obvodu spojky. Kolesá jednotlivých rýchlostí na rovnakom hriadeli sú voľne otočené, ale axiálny pohyb nie je možný (má len potrebnú vôľu pre možnosť voľného otáčania).

Radenie rýchlostného stupňa vypadá nasledovne (obr. 16):

I. poloha – synchronizačná spojka je medzi oboma rychlostnými stupňami a nie je teda v zábere so žiadnym kolesom, nie je zaradený žiadny rýchlostný stupeň.

II. poloha – pohybom radiacej páky sa dostáva do záberu trecej spojky, ktorá vyrovná otáčky ozubeného kolesa a hriadeľa (platí pre spomalenie i zrýchlenie kolesa voči hriadeľu)

III. poloha – pokračujúci tlak premôže guličkovú poistku a dôjde k presunutiu ozubenia synchronizačnej spojky na ozubené kolesá, radenie je dokončené. Radiaca vidlica sa aretuje guličkovou poistkou buď na ovládacej tyči, alebo sa vytvorí ďalší zárez na prevlečenom krúžku a využívajú sa guličkové poistky na synchronizačnej spojke, prípadne sa kombinuje oboje. Tým je synchronizačná spojka držaná v určenej polohe a rýchlostný stupeň nevypadne zo záberu.

Súbor:PrevObr8.jpg

Obr. 16 Klasická konštrukcia synchronizačnej spojky

Problém tohoto usporiadania je v rýchlosti radenia. Pokiaľ chceme zaradiť rýchle, zvýšime tlak na riadiacu páku, čo vedie k skoršiemu prekonaniu odporu guličkovej poistky a k zaradeniu dôjde skôr než sa otáčky vyrovnajú. Radenie je hlučné a namáha ozubené synchronizačné spojky a kolesá. Z tohoto dôvodu sa prešlo na synchronizáciu zaistenú (obr. 17), kde dôjde k presunu ozubeného krúžku až po vyrovnaní otáčok ozubeného kolesa a hriadeľa. Trecí krúžok 7 je vyrobený ako samostatný diel, je teda voľne na hriadeli otočný. Jeho otáčanie sa zabráni vyčnievajúcim zubom 4 v ozubenom prstenci 6, o ktorých je opretá listová pružinka 3, ktorá nahradzuje guličkový ventil. Vyčnievajúci zub má úkos a trecí krúžok je natočený proti ozubeniu v telese spojky 5, a tak bráni presunutiu ozubeného venca na ozubené kolo 8. Pri tlaku na radiacu páku trecí krúžok začína brzdiť ozubené koleso radené rýchlosťou, takto vzniknutá sila tlačí stále pružinu na stranu, a tak nedovolí jeho natočeniu, k tomu dôjde až po zablokovaní krúžku na kužeľovej ploche ozubeného kolesa (otáčky oboch častí sa vyrovnávajú), keď už sila listovej pružiny zrovná všetky zuby do jednej roviny, v tom okamihu dôjde k presunutiu spojky na kolo a je zaradená. Činnosť zaistenej synchronizácie nie je závislé na veľkosti tlaku na radiacu páku, väčší tlak umožňuje rýchlejšie a rovnaké bezhlučné zaradenie. (Uvedený systém s listovou pružinkou nie je jediným technickým riešením zaistenia synchronizácie, ale nezohnal som lepší obrázok.)

Súbor:PrevObr9.jpg

Obr. 17 Zaistená synchronizácia

Pokiaľ chceme znížiť ovládaciu silu pri radení pri zachovaní rýchlosti radenia, je nutné zväčšiť treciu plochu spojky. Jednoduchým zväčšením plochy kužeľa dosiahneme také zväčšenie axiálnych rozmerov synchronizačného ústroja, čo je nežiadúce. Z tohoto dôvodu sa používa zdvojená synchronizácia s dvoma trecími krúžkami rôznych priemerov, ktoré sú umiestnené nad sebou, medzi nimi je ďalší trecí krúžok. Axiálny rozmer synchronizačnej spojky sa nemení. Zdvojnásobenie plochy má za následok polovičnej ovládacej sily s zdvojnásobením účinku synchronizácie. Táto synchronizácia je výrobne drahšia, a tak sa používa len u najnamáhavejších prevodových stupňoch, čo je väčšinou I. a II. stupeň.

Súbor:PrevObr10.jpg

Obr. 18 Synchronizačná spojka s dvoma trecími krúžkami (FÁBIA u nemeckých motorov)

Snáď najlepšie technické riešenie u synchronizácie bez komplikácie s dvojitými trecími krúžkami vyvinuli u Porsche. Jeho prednosťami sú malé rozmery, teda nízka hmotnosť a možnosť veľmi rýchleho radenia. Celá spojka vypadá výrazne odlišne od spojky bežne používaných. Skladá sa z jadra s tromi nosmi, na ktoré je nasadená presúvacia objímka zubovej spojky. Zuby majú upravený tvar, ich bok má kužeľové zrazenie. Prstenec trecej kužeľovej spojky je rozkrojený a je nasadený na ozubené koleso rychlostného stupňa, ktoré má zub, ktorý bráni otáčaniu prstenca. Pružný krúžok bráni jeho vypadnutiu. Pri radení sa využíva servoúčinok, rovnaký ako má nábežná čeľusť bubnových bŕzd. Pri otáčaní ozubeného kolesa a presúvaní objímky sa prstenec oprie o zub na kolese a vonkajší kužeľovou plochou sa začína brzdiť o objímku, servoúčinok silne tento jav podporuje a akonáhle sa celý prstenec zovrie, zablokuje koleso a prstenec proti otáčaniu, objímku neskôr axiálne zasunie do záberu s ozubeným kolesom. Nepatrné vybranie uprostred šírky zubov presunutie objímky zaisťuje vďaka pružnosti prstenca aretácie zaradeného rýchlostného stupňa. Servoúčinok rozrezaného krúžku je veľmi účinný a k rýchlemu radeniu stačí len malá sila, radiť je možné neskutočne rýchlo.

Súbor:PrevObr11.jpg

Obr. 19 Synchronizácia Porsche

Z uvedených popisov vyplýva – radiť je možné iba v takom prípade, keď je jedno z kolies radeného rýchlostného stupňa voľno otočné a aspoň trochu sa voči druhému hriadeľu otáča. Malý rozdiel v otáčkach je dôležitý preto, aby nezostávali zuby synchronizačnej spojky a kolesá stáť oproti sebe, pretože majú obojstranné nábehy často to znemožňuje zaradenie prevodu. Hnaný hriadeľ je spojený s poháňanými kolesami, a tak tu nie je stupeň voľnosti možný. Voľný môže byť iba hnací hriadeľ, teda musí byť odpojený spojkou od motora. Radiť pri motore v behu je možné s vypnutou spojkou. Radenie „pod plynom“ je nutné riešiť iným spôsobom, synchronizačnej spojky a celý riadiaci systém takéto radenie neumožňuje. Ďalej snaha o rýchle zaradenie – zvlášť na prvé dva prevodové stupne – nadmerne namáha synchronizačné krúžky, ich životnosť rýchlo klesá. Taktiež veľký rozdiel medzi otáčkami hnacieho a hnaného hriadeľa pri radení nadmerne namáha synchronizačné ústroje, preto je vhodné pri radení patričného prevodového stupňa z neutrálu pri jazde z kopca použiť medziplyn. Keď ste si dobre pozreli príslušné obrázky, je vám teraz jasné, že sú tu dôležité jednotlivé rozmery všetkých dielov synchronizačného prístroja, pretože vzájomné vzdialenosti dielu umožňujú správnu funkciu zostavy. Akonáhle sa nejakým spôsobom rozmery zmenia, prestane synchronizácia uspokojivo pracovať. Platí to v prvom rade pre trecí krúžok, i malé opotrebenie trecej plochy zmení vzdialenosť pretiahnutého krúžku synchronizácie k ozubenému kolesu prevodu, pri ktorom dochádza k maximálnemu treniu medzi kužeľovými plochami. Hriadeľ vtedy nie je ešte dostatočne zabrzdený a tu dochádza k narazeniu zubov spojky o seba, čo znemožní bezhlučné zaradenie a pokiaľ nedôjde k rýchlej oprave, dôjde taktiež ku zničeniu ozubenej spojky.

Mazanie prevodovky

Prevodovka sa maže mazacími tukmi alebo prevodovými olejmi. Mazanie tukmi sa používa u celkom uzavretých prevodoviek pre malé výkony, alebo priemyselné prevodovky s malými obvodovými rýchlosťami, a to i pri veľkých prenášaných výkonoch. Priemyselné prevodovky bývajú vyrábané v triede presnosti 9 – 12, u hrubo opracovaných zubov je na mazanie tuk často lepší než olej. Tukmi sa tiež mažú prevodovky kuchynských strojov alebo kancelárskych strojov s ozubenými kolesami z plastov. Mazacie tuky majú vyššiu životnosť z hľadiska času a pri otočení stroja hore nohami nevytekajú. Vozidlové prevodovky majú mazanie olejom, mazanie je zaistené brodením a odstrekovaním, ktoré vzniká pri otáčaní ozubených kolies. Keď sa prevodovka roztočí, je vnútri prakticky neustále „olejový tanec“, olej strieka na všetky strany. I cez túto skutočnosť sa stáva, že sa na niektoré miesta olej v požadovanom množstve nedostáva a je nutné previesť nútené mazanie. Využíva sa niekedy olejové čerpadlo (veľké prevodovky), alebo sa skriňa v určitých miestach vytvaruje tak, aby niektoré súkolie pracovalo ako olejové čerpadlo, keď denne prepravuje olej hore do akéhosi kanáliku, odkiaľ olej steká na patričné miesto. Veľké prevodovky majú na výstupu z čerpadla veľmi často olejový filter a tiež chladič, prenos výkonu v radoch stoviek kW dokáže olej pekne ohriať. Veľké prevodovky majú horší pomer objemu oleje (desiatky litrov) voči povrchu skrine a tak fakt, že takáto prevodovka väčšinou stojí na mieste, spôsobí výraznejší nárast teploty oleja, ktorý na takéto teploty nie je skonštruovaný.

Mazanie brodením a obstrekom má jeden nedostatok, zvyšuje straty v prevodoch. U veľkých stacionárnych prevodoviek sa preto využíva mazanie olejovou hmlou, čo je mazanie pomocou stlačeného vzduchu, v ktorom je určité percento oleja. Ide o najdokonalejší spôsob mazania, ktorý sa vyznačuje nízkymi hydraulickými stratami a dobrým chladením prevodov a ložísk. Ložiska ani ozubenie nie sú premazávané, olejová hmla svedčí hlavne valivým ložiskám. Olej je neustále filtrovaný, a tak opotrebenie častí zariadení je menšie. Zariadenie na mazanie olejovou hmlou je ale technicky náročné a vyplatí sa skutočne len u veľkých strojov, kde hydraulické straty prevažujú nad technickou náročnosťou systému pre tvorbu olejovej hmly a vyššiu cenu prevodov vyrobených vo vyššej kvalite opracovaných bokov zubov. Zaradené mazanie olejovou hmlou (nemusí ísť len o prevodovky) vykazuje vyššiu životnosť než zaradené mazanie iným spôsobom.

K mazaniu všeobecne – olej má byť čistý a musí ho byť predpísané množstvo a hlavne typ a výkonnostná klasifikácia podľa API. Pre prevody s hypoidným súkolím, ktoré sa používajú u stáleho prevodu zadnej nápravy, sa musí použiť olej pre hypoidné prevodovky, označované písmenom H. Tento olej ale nesmie byť použitý do prevodoviek so synchronizáciou, použité EP prísady spôsobujú koróziu synchronizačných krúžkov z farebných kovov a následné poškodenie synchronizačných spojok. Synchronizačné krúžky s veľkým množstvo EP prísad, používané v olejovom type H, zle znášajú (negatívne pôsobenie EP prísad je popísané v článku Prísady do palív a mazív). Nečistoty v oleji akéhokoľvek charakteru pôsobia ako brusná pasta. Kovový oter sa preto zachytáva na magnetoch, ktoré sú súčasťou výpustných šróbov pre jednoduché odstránenie kovových pilín. Výrazný nárast množstva kovového oteru signalizuje poškodenie niektorého súkolia, väčšinou nás na to upozorní zvýšená hlučnosť (avšak to už je neskoro).

Olej by sa mal pravidelne podľa predpisov výrobcu meniť. Množstvo oleja je tiež dôležité. Výrobca udáva hladinu oleja, ktorá musí byť dodržaná. Pokiaľ je oleja málo, môže dôjsť k vynechávaniu mazania, prípadne sa olej nedostane na všetky miesta v požadovanom množstve. Rýchlejším obehom menšieho množstva oleja sa tento rýchlo opotrebováva a je teda potrebná skoršia výmena. Menšie množstvo oleja v prevodovke hore odvádza teplo, tým sa jeho teplota zvýši, čo ďalej skracuje jeho životnosť. Nedostatok oleja vedie najskôr k poškodeniu trecích krúžkov synchronizácie, neskôr sa pridávajú ložiska a nakoniec ozubení. Nadmerné množstvo oleja naopak spôsobí väčšie hydraulické odpory (nárast spotreby paliva) a namáha niektoré guferá, ktorá normálne nie sú v oleji ponorené. Typ oleja je tiež nutné dodržiavať, jeho viskozita zaisťuje optimálnu funkciu prevodovky. Riedke oleje nemusia pri zahriatí a za tropických teplôt vykazovať dostatočnú únosnosť, husté oleje zvyšujú straty a v zime do prehriatia oleje zhoršujú radenie. Pre vozidlové prevodovky sa najčastejšie používa olej SAE 80 alebo SAE 90, prípadne olej SAE 80W –90, ktorý je doporučený a alebo dokonca snáď predpísaný pre prevodovky Favorit. (Olej SAE 90 je rozumne použiteľný snáď do -5°C, potom príliš zhustne.) Tento olej je viacstupňový, podobne ako oleje motorové. V zime sa chová ako SAE 80 a v lete znesie vyššie teploty. Oleje SAE 140 a SAE 250 sú určené najmä pre špeciálne prípady a veľké merné zaťaženia, u nás sa snáď žiadna automobilová prevodovka v osobných autách pre tento typ oleja nevyskytuje. Existujú i oleje SAE 85W-140. SAE 75W sú oleje syntetické, určené pre celoživotné náplne prevodoviek. Podmienkou je konštrukcia prevodovky pre tento olej a hlavne sa musí použiť v prvovýrobe, prechod z normálneho oleja SAE 80 alebo 90 na tento olej z dôvodu celoživotnej náplne nie je vhodný. Do prevodoviek Škoda 1000 MB - 130 nie je tento olej vhodný. Označenie prevodových olejov písmenom W znamená, že je garantovaná viskozita pri nízkych teplotách. Viskozita pri teplotách vysokých je tu na spodnej hranici stanovenej normou, preto je lepšie používať oleje viacstupňové, označované napr. SAE 80W - 90, tento olej je použiteľný pri vonkajších teplotách od - 27°C do teploty + 40°C. Oleje zvlášť určené pre vozidlové prevodovky sa v poslednej dobe začali označovať slovom Tranz.

Mazanie prevodoviek motorovým olejom - používa sa iba u motocykla, kde súčasne s motorom a prevodovkou maže mokrú spojku (resp. odvádza teplo) a kedysi tiež u vozov Morris Mini s motorom vpredu napriek, ktorý mal spoločný blok pre motor i prevodovku a poháňal predné kolesá. Motor mal malý výkon a tak prevodovka nemala veľké nároky, okrem aditivaci motorového oleja je odlišná od oleja prevodového a nie je pre prevodovku dobré, keď sa olej musel častejšie meniť, platí to i pre olej v motocykloch. Obecne majú takto mazané prevodovky nižšiu životnosť. Každopádne do samostatných vozidlových prevodoviek motorový olej nepatrí.

Žiadnym olejom sa nedosiahne zvýšenie pevnosti súčasti prevodovky, preto je zbytočné robiť pokusy s viskóznymi olejmi za účelom montáže výkonnejšieho motora, ktorý má točivý moment vyšší než prevodovka dlhodobo znesie. Hustý olej len zvýši straty v prevodovke, ktorá tiež nadmerný výkon dlho nevydrží, najčastejšie niečo praskne na I. a II. prevodovom stupni. Pokiaľ sa niekto snaží znížiť viskóznejším olejom nadmernú hlučnosť prevodovky, mal by sa najskôr zamyslieť nad skutočným stavom prevodov a potom previesť výmenu opotrebených dielov, než sa snažiť zlepšiť niečo, čo zlepšiť nejde.

Problémy

Problémy s prevodovkou nastávajú v troch prípadoch: prvým je nedostatočné množstvo oleja alebo jeho neskorá výmena, druhý je nesprávne ovládanie a tretí je opotrebovaný riadiaci mechanizmus medzi riadiacou pákou a prevodovkou. O oleji som už písal. Len by som dodal, že sa olej vypúšťa rovnako ako u motora ihneď po jazde, kde je dobre tekutý a vyplaví čo najviac nečistôt. Nedoporučuje sa odsávanie oleja pomocou špeciálneho zariadenia (jeden čas dosť propagované i u motorov, že sa nemusí nič šrobovať atď.), pretože ani najlepšia odsávačka nedokáže zo spodnej časti skrine odstrániť veľké množstvo nečistôt, ktoré by sa ináč vyplavili pri vypúšťaní výpustným otvorom.

Ovládanie prevodovky sa síce na prvý pohľad zdá ako obtiažne vylepšenie, ale nie je tomu tak. Radiť prevody sa má s plne vyšliapnutou spojkou a tzv. na dvakrát, teda na prvú dobu vyradiť a na druhú zaradiť. Pohyb pri radení by mal byť plynulý, rýchle pohyby namáhajú trecie krúžky synchronizácie, ktoré sa tak rýchlo opotrebujú. Pokiaľ pri jazde z kopca vyraďujete radenie z neutrálu na niektorý stupeň doplňte medziplynom, teda krátkym pridávaním plynu roztočte motor zhruba do otáčok zodpovedajúcej rýchlosti vozu a zaraďovanému stupňu a až potom zaraďte, takto odľahčíte trecím krúžkom a zvýšite ich životnosť. Totiž platí pri dochádzaní ku križovatke alebo zatáčke na neutrál a radení nízkych prevodových stupňov. Pri radení I. rýchlostného stupňa u Š 742 a 781 sa zároveň radí naprázdno medzikolečko spiatočky, ozubenie kolečka i ozubenie na synchronizačnom krúžku má síce nábehy, ale pokiaľ budete radiť razantne a naviac s nedostatočným množstvom oleja v prevodovke, tieto nábehy sa „rozklepú“ a znemožní sa u stojaceho vozidla zaradenie rýchlosti. Medzikolečko sa totiž netočí, to platí i pre synchronizačnú spojku a tak nie je často možné I. stupeň zaradiť, nepomôže ani zapnutie a vypnutie spojky kvôli roztočeniu hnacieho hriadeľa. Jediná pomoc je zaradiť II. rýchlostný stupeň a skúsiť z neho zaradiť stupeň I., alebo na II. stupeň cuknúť vozom (kolesá sa voči sebe pootočia) a ihneď I. stupeň zaradiť. Oprava je možná snáď výmenou týchto dielov. Nemožnosť zaradenia v tomto prípade nie je vinou opotrebovania trecieho krúžku synchronizácie, jeho výmena nepomôže.

Radenie u prevodoviek bez synchronizácie – dnes sa to v autoškole učí snáď pri výcviku na nákladných vozoch. Tento typ radenia sa dá použiť u prevodovky s poškodenými synchronizačnými spojkami. Proti radeniu so synchronizáciou je nutné urobiť 8 úkonov pre radenie nahor a 9 úkonov pre radenie dolu.

• Radenie nahor:

1. vypnúť spojku (našliapnuť pedál) a uvoľniť plyn
2. vyradiť
3. zapnúť spojku (uvolniť pedál)
4. vypnúť spojku
5. zaradiť vyšší stupeň
6. zapnúť spojku a 8 pridať plyn

• Radenie dolu:

1. vypnúť spojku (našliapnuť pedál) a 2 uvoľniť plyn
2. vyradiť
3. zapnúť spojku (uvoľniť pedál)
4. primerane dlhým pridaním plynu roztočiť motor tak, aby sa zhruba otáčky hnacieho hriadeľa rovnali otáčkam hriadeľa hnaného x prevod (nutne nacvičiť, po prvé sa to asi nepodarí, čím nižší stupeň voči rýchlosti vozidla, tým väčšie otáčky motora)
5. vypnúť spojku
6. zaradiť nižší stupeň
7. zapnúť spojku a 9 pridať plyn

Všetky úkony musia byť prevedené ihneď za sebou, pri znížení otáčky hnacieho hriadeľa proti optimu sa zmenia a radenie je hlučné (cez zuby). Veľkosť medziplynu je dôležitá pre bezhlučné radenie, je lepšie motor roztočiť viac, pretože otáčky hnacieho hriadeľa po vypnutí spojky samy o sebe klesajú, a tak sa rovnováhy dosiahne lepšie, než keď sú otáčky motora nízke. Až nadobudnete dostatok skúsenosti, je možné radenie dolu zrýchliť tak, že pri vypínaní spojky uvoľníte pedál plynu s malým oneskorením, motor sa odľahčením roztočí (nie je teba pridávať opätovne plyn, ale je nutné rýchle vyradiť a zapnúť spojku, aby sa otáčky motora preniesli na hnací hriadeľ) a tak sa ušetrí nejaká ta desatina sekundy a nejaký ten ml paliva. Každopádne radenie bez synchronizácie je pre prevodovku vždy namáhavejšie, lebo synchronizáciu otáčok oboch hriadeľov sa väčšinou nepodarí vyrovnať úplne presne a radenie sa odohráva s menšími či väčšími razanciami.

Radiaci mechanizmus vo vnútri prevodovky – kde sú na tom najlepšie vozy s motorom pozdĺžne vpredu a pohonom zadných kolies, prevodovka naväzujúca na motor má riadiacu páku priamo na sebe bez vonkajších prevodových tiahel, lebo sú tiahla veľmi krátke. Vozidlá s predným náhonom majú prevodovku umiestnenú priečne, tu je problém so zmenou uhlu radenia, ale riadiaca konzola je v karosérii zavesená s veľkou vôľou a voči prevodovke je definovaná pomocou držiaku, vzdialenosť radiacej konzoly od prevodovky je konštantná bez ohľadu na výkyvy prevodovky v silentblokoch a k problému s radením nedochádza. Prenos hluku tu ale akýsi zostáva. Dnešné vozidla používajú najčastejšie prenosy pomocou lán a lanovodov, prevodovka sa môže vrtieť ako chce aj keď je radenie ovplyvnené, naviac sa tým zabraňuje prenosu hluku do karosérie. Vadné riadiace tiahla – samotné tiahla sa len tak nepoškodia, ale ich kĺby sú upotrebiteľnými dielmi rovnako ako kĺby iné. Pokiaľ sa začnú vyskytovať v týchto kĺboch vôle, riadiaca páka nemusí byť schopná dostatočného rozsahu pohybu na ich vymedzení a riadiace tiahla sa potom navzájom ovplyvňujú. Pokiaľ nie je riadiaca páka v prevodovke v správnej polohe, môže ovládať miesto jednej dve riadiace vidlice, a pretože sú navzájom voči sebe blokované, nedá sa zaradiť žiadny stupeň, prípadne sa zaradí stupeň úplne iný než požadujeme. Problém radenia u Š 742 je v uložení motora vzadu, kde je od riadiacej páky k prevodovke relatívne ďaleko a naviac prístupná trasa je možná iba stredovým tunelom. Priame prepojenie riadiacej páky cez konzolu a ovládaciu tyč nie je možné z dôvodu nutnosti zachovania možnosti vzájomného pohybu prevodovky a karosérie kvôli obmedzeniu prenosu vibrácie, a tak musí byť použitý medzičlánok. Pôvodne používaný domček s dvoma pryžovými dielmi bol (po 23 rokoch) nahradený kĺbovým spojením. Kĺb síce obmedzil prenos hluku do karosérie, ale obe tieto riešenia vnášajú do radenia vôľu, ktorá presnosti radenia príliš nepridáva. Prevesenie silentbloku motora naruší súosie prevodovky a riadiaceho tiahla, čo vedie u kyvadlových náprav k občasnému samovoľnému vyradeniu prevodového stupňa pri prejazde zvlnených úsekov zadnými kolami (platí hlavne pre staré prevedenie riadiaceho tiahla). Pre priame ovládanie lanovodov tu nie je dostatok priestoru (musela by sa vyrobiť atypická konzola z kĺbov a na prevodovke mechanizmus s kĺbom taktiež). Vyriešiť samodomotuningem prepojenie riadiacej tyči napevno s riadiacou pákou prevodovky a riadiacou konzolou umiestnenou na špeciálnom ramene, ktorú pripevníme k prevodovke (ako u Favorita), nebude vzhľadom k vzdialenosti riadiacej konzoly od prevodovky a rozmerov tunelu vôbec jednoduché. V tuneli prekáža lano ručnej brzdy a hadica ku kúreniu, lanovod sýtiča a plynu. Problémom je tiež uloženie motora, keď i malé prevesenie silentbloku vyklonia prevodovku natoľko, že by sa prípadne rameno oprelo o hornú stenu tunela. Môže sa vyskúšať ovládanie pomocou hydraulických válečkov.

Radenie spätného chodu: väčšinou sa používa presunutím vloženého kolesa spätného chodu s rovnými zubami do záberu, je preto vhodné, aby vozidlo bolo v kľude a kolesá sa netočili. Pokiaľ je radenie hlučné, spojka špatne vypína a hnací hriadeľ sa stále otáča. V prípade vypadávania spätného chodu pri zaťažení je vložené koleso spätného chodu zle vystredené a výstrednica hnacích síl ho vytláča na stranu, preto koleso nie je dostatočne zasunuté do záberu. Jedinou pomocou je demontáž prevodovky a nastavenie riadiacej vidlice.

Prevodovka s dvoma spojkami

Požiadavky na zvýšenie počtu prevodových stupňov a zrýchlenie radenia, prípadne radenie bez prerušenia prenosu výkonu, mali za následok vývoj prevodoviek so sekvenčným radením. Najlepšie riešenie tejto požiadavky pre sériovú produkciu predstavil Volkswagen pod názvom DSG (Direkt Shift Gearbox). V princípe ide o upravenú trojhriadeľovú prevodovku rozdelenú na dve prevodovky s dvoma spojkami (v olejovej náplni) a dvoma vstupnými a výstupnými hriadeľmi. Vstupné hriadele sú z dôvodu úspory miesta vložené do sebe (jeden hriadeľ je dutý). Jedna prevodovka tvorí vetvu s párnymi (vrátane spätného chodu) a druhá vetva s nepárnymi prevodovými stupňami, zatiaľ sa celkový počet prevodových stupňov ustálil na čísle 6 (7 pre závodné motory). Radenie prebieha tak, že sa vždy podľa otáčok motora a polohy plynového pedálu zaradí jeden stupeň (prvá vetva prevodovky), ktorý je spojený s motorom pomocou príslušnej mokrej spojky a zároveň sa zaradí stupeň nasledujúci (v druhej vetve prevodovky), ktorý je ale zaradený naprázdno, pretože je druhá mokrá spojka vypnutá. Automaticky, alebo povelom od riadiacej spojky sa prehodí a tak je zaradený ďalší stupeň, u prvej vetvy sa ihneď zaradí prevod nasledujúci. Pri poklese otáčok je tomu naopak, zaradí sa o jeden stupeň nižší. Ku zmene prevodu dochádza neobyčajne rýchle, pretože sú príslušné rychlostné stupne už zaradené, len sa pripojí cez mokrú spojku k motoru, zmena prevodu trvá cca 30 – 40 ms pri neprerušenom prenose výkonu. Oba výstupné hriadele zaberajú priamo na ozubení stáleho prevodu, pokiaľ nie je stály prevod s diferenciálom v spoločnej skrini, je nutné previesť spojenie ďalším ozubeným kolom. Radiť je možné vďaka elektrohydraulickému systému buď plne automaticky, alebo ručne pomocou páčok alebo tlačítka (jedným sa radí nahor, druhým dole).

Alfou a omegou princípu prevodovky DSG sú spojky. Spojky sú viacejlamelové v olejovej náplni vyrobenej včetne ich ovládacieho systému vo vysokom stupni presnosti, použitie suchých spojok sa neosvedčilo. Pri preraďovaní dochádza po určitej dobe k záberu oboch spojok, suché spojky nedokázali odviesť vyvinuté teplo a naviac ich schopnosť tlmiť vznikajúce vibrácie je obmedzená. Spojky sú skonštruované ako sústredné, jedna má väčší priemer ako druhá, ale schopnosť prenášania momentu motora je rovnaká. Životnosť spojky je minimálne 250 000 km. Hriadeľ od spojky sú vložené do seba, tým sa stáva prevodovka veľmi kompaktná. Radiaci mechanizmus jednotlivých rýchlostných stupňov má väčšie synchronizačné spojky z dôvodu rýchleho radenia.

Súbor:PrevObr5-1.jpg

Princíp prevodovky s dvoma spojkami

Ovládanie prevodovky zaisťuje mechatronický systém riadenia počítačom. Pedál spojky chýba, elektronika sa stará i o ovládanie spojky pri rozjazde. V normálnom režime sa radí postupne jeden prevodový stupeň po druhom, nutnosťou je striedanie párnych a nepárnych prevodových stupňov. Programové vybavenie ale dokáže zaistiť i preskočenie niekoľkých stupňov, napr. zaradenie II. stupňa priamo zo VI. stupňom sa deje tak, že sa nakrátko zaradí stupeň piaty a potom ihneď prevod druhý. Celá táto akcia je zvládnutá za menej než 1 sekundu s komfortom radenia najlepších samočinných prevodoviek s planétovými prevodmi. Súčasťou prevodovky je olejové čerpadlo a chladič oleja, ktorý musí zvládnuť odviesť až 70 kW stratového výkonu pri rozjazde. Olejové čerpadlo vytvára tlak cca 20 bar a má výkon až 90 l/min. Olej slúži k ovládaniu hydrauliky a zároveň prevodovky i maže. Radiaca jednotka je prepojená cez dátovú zbernicu BUS s ostatnými systémami vozidla a na základe takto získaných údajov volí režim radenia. Pre vonkajšie ovládanie je použitá klasická páka s polohami P, R, N, D, S, v režime D je radenie veľmi komfortné, v režime S sa využíva skrátenie doby radenia (na úrovni 30 ms) a dole sa radí s medziplynom. Je možné i priame ovládanie radenia pomocou páčok na volante, lebo sa presunie voliaca páka do pravej roviny s polohami + / - (systém Tiptronic). Radiť je možné ľubovoľne, ale elektronika nedovolí zaradiť príliš nízky rýchlostný stupeň, ktorý by viedol k pretočeniu motora. Systém je vybavený funkciou Launch Control pre najlepšie využitý výkon motora pri rozjazde. Uvedená prevodovka váži 90 kg, obsahuje 6,4 l oleje a prenesie 350 Nm. (Hmotnosť prevodovky vzhľadom k veľkosti prenášaného momentu nie je zasa tak veľká a odpovedá zhruba prevodovkám automatickým.)

Pretože tu nie je možnosť použitia priameho záberu a prenos výkonu ide cez dve alebo i tri súkolia, vďaka väčšiemu počtu prevodových stupňov beží motor v režimu bližšie optimu a tak celková spotreba paliva môže i klesnúť (overené prevádzkou). Pretože je prevodovka rozdelená na dve časti, jej stavebná dĺžka je kratšia a tak nie je veľký problém pridávať ďalšie prevodové stupne, pridaním dvoch stupňov sa prevodovka predlží takmer o šírku stupňa jedného. Najväčšou výhodou tejto prevodovky je, okrem automatického radenia, prenos výkonu bez prerušenia, prevodovka tak môže zaradiť v akejkoľvek situácii, ani by sa zmena prevodu výraznejšie podpísala na chovanie vozidla. Absencia hydrodynamickej spojky zlepší ekonomiku prevádzky, problém so spoločným zapnutím oboch spojok je nepatrný, pretože doba spoločného pôsobenia je veľmi krátka a na ekonomike prevádzky sa neprejaví. Podľa môjho názoru patrí tomuto systému budúcnosť, pri veľkosériovej výrobe poklesne cena a bude tak možné vybavovať vozidlá nižších cenových kategórií.

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Prevodovka