Yleistä
Peruskäsitteet
Newtonin lain mukaan voima [F] on yhtä suuri kuin massa [m] kerrottuna kiihdytyksellä [a]:
F = m x a
Voiman mittayksikkö on newton [N]
Vääntömomentti [M] saadaan kertomalla voima [F] vipuvarrella [r]
M = F x r
Teho [P] määritetään voiman [F] ja matkan [s] suhteena aikaan [t].
Se voidaan myös laskea vääntömomenttia [M] ja pyörintänopeutta [n] käyttämällä
Voimankulku = moottori -> kytkin -> vaihteisto -> vetopyörästö ja tasauspyörästö -> vetoakselit -> vetävät pyörät (reitti, jonka kautta moottorin tuottama käyttövoima välittyy)
Paine [p] määritetään voiman [F] suhteena pinta-alaan [A]: p = F / A
Yksikkö on Bar
Suljetussa hydraulijärjestelmässä vallitsee kaikkialla sama paine [p]. Jos järjestelmään asennetaan kaksi mäntää, niille pätee voiman [F] ja pinta-alan [A] suhde
|
Kiinteä liitos aikaansaadaan, kun esim. kahta kappaletta puristetaan yhteen niin lujasti, että ne eivät kitkavoimien vuoksi enää pysty siirtymään toisiinsa nähden
Jos kiila sovitetaan kahteen osaan sillä tavalla, että siihen kohdistuu leikkausrasituksia voimansiirron aikana, liitos on muotoliitos
Voimansiirto
Kytkin
Kytkin on kohta, jossa voimankulku voidaan katkaista. Pääasiassa käytetään kitkakytkimiä.
Kytkinlevy on päällystetty kitkamateriaalilla. Jousivoima puristaa kytkinlevyä kitkapintojen välissä, jolloin vääntömomentti välittyy moottorilta vaihteistolle.
Vaihteisto
Eri vaihteita valittaessa vaihteistossa kytketään eri välityssuhteessa olevia hammaspyöräpareja.
Eri välityssuhteiden ansiosta voidaan sovittaa ajonopeutta muuttamalla moottorin pyörintänopeutta ja vääntömomenttia sekä vaihtaa pyörimissuunta peruutusvaihdetta varten.
Yleisimmin käytetty vaihteistotyyppi on käsivaihteisto.
|
Nivelakselit
Nivelakselien tehtävä on välittää voima vaihteistolta takavetopyörästölle
Vetopyörästö
Vetopyörästö on kiinteävälityksinen alennusvaihde ja suurentaa siten välitettävää vääntömomenttia.
|
Tasauspyörästö
Tasauspyörästö jakaa vetovoiman tasaisesti vetäville pyörille.
Jakovaihteisto
Jakovaihteistot asennetaan voimankulun suunnassa vaihteiston jälkeen. Jakovaihteiston tehtävä on jakaa vetovoima etu- ja taka-akselille
Etuveto
Moottori, kytkin, vaihteisto vetopyörästön ja tasauspyörästön kanssa on kytketty yhteen etukäyttöaggregaattiin.
Takaveto
Tavallisessa takavetojärjestelmässä moottori, kytkin ja vaihteisto on auton etuosassa. Vetovoima siirretään takavetopyörästölle nivelakselin kautta.
Neliveto
Nelipyörävetojärjestelmä perustuu takapyörävetojärjestelmään, mutta vaihteiston ja nivelakselin välille on kytketty jakovaihteisto.
Kytkin
Tehtävät:
-Välittää moottorin vääntömomentti vaihteistolle
-Mahdollistaa auton liikkeellelähtö
-Keskeyttää moottorin ja vaihteiston välinen voimaa siirtävä yhteys vaihteiden kytkemisen ajaksi
-Vaimentaa vääntövärähtelyjä
-Suojata moottoria ja voimansiirron osia ylikuormittumiselta
Kytkimen käyttömekanismi
Kytkimen käyttölaitteen täytyy vahvistaa polkimen painamisvoimaa ja välittää voima kytkimen painelaakeriin. Vauhtipyörä kannattaa kytkintä ja välittää moottorin vääntömomentin eteenpäin.
Mekaaninen kytkimen käyttömekanismi
Vaijerikäytössä polkimen liike välitetään teräsvaijerilla kytkimen irrotusvipuun ja painelaakeriin, jolloin kytkintä käytetään.
Hydraulinen kytkimen käyttömekanismi
Pääsylinteri tuottaa hydraulijärjestelmän tarvitsema nestepaine. Työsylinteri johtaa pääsylinterin tuottama nestepaine käyttövoimaksi kytkimen painelaakerille.
Levyjousikytkin
Vauhtipyörän ja kytkinlevyn kanssa kytkimen painelevy muodostaa kitkajärjestelmän.
Kytkinlevy
Kytkinlevyn tehtävä on välittää moottorin vääntömomentti vauhtipyörästä ja painelevystä vaihteistoon, kitkapäällyste on yleensä kiinnitetty jousitetusti.
Kytkimen irrotusvipu
Kytkimen irrotusvivun tehtävä on keskeyttää voimankulku moottorin ja vaihteiston välillä. Kytkimen irrotusvipua käytetään kytkinjärjestelmissä kytkimen painelaakerin siirtämiseen.
Kytkimen painelaakeri
Kytkimen painelaakeri välittää irrotusvoiman pyörivälle kytkimelle.
Vauhtipyörä
Vauhtipyörä varastoi osan työtahdin aikaisesta liike-energiasta. Vauhtipyörä varmistaa kampiakselin tasaisen pyörimisen. Vauhtipyörään on kiinnitetty kytkin.
Kaksimassavauhtipyörä
Tavallinen vauhtipyörämassa on jaettu ensiömassaan (kampikoneisto, ensiövauhtipyörä) ja toisiomassaan (toisiovauhtipyörä, kytkin).
Perusteet
Tehtävä
Käsivaihteisto sijoitetaan auton voimansiirrossa kytkimen ja vetopyörästön väliin.
Vaihteistokotelo
Molempien kotelopuolikkaiden tehtävä on kannattaa pää-, sivu- ja valitsinakselit sekä kytkimen osat ja akselilaakerit.
Vaihteistokotelon tuuletus
Vaihteiston tuuletuksen tehtävä on tasata käytön aikana muodostuva ylipaine.
Vaihteensiirtomekanismi
Vaihteensiirtomekanismi vaihtaa kuljettajan vaihdevivulla valitseman, valitsin- ja kytkentävaijerin tai vaihteensiirtovivuston kautta välitetyn vaihteen.
Peruutusvalokytkin
Peruutusvalokytkin on yleensä asennettu vaihteistokoteloon ulkopuolelle, mutta sitä käytetään vaihteiston sisäpuolelta, esim. pääakseliin asennetulla tapilla.
Samalinjaisilla akseleilla toimiva vaihteisto
Samalinjaisilla akseleilla toimivia vaihteistoja asennetaan etumoottorilla ja takavedolla varustettuihin autoihin. Näissä vaihteistoissa on sisäänmenoakseli, ulostuloakseli ja sivuakseli.
Erilinjaisilla akseleilla toimiva vaihteisto
Erilinjaisilla akseleilla toimivia vaihteistoja asennetaan etumoottorilla ja etuvedolla tai takamoottorilla ja takavedolla varustettuihin autoihin. Näissä vaihteistoissa on sisäänmenoakseli ja ulostuloakseli.
Synkronointi
Synkronilaitteiden tehtävä on tasata siirtoholkin ja vapaasti pyörivän pyörän väliset pyörimisnopeuserot sekä tehdä vaihtamistapahtumasta hiljainen ja nopea.
Vaihteistoöljy
Vaihteistotyyppi ja vaihteistoon kohdistuvat rasitukset kaikissa käyttötilanteissa määräävät käytettävän vaihteistoöljyn laadun.
Hammaspyörät
Tehtävä ja toimintaperiaate
Akseleille asennetut hammaspyörät välittävät toisen akselin pyörintäliikkeen toiselle akselille.
Pyörintäsuunta
Kun kaksi hammaspyörää on hammastettu toisiinsa, ulostuleva pyörintäsuunta päinvastainen kuin sisäänmenevä pyörintäsuunta. Jos halutaan saada ulostuleva pyörintä suunta samaksi kuin sisäänmenevä pyörintäsuunta, täytyy lisätä välipyörä.
Muodot
Vaihteistoissa käytetään kolmentyyppisiä hammaspyöriä:
- Suorahampaisia lieriöhammaspyöriä
- Vinohampaisia lieriöhammaspyöriä
- Kartiohammaspyöriä
Lieriöhammaspyörät
Lieriöhammaspyöriä käytetään vääntömomenttien välitykseen.
Kartiohammaspyörät
Kartiohammaspyörät jakautuvat suorahampaisiin ja kierrehampaisiin. Kartiohammaspyöriä käytetään ennen kaikkea tasauspyörästöissä.
Välityssuhde
Välitys vastaa käytettävän hammaspyörän hammasmäärän suhdetta käyttävän hammaspyörän hammasmäärään.
Alennusvaihde
Alennusvaihteessa käyttävä hammaspyörä on pienempi kuin käytettävä hammaspyörä.
Synkronilaitteet
Yksinkertainen synkronointi
Synkronilaitteen tehtävänä on tasata pyörimisnopeudet vaihdehammaspyörän ja siirtoholkin välillä ja varmistaa vääntömomentin siirtäminen vaihdehammaspyörältä akselille vaihteen ollessa kytkettynä.
Osat
- Synkronirengas
- Synkroninapa
- Siirtoholkki
- Jousi
- Synkronisalvat
- Kuula
Vapaa-asento
Synkronisalvat pitävät siirtoholkin synkroninavalla, kun vaihdetta ei ole kytketty.
Esto- ja synkronointiasento
Vaihdetta kytkettäessä siirtohaarukka työntää siirtoholkkia kytkettävän vaihdehammaspyörän suuntaan.
Kytkentäasento
Vaihteistoakselin ja vaihdehammaspyörän välille on muodostettu yhteys.
Kaksinkertainen synkronointi
Kaksinkertaisessa synkronoinnissa vaihteensiirtoon tarvitaan vähemmän voimaa, kestävyys paranee ja vaihtomukavuus paranee alaspäin vaihdettaessa.
Toiminta
Synkronoinnin aikana siirtoholkki työntää ulompaa synkronirengasta synkronikartiolle ja synkronikartiota sisemmälle synkronirenkaalle.
3-akselinen vaihteisto
Yleistä
Samalinjaisilla akseleilla toimivia vaihteistoja nimitetään myös 3-akselisiksi vaihteistoiksi. Samalinjaisilla akseleilla toimivia vaihteistoja asennetaan autoihin, joissa on etumoottori ja takaveto.
Rakenne
Sisäänmeno- ja pääakseli ovat samalla linjalla.
Sisäänmenoakseli
Moottorin vääntömomentti välittyy sisäänmenoakselilta sivuakselille.
Sivuakseli
Sisäänmenoakseli käyttää sivuakselia, jonka avulla vääntömomentti välitetään kulloinkin kytketylle vaihdehammaspyörälle.
Pääakseli
Pääakseli on laakeroitu kytkimen puolella sisäänmenoakseliin ja vaihteiston puolella vaihteistokoteloon.
Toiminta
Vaihteenvalinta tapahtuu siirtämällä siirtoholkkeja sivuttaissuunnassa.
Voimankulku vaihteistossa
Samalinjaisilla akseleilla toimivissa vaihteistoissa voima siirtyy sisäänmenoakselilta sivuakselin kautta kulloinkin kytketylle vaihdehammaspyörälle ja siitä pääakselille.
2-akselinen vaihteisto
Yleistä
Erilinjaisilla akseleilla toimivassa vaihteistossa sisäänmeno- ja ulostuloakseli eivät ole samalla linjalla. Erilinjaisilla akseleilla toimivia vaihteistoja kutsutaan, myös nimellä 2-akselinen vaihteisto.
Rakenne
Voimaa välittävä kytkentä aikaansaadaan kullakin vaihteella siirtoholkkien avulla. Siirtoholkkeja käytetään kytkentävivulla, joka kytkee ne siirtohaarukan välityksellä.
Sisäänmenoakseli
Sisäänmenoakseli välittää moottorin vääntömomentin vaihteistoon.
Ulostuloakseli
Ulostuloakseli välittää moottorin vääntömomentin suoraan tasauspyörästölle.
Toiminta
Vaihteenvalinta tapahtuu siirtämällä siirtoholkkeja sivuttaissuunnassa.
Voimankulku vaihteistossa
Erilinjaisilla akseleilla toimivissa vaihteistoissa voima siirtyy sisäänmenoakselilta kytketyn vaihdehammaspyörän kautta ulostuloakselille.
Nivelakselit
Tehtävät
- Välittää vääntömomentteja
- Mahdollistaa kulmien muutokset
- Sallia pituusmuutokset
Rakenne
Nivelakseli on tavallisesti asennettu ristinivelten avulla käsivaihteiston ja takavetopyörästön väliin sekä varustettu liukukappaleella ja tukilaakerilla.
Toiminta
Kulmamuutokset, joita tapahtuu ajon aikana, tasataan ristinivelien avulla.
Ristinivel
Nivelristi kytkee neulalaakerien välityksellä kaksi haarukkaa toisiinsa. Tätä liitosta voidaan taivuttaa enintään 25°.
Tukilaakeri
Tukilaakerit tukevat ja ohjaavat akselia, käytettään yleensä jos vaihteisto ja taka-akseli ovat kaukana toisistaan.
Liukukappale
Liukukappale vastaa nivelakselin sovittamisesta pituusmuutoksiin.
Levynivel
Levyniveliä käytetään pääosin voimansiirron värinän ja äänien vaimentamiseen.
Etu- ja takavetoakselit
Yleistä
Etuvetoisissa autoissa vetoakselit asennetaan vaihteiston ja pyörännapojen väliin. Takavetoisissa, erillisjousitetuissa vetoakselit sijaitsevat takavetopyörästön ja pyörännapojen välissä.
Vakionopeusnivelet
Käytössä on seuraavia vakionopeusniveliä:
- Liukuvat vakionopeusnivelet
- Kiinteät vakionopeusnivelet
- Kaksois nivelet
Kolmionivelet
Kolmionivelet ovat liukuvia vakionopeusniveliä, jotka sallivat enintään 55 mm:n pituussuuntaisen siirtymän ja samalla enintään 26°:n taivutuskulman.
Kuulavakionopeusnivelet
Sallivat enintään 45 mm:n pituussuuntaisen siirtymän ja samalla enintään 22°:n taivutuskulman.
Kiinteät vakionopeusnivelet
Kiinteät vakionopeusnivelet ovat kuulaniveliä, jotka eivät säädy pituussuunnassa mutta joita voidaan taivuttaa jopa 47°.
Kaksois(risti)nivelet
Kaksoisnivelet ovat ristiniveliä, jotka eivät säädy pituussuunnassa mutta joita voidaan taivuttaa jopa 50°.
Väliakseli/laakerointi
Estää pitkien vetoakselien aiheuttamat värinäongelmat.
Vetävä taka-akseli ja tasauspyörästö
Yleistä
Takavetoisissa autoissa moottorin vääntömomentti välitetään vaihteistosta nivelakselin kautta vetopyörästöön ja pyörille.
Tyypit
- Puolikevennetty taka-akseli
- Kevennetty taka-akseli
- Erillisjousitus
Puolikevennetty taka-akseli
Puolikevennetyissä taka-akseleissa vetoakselit on asennettu toisella puolella vetopyörästöön.
Kevennetty taka-akseli
Kevennetyssä taka-akselissa pyörännapa on laakeroitu kahteen vastakkaiseen kartiolaakeriin.
Erillisjousitus
Akselipalkkia ei tarvita. Akselipalkin sijasta vetoakselit yhdistävät takavetopyörästön pyöriin.
Takavetopyörästön tehtävät
- Vähentää vaihteistolta tulevaa pyörintänopeutta
- Kasvattaa vetomomentti noin nelinkertaiseksi
- Välittää vääntömomentti vetäville pyörille
Tasauspyörästö
Osat:
- Tasauspyörästökotelo
- Pienet tasauspyörät
- Isot tasauspyörät
Tehtävät
Vetävien pyörien pyörintänopeuksien erojen tasoitus. Vääntömomentin jakaminen tasaisesti vetäville pyörille.
Kartiotasauspyörästö
Kun ajaa suoraan eteenpäin molemmat pyörät ja vetoakselit pyörivät yhtä nopeasti. Kun ajaa kaarteeseen, kaarteen ulkopuolinen pyörä pyörii nopeammin kuin kaarteen sisäpuolinen pyörä. Jos pyörä luistaa auto ei pysty enää etenemään.
Tasauspyörästön lukot
Tasauspyörästö jakaa molemmille pyörille saman vääntömomentin. Poikittaislukon avulla enemmän vääntömomenttia välitetään pyörälle, jolla on parempi pito. Keskilukot toimivat samalla tavalla, mutta niiden tehtävä on vastata vääntömomentin jakamisesta akselien välillä.
Kytkettävät tasauspyörästön lukot
- Kytkettävät tasauspyörästön lukot
- Automaattiset tasauspyörästön lukot
Automaattiset tasauspyörästön lukot
Automaattiset tasauspyörästön lukot aiheuttavat sen, että pyörintänopeuksien tasaus estetään automaattisesti.
Nelivetojärjestelmät
Yleiskuva
Nelivetojärjestelmässä moottorin tuottama voima välitetään vaihteiston kautta jakovaihteistolle. Sen tehtävä on jakaa voima molemmille akseleille.
Voimankulku
Vääntömomentti jaetaan jakovaihteistotyypin mukaisesti tietyssä suhteessa (etuakseli : taka-akseli).
Jakovaihteisto keskitasauspyörästöllä
Jakopyörästö jakaa vaihteistolta tulevan vääntömomentin etu- ja takavetopyörästöille. Keskitasauspyörästö tasaa erisuuruiset pyörintänopeudet.
Kartiohammaspyörästötyyppinen keskitasauspyörästö
Tasaa vetävien pyörien pyörintänopeuserot. Jakaa vaihteistolta tulevan vääntömomentin aina puoliksi.
Planeettavaihteistotyyppinen keskitasauspyörästö
Planeettavaihteistotyyppinen keskitasauspyörästö jakaa vääntömomentin jatkuvasti samassa suhteessa etu- ja taka-akselin vetopyörästöille.
Torsen-tasauspyörästö
Enemmän vääntömomenttia välitetään vetävän akselin pyörille, joilla on parempi pito.
Viskokytkin
Viskokytkin jakaa vääntömomentin luiston mukaisesti etu- ja takavetopyörästölle, tasaa vetopyörästöjen erisuuruiset pyörintänopeudet ja toimii luiston mukaisesti automaattisena tasauspyörästön lukkona.
Etuvetopyörästö
Etuvetopyörästön rakenne ja toiminta vastaavat tavallista vetopyörästöä.
Takavetopyörästö viskolukolla
Viskolukolla varustetun takavetopyörästön rakenne ja toiminta vastaavat tavallista takavetopyörästöä. |
|