Λύσεις — §2.3: Κιβώτιο Ταχυτήτων (σελ. 120-121) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ – ΛΥΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ασκήσεων Σχολικού Βιβλίου Λύσεις — §2.3: Κιβώτιο Ταχυτήτων (σελ. 120-121) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — §2.3: Κιβώτιο Ταχυτήτων

Λύσεις στις 19 ερωτήσεις της §2.3: σκοπός/μέρη κιβωτίου ταχυτήτων, τρόποι εμπλοκής (ολισθαίνοντες τροχοί, σταθερή σύμπλεξη, συγχρονισμός), βοηθητικό κιβώτιο/διανομή, ασκήσεις σχέσης μετάδοσης και ροπής στρέψης, βλάβες.

Σκοπός και μέρη κιβωτίου ταχυτήτων

Ερώτηση: Ποιος ο σκοπός του κιβωτίου ταχυτήτων και από ποια κύρια μέρη αποτελείται;

Απάντηση:

Γράφουμε τον σκοπό (§2.3.1.1): μεταβλητή σχέση μετάδοσης μεταξύ κινητήρα και κινητήριων τροχών, κίνηση προς τα πίσω, «νεκρό σημείο», κίνηση σε βοηθητικούς μηχανισμούς.
Απαριθμούμε τα κύρια μέρη (§2.3.1.2): θήκη (κέλυφος), άξονες, οδοντωτοί τροχοί, δείκτης ταχύτητας-μετρητής χιλιομέτρων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σκοπός του κιβωτίου ταχυτήτων είναι, με τη βοήθεια οδοντωτών τροχών, να δημιουργεί μία μεταβλητή σχέση μετάδοσης της κίνησης μεταξύ του κινητήρα και των κινητήριων τροχών του οχήματος: (1) να ελαττώνει ή να αυξάνει την περιστροφική ταχύτητα που μεταφέρεται στους τροχούς, μεταβάλλοντας τη ροπή στρέψης/ελκτική δύναμη, (2) να επιτρέπει στο όχημα να κινείται προς τα πίσω, (3) να διακόπτει τη μετάδοση της κίνησης («νεκρό σημείο»), και (4) να κατευθύνει την κίνηση σε βοηθητικούς μηχανισμούς (γερανός, βαρούλκο). Τα κύρια μέρη του είναι: η θήκη (κέλυφος), οι άξονες, οι οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια) και ο δείκτης ταχύτητας/μετρητής χιλιομέτρων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σκοπός: μεταβλητή σχέση μετάδοσης (ταχύτητα/ροπή), κίνηση όπισθεν, νεκρό σημείο. Μέρη: θήκη, άξονες, γρανάζια, δείκτης ταχύτητας

Άξονες κιβωτίου

Ερώτηση: Πόσους άξονες έχει ένα μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων, πώς ονομάζονται και πόσους οδοντωτούς τροχούς έχει ο κάθε άξονας;

Απάντηση:

Απαριθμούμε τους τέσσερις άξονες (§2.3.1.2.2): πρωτεύων, ενδιάμεσος, δευτερεύων, άξονας της όπισθεν.
Για καθένα μετράμε τους οδοντωτούς τροχούς από τις §2.3.1.2.2-2.3.1.2.3 και τα Σχ. 2.39-2.43.
Προσέχουμε ότι τα «μπαλαντέρ» του δευτερεύοντα άξονα και της όπισθεν είναι διπλοί οδοντωτοί τροχοί.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα απλό μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων (τέσσερις ταχύτητες εμπρός και μία όπισθεν, με ολισθαίνοντες τροχούς) έχει τέσσερις άξονες: (α) τον πρωτεύοντα («πριζ ντιρέκτ»), που ενώνει τον συμπλέκτη με το κιβώτιο και έχει έναν ενσωματωμένο ολόσωμο οδοντωτό τροχό, σε μόνιμη εμπλοκή με τον αντίστοιχο τροχό του ενδιάμεσου άξονα· (β) τον ενδιάμεσο άξονα, που φέρει μόνιμα «σφηνωμένους» τους οδοντωτούς τροχούς των διαφόρων ταχυτήτων: τον τροχό μόνιμης εμπλοκής με τον πρωτεύοντα και τους τροχούς της 1ης, 2ης και 3ης ταχύτητας (οι τρεις ταχύτητες που χρησιμοποιούν τον ενδιάμεσο άξονα)· (γ) τον δευτερεύοντα άξονα, που φέρει δύο διπλούς ολισθαίνοντες οδοντωτούς τροχούς («μπαλαντέρ»): της 1ης-2ης και της 3ης-4ης ταχύτητας (η 4η είναι απ' ευθείας εμπλοκή με τον τροχό του πρωτεύοντα)· (δ) τον άξονα της όπισθεν, που φέρει τον οδοντωτό τροχό της όπισθεν, ο οποίος κανονικά αποτελείται από δύο γρανάζια («μπαλαντέρ» της όπισθεν).

Κριτήρια αξιολόγησης:

4 άξονες: πρωτεύων (1 ολόσωμο γρανάζι), ενδιάμεσος (γρανάζι μόνιμης εμπλοκής + γρανάζια 1ης, 2ης, 3ης), δευτερεύων (2 διπλά «μπαλαντέρ»: 1ης-2ης, 3ης-4ης), όπισθεν (διπλό γρανάζι-«μπαλαντέρ»)

Μετάδοση κίνησης στην 1η ταχύτητα

Ερώτηση: Πώς μεταφέρεται η κίνηση μέσα σε ένα κιβώτιο 4 ταχυτήτων, όταν τοποθετηθεί (επιλεγεί) η 1η ταχύτητα;

Απάντηση:

Ακολουθούμε τη ροή: στροφαλοφόρος → συμπλέκτης → πρωτεύων → ενδιάμεσος (μόνιμη εμπλοκή).
Το «μπαλαντέρ» 1ης-2ης του δευτερεύοντα ολισθαίνει προς τα πίσω και εμπλέκεται με τον τροχό της 1ης του ενδιάμεσου (Σχ. 2.42).
Η κίνηση βγαίνει από τον δευτερεύοντα με στροφές περίπου στο 21,2% των στροφών του κινητήρα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η κίνηση από τον στροφαλοφόρο περνά στον πρωτεύοντα άξονα (μέσω συμπλέκτη), από εκεί στον ενδιάμεσο άξονα (μόνιμη εμπλοκή), και στη συνέχεια το «μπαλαντέρ» της 1ης-2ης ταχύτητας στον δευτερεύοντα άξονα ολισθαίνει προς τα πίσω και εμπλέκεται με το αντίστοιχο γρανάζι της 1ης ταχύτητας του ενδιάμεσου άξονα, μεταφέροντας έτσι την κίνηση (με σημαντική μείωση στροφών, περίπου στο 21,2% των στροφών του κινητήρα, και αντίστοιχη αύξηση ροπής στρέψης) στον δευτερεύοντα άξονα και από εκεί προς το διαφορικό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Στροφαλοφόρος → πρωτεύων → ενδιάμεσος (μόνιμη εμπλοκή) → «μπαλαντέρ» 1ης-2ης εμπλέκεται με γρανάζι 1ης του ενδιάμεσου → δευτερεύων (μείωση στροφών ~21,2%)

Κίνηση όπισθεν και νεκρό σημείο

Ερώτηση: Πώς επιτυγχάνεται η κίνηση των αυτοκινήτων προς τα πίσω; Όταν δεν υπάρχει εμπλοκή καμίας ταχύτητας (περίπτωση «νεκρού» σημείου), ποιοι άξονες περιστρέφονται μέσα στο κιβώτιο ταχυτήτων;

Απάντηση:

Όπισθεν: παρεμβολή τρίτου γραναζιού (του άξονα της όπισθεν) μεταξύ των τροχών της 1ης, οπότε αντιστρέφεται η φορά του δευτερεύοντα (Σχ. 2.34, 2.43).
Νεκρό σημείο: κανένα «μπαλαντέρ» του δευτερεύοντα δεν εμπλέκεται· η κίνηση σταματά στον ενδιάμεσο, άρα περιστρέφονται μόνο ο πρωτεύων και ο ενδιάμεσος άξονας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η κίνηση προς τα πίσω επιτυγχάνεται με την παρεμβολή ενός τρίτου γραναζιού (του γραναζιού του άξονα της όπισθεν) ανάμεσα στο γρανάζι της 1ης του δευτερεύοντα και στο αντίστοιχο γρανάζι της 1ης του πρωτεύοντα/ενδιάμεσου, γεγονός που αντιστρέφει τη φορά περιστροφής του δευτερεύοντα άξονα, οπότε οι κινητήριοι τροχοί περιστρέφονται αντίθετα και το όχημα κινείται προς τα πίσω. Στο «νεκρό» σημείο (καμία ταχύτητα επιλεγμένη), περιστρέφονται μόνο ο πρωτεύων και ο ενδιάμεσος άξονας (που παίρνει κίνηση απευθείας από τον πρωτεύοντα σε μόνιμη εμπλοκή)· ο δευτερεύων άξονας παραμένει ακίνητος, αφού κανένα γρανάζι του δεν είναι εμπλεγμένο, οπότε δεν υπάρχει έξοδος κίνησης από το κιβώτιο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Όπισθεν: παρεμβολή τρίτου γραναζιού που αντιστρέφει τη φορά. Νεκρό σημείο: περιστρέφονται μόνο πρωτεύων+ενδιάμεσος, ο δευτερεύων μένει ακίνητος

Είδη μηχανικών κιβωτίων

Ερώτηση: Πόσα είδη μηχανικών κιβωτίων ταχυτήτων χρησιμοποιούνται και ποια η αρχή λειτουργίας του καθενός;

Απάντηση:

Από την §2.3.1.3.1: τρία είδη, ανάλογα με τον τρόπο εμπλοκής των ταχυτήτων.
Για καθένα περιγράφουμε πώς γίνεται η εμπλοκή: ολίσθηση του ίδιου του τροχού, «κόμπλερ» με πλευρικές οδοντώσεις, κωνικοί συγχρονιστές.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Χρησιμοποιούνται τρία είδη: (1) κιβώτια ολισθαινόντων οδοντωτών τροχών, όπου τα ίδια τα γρανάζια ολισθαίνουν στο πολύσφηνο του άξονα για να εμπλακούν απευθείας με τα «δόντια» τους· (2) κιβώτια σταθερής σύμπλεξης, όπου τα γρανάζια είναι πάντα σε εμπλοκή αλλά περιστρέφονται ελεύθερα στον άξονα μέσω ρουλεμάν, και η μετάδοση ενεργοποιείται με ολισθαίνον «κόμπλερ» πλευρικών οδοντώσεων· (3) κιβώτια συγχρονισμού, βελτιωμένη έκδοση της σταθερής σύμπλεξης, όπου κωνικοί συγχρονιστές («φρενάκια») εξισώνουν τις στροφές μέσω τριβής πριν το τελικό «κλείδωμα» του γραναζιού στον άξονα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

(1) Ολισθαίνοντες τροχοί: εμπλοκή δοντιών απευθείας. (2) Σταθερή σύμπλεξη: «κόμπλερ» με πλευρικές οδοντώσεις. (3) Συγχρονισμού: κωνικοί συγχρονιστές εξισώνουν στροφές

Σταθερή σύμπλεξη vs συγχρονισμός

Ερώτηση: Σε τι διαφέρει ένα κιβώτιο ταχυτήτων σταθερής (μόνιμης) εμπλοκής ως προς ένα άλλο, που διαθέτει σύστημα συγχρονισμού;

Απάντηση:

Στο κιβώτιο σταθερής σύμπλεξης το «κόμπλερ» εμπλέκεται χωρίς εξίσωση στροφών· ο οδηγός πρέπει να πατήσει δύο φορές το πεντάλ του συμπλέκτη, αλλιώς προκαλείται θόρυβος ή σπάσιμο δοντιών (§2.3.1.3.3).
Στο κιβώτιο συγχρονισμού το δακτυλίδι συγχρονισμού («φρενάκι») εξισώνει πρώτα τις στροφές με τριβή και μετά ολοκληρώνεται η εμπλοκή, ομαλά και αθόρυβα (§2.3.1.3.4).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στο κιβώτιο σταθερής σύμπλεξης, η εμπλοκή του «κόμπλερ» με τις πλευρικές οδοντώσεις του γραναζιού γίνεται απευθείας, χωρίς προηγούμενη εξίσωση των στροφών περιστροφής τους — γι' αυτό ο οδηγός πρέπει να «ντουμπλάρει» (να πατά δύο φορές το πεντάλ του συμπλέκτη), αλλιώς προκαλείται θόρυβος ή και σπάσιμο δοντιών. Στο κιβώτιο συγχρονισμού, πριν την τελική εμπλοκή, ένας κωνικός συγχρονιστής («φρενάκι») δημιουργεί τριβή που εξισώνει σταδιακά τις στροφές του κινούμενου γραναζιού με αυτές του άξονα, επιτρέποντας αθόρυβη και ομαλή εμπλοκή χωρίς ανάγκη «ντουμπλαρίσματος».

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σταθερή σύμπλεξη: απευθείας εμπλοκή «κόμπλερ», χρειάζεται «ντουμπλάρισμα». Συγχρονισμού: κωνικός συγχρονιστής εξισώνει στροφές πρώτα, αθόρυβη εμπλοκή

Αρχή λειτουργίας κιβωτίου ταχυτήτων

Ερώτηση: Σε ποια αρχή στηρίζεται η λειτουργία του κιβωτίου ταχυτήτων;

Απάντηση:

Διατυπώνουμε την αρχή των οδοντωτών τροχών (§2.3.1.1).
Συμπέρασμα: μείωση των στροφών σημαίνει αύξηση της ροπής στρέψης («ό,τι χάνουμε σε ταχύτητα, το κερδίζουμε σε δύναμη»).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στηρίζεται στην αρχή λειτουργίας των οδοντωτών τροχών (γραναζιών): όταν δύο γρανάζια με διαφορετική διάμετρο ή αριθμό δοντιών εμπλέκονται μεταξύ τους, αυτό με τη μεγαλύτερη διάμετρο/αριθμό δοντιών περιστρέφεται με μικρότερο αριθμό στροφών σε σχέση με το άλλο. Η μείωση αυτή της ταχύτητας περιστροφής επιφέρει αντίστοιχη αύξηση της ροπής στρέψης (ελκτικής ικανότητας) του οχήματος, ώστε αυτό να αντιμετωπίζει τα διάφορα φορτία ή τις ανωμαλίες του εδάφους. Ισχύει δηλαδή ο «χρυσός» κανόνας της Μηχανικής: «ό,τι χάνουμε σε ταχύτητα, το κερδίζουμε σε δύναμη».

Κριτήρια αξιολόγησης:

Στην αρχή των εμπλεκόμενων οδοντωτών τροχών: μείωση στροφών ⇒ αύξηση ροπής στρέψης, και αντίστροφα

Συνηθισμένες βλάβες κιβωτίου

Ερώτηση: Ποιες είναι οι περισσότερο συνηθισμένες βλάβες σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων;

Απάντηση:

Ανατρέχουμε στην §2.3.4 «Συνήθεις Βλάβες - Αποτελέσματα - Αίτια».
Καταγράφουμε τις γενικές βλάβες και τις κατηγορίες α-ε (δυσκολία αλλαγής, θόρυβος, «πέταγμα» ταχύτητας, διαρροή λιπαντικού, ακατάλληλο λιπαντικό) με τις αιτίες τους.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι πιο συνηθισμένες βλάβες είναι: (α) η δυσκολία αλλαγής ταχυτήτων (κακή αποσύμπλεξη συμπλέκτη, μη ολίσθηση αξονίσκου φουρκετών, ανωμαλίες στο πολύσφηνο του δευτερεύοντα, φθορά συγχρονιστών, χαμηλή θερμοκρασία λιπαντικού), (β) η θορυβώδης λειτουργία (έλλειψη λιπαντικού, φθορά ρουλεμάν ή τριβέων των αξόνων), (γ) η απότομη αποσύμπλεξη «πέταγμα ταχύτητας» (φθαρμένες ασφάλειες διχάλων, στραβωμένο δίχαλο, φθορά δοντιών ή τριβέων, μη ευθυγράμμιση κιβωτίου-συμπλέκτη, φθορά φρενακιών συγχρονισμού), (δ) η διαρροή λιπαντικού (υπερβολική ποσότητα λιπαντικού, φθαρμένος τριβέας πρωτεύοντα ή δευτερεύοντα, κατεστραμμένη τσιμούχα λαδιού του πίσω τριβέα) και (ε) το ακατάλληλο λιπαντικό (η λίπανση πρέπει να γίνεται με λιπαντικό S.A.E. 90). Γενικές βλάβες είναι επίσης η φθορά του πείρου ή των σφαιριδίων και η φθορά ή το σπάσιμο του «νυχιού» του μοχλού ταχυτήτων, η φθορά της ασφάλειας της όπισθεν, η φθορά της γενικής «ασφάλειας» (εμπλοκή δύο ταχυτήτων) και η φθορά των δοντιών του ζεύγους γραναζιών μιας ταχύτητας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Δυσκολία αλλαγής, θορυβώδης λειτουργία, απότομη αποσύμπλεξη («πέταγμα»), διαρροή λιπαντικού, ακατάλληλο λιπαντικό

Βοηθητικό κιβώτιο απλής διανομής vs βοηθητικής

Ερώτηση: Ποιος ο σκοπός του βοηθητικού κιβωτίου «απλής διανομής» και ποιος του βοηθητικού κιβωτίου διανομής «μετά βοηθητικής»;

Απάντηση:

Διακρίνουμε τις δύο λειτουργίες του βοηθητικού κιβωτίου (§2.3.2): διανομή της ισχύος στους κινητήριους άξονες και περαιτέρω μείωση των στροφών.
Κιβώτιο διανομής: μόνο διανομή-κατανομή (Σχ. 2.60). Κιβώτιο βοηθητικής-διανομής: συνδυασμός υποβιβασμού στροφών (1,5 έως 2) και διανομής (Σχ. 2.59).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το κιβώτιο «απλής διανομής» χρησιμοποιείται σε οχήματα με όλους τους άξονες κινητήριους (4x4/6x6): κατανέμει απλώς την ισχύ του κινητήρα στα διαφορικά κάθε άξονα, επιτρέποντας και την απομόνωση κάποιων τροχών αν το θέλει ο οδηγός, χωρίς να μειώνει περαιτέρω τις στροφές. Το κιβώτιο «βοηθητικής-διανομής» συνδυάζει τη διανομή ισχύος στους πολλαπλούς άξονες ΜΕ επιπλέον μείωση των στροφών (υποπολλαπλασιασμό, συνήθως 1,5 έως 2), αυξάνοντας έτσι επιπλέον τη ροπή στρέψης/ελκτική δύναμη για κίνηση σε ιδιαίτερα δύσκολο έδαφος ή υψηλά φορτία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Απλή διανομή: μόνο κατανομή ισχύος στους άξονες (4x4). Βοηθητικής-διανομής: διανομή + επιπλέον μείωση στροφών/αύξηση ροπής

Θορυβώδης λειτουργία κιβωτίου και βοηθητικής

Ερώτηση: Πού οφείλεται η θορυβώδης λειτουργία του κιβωτίου ταχυτήτων και του κιβωτίου «βοηθητικής»;

Απάντηση:

Αιτίες θορύβου στο κιβώτιο ταχυτήτων (§2.3.4 β): έλλειψη λιπαντικού και φθορές των ρουλεμάν ή τριβέων του πρωτεύοντα, του ενδιάμεσου και του δευτερεύοντα άξονα.
Κιβώτιο «βοηθητικής» (§2.3.2.3): οι βλάβες είναι ίδιες με του κιβωτίου ταχυτήτων, ενώ η κακή ρύθμιση (π.χ. υπερβολική σύσφιξη) των κωνικών ρουλεμάν προκαλεί υπερθέρμανση, ταχεία φθορά και θόρυβο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η θορυβώδης λειτουργία οφείλεται σε: έλλειψη λιπαντικού, φθορά του κυρίως ρουλεμάν του πρωτεύοντα άξονα, φθορά των σημείων στήριξης (τριβέων ή κουζινέτων) του ενδιάμεσου άξονα, ή φθορά τριβέων (ρουλεμάν) του δευτερεύοντα άξονα (οπότε ο θόρυβος εμφανίζεται σε όλες τις ταχύτητες εκτός από το «νεκρό» σημείο). Οι ίδιες, γενικά, αιτίες ισχύουν και για το κιβώτιο «βοηθητικής», αφού οι βλάβες του είναι όμοιες με αυτές του κύριου κιβωτίου ταχυτήτων. Ειδικά στο κιβώτιο «βοηθητικής», οι άξονες στηρίζονται σε κωνικά ρουλεμάν, και η κακή ρύθμισή τους (π.χ. υπερβολική σύσφιξη των κώνων) προκαλεί υπερθέρμανση, ταχεία φθορά και θόρυβο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Έλλειψη λιπαντικού, φθορά ρουλεμάν πρωτεύοντα/ενδιάμεσου/δευτερεύοντα άξονα — ίδιες αιτίες και στο κιβώτιο βοηθητικής

Σχέση μετάδοσης 30/12 δοντιών

Ερώτηση: Αν ένας οδοντωτός τροχός (γρανάζι) με 30 «δόντια» εμπλέκεται με έναν άλλο με 12 δόντια, ποια είναι η σχέση μετάδοσης; Εάν ο οδοντωτός τροχός με τα 30 δόντια περιστρέφεται με 1000 R.P.M. (στροφές ανά λεπτό), με πόσες στροφές θα περιστρέφεται ο οδοντωτός τροχός με τα 12 δόντια;

Απάντηση:

Κινητήριος τροχός (δείκτης 1): Ζ1 = 30, n1 = 1000 R.P.M.· κινούμενος τροχός (δείκτης 2): Ζ2 = 12.
Σχέση μετάδοσης: Ι1,2 = Ζ2/Ζ1 = 12/30 = 0,4.
Από την Ι1,2 = n1/n2: n2 = n1/Ι1,2 = 1000/0,4 = 2500 R.P.M.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Θεωρώντας το γρανάζι των 30 δοντιών ως κινητήριο (δείκτης 1) και αυτό των 12 δοντιών ως κινούμενο (δείκτης 2), η σχέση μετάδοσης είναι Ι1,2 = Ζ2/Ζ1 = 12/30 = 0,4 (δηλαδή 2/5). Από τη σχέση Ι1,2 = n1/n2 προκύπτει n2 = n1/Ι1,2 = 1000/0,4 = 2500 στροφές ανά λεπτό (R.P.M.). Το μικρότερο γρανάζι (12 δοντιών) περιστρέφεται, όπως αναμένεται, με μεγαλύτερη ταχύτητα από το μεγαλύτερο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σχέση μετάδοσης Ι1,2 = 12/30 = 0,4. Το γρανάζι των 12 δοντιών περιστρέφεται με 2500 RPM

Ορισμός ροπής στρέψης

Ερώτηση: Τι είναι ροπή στρέψης;

Απάντηση:

Γράφουμε τον ορισμό (§2.3.1.1, σημείο 3): Μ = F × R, σε Nm.
Εξηγούμε τα μεγέθη F και R και διακρίνουμε τη ροπή αντίστασης Μα από τη ροπή του κινητήρα Μt, με συνθήκη κίνησης Μt > Μα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ροπή στρέψης ορίζεται η σχέση Μ = F × R (σε Nm), όπου F είναι η εφαπτομενική δύναμη (σε Kp ή N) που μεταφέρει ο τροχός ή ο οδοντωτός τροχός (γρανάζι), και R είναι η κάθετη ακτίνα του τροχού ή του γραναζιού στην εφαπτομενική αυτή δύναμη (σε μέτρα). Η ροπή στρέψης μπορεί να οφείλεται είτε σε δυνάμεις που αντιστέκονται στην κίνηση του οχήματος (Μα), είτε σε δυνάμεις που προέρχονται από τη ροπή στρέψης που παράγει ο κινητήρας (Μt)· για να υπάρξει κίνηση πρέπει Μt > Μα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Μ = F × R (Nm)· F = εφαπτομενική δύναμη, R = ακτίνα γραναζιού/τροχού. Για κίνηση απαιτείται Μκινητήρα > Μαντίστασης

Ροπή στρέψης 30/12 δοντιών

Ερώτηση: Αν στον οδοντωτό τροχό με τα 30 δόντια (της ερώτησης 11), εφαρμόζεται μία ροπή στρέψης Μ = 140 Nm, ποια θα είναι η αντίστοιχη ροπή στρέψης που θα εφαρμόζεται στον συνεργαζόμενο οδοντωτό τροχό με τα 12 δόντια (χωρίς να λάβουμε υπόψη μας τις απώλειες τριβής);

Απάντηση:

Χρησιμοποιούμε τη σχέση Ι1,2 = n1/n2 = M2/M1 = Z2/Z1 (§2.3.1.1, σημείο 4).
Ι1,2 = 12/30 = 0,4, άρα M2 = 0,4 × 140 = 56 Nm.
Έλεγχος: ο μικρότερος τροχός περιστρέφεται ταχύτερα (2500 R.P.M.) και έχει μικρότερη ροπή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Χρησιμοποιώντας τη σχέση Ι1,2 = Μ2/Μ1 = Ζ2/Ζ1 = 12/30 = 0,4, προκύπτει Μ2 = 0,4 × Μ1 = 0,4 × 140 = 56 Nm. Το αποτέλεσμα αυτό είναι λογικό: αφού το γρανάζι των 12 δοντιών περιστρέφεται ταχύτερα (2500 RPM έναντι 1000 RPM), αναπτύσσει αντίστοιχα μικρότερη ροπή στρέψης, ώστε το γινόμενο ροπής×στροφών (που σχετίζεται με την ισχύ) να παραμένει, θεωρητικά, το ίδιο και στους δύο άξονες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Μ2 = Ι1,2 × Μ1 = 0,4 × 140 = 56 Nm

Γρανάζια εμπλοκής ανά ταχύτητα

Ερώτηση: Δια μέσου ποιων γραναζιών του κιβωτίου ταχυτήτων - στα πλαίσια της ενότητας 2.3.1.2 - γίνεται η μετάδοση της κίνησης στην 1η, 2η, 3η, 4η και όπισθεν ταχύτητα;

Απάντηση:

Ανατρέχουμε στην §2.3.1.2.3 και στα Σχ. 2.39-2.43.
Για κάθε ταχύτητα γράφουμε ποιο «μπαλαντέρ» κινείται, προς ποια κατεύθυνση και με ποιον τροχό εμπλέκεται.
Για την όπισθεν σημειώνουμε ότι το «μπαλαντέρ» 1ης-2ης μένει στο νεκρό σημείο και παρεμβάλλεται το «μπαλαντέρ» της όπισθεν.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στην 1η ταχύτητα, το «μπαλαντέρ» της 1ης-2ης του δευτερεύοντα ολισθαίνει προς τα πίσω και εμπλέκεται με το γρανάζι της 1ης του ενδιάμεσου άξονα. Στη 2η ταχύτητα, το ίδιο «μπαλαντέρ» ολισθαίνει προς τα εμπρός και εμπλέκεται με το γρανάζι της 2ης του ενδιάμεσου. Στην 3η ταχύτητα, το «μπαλαντέρ» της 3ης-4ης ολισθαίνει προς τα πίσω και εμπλέκεται με το γρανάζι της 3ης του ενδιάμεσου. Στην 4η ταχύτητα (απευθείας μετάδοση), το ίδιο «μπαλαντέρ» ολισθαίνει προς τα εμπρός και εμπλέκει τα εσωτερικά του δόντια απευθείας με το γρανάζι στο άκρο του πρωτεύοντα άξονα, χωρίς μείωση στροφών. Στην όπισθεν, το γρανάζι («μπαλαντέρ») του άξονα της όπισθεν παρεμβάλλεται ανάμεσα στο γρανάζι της 1ης του πρωτεύοντα/ενδιάμεσου και στο αντίστοιχο γρανάζι της 1ης του δευτερεύοντα, αντιστρέφοντας τη φορά περιστροφής. Κατά την εμπλοκή της όπισθεν, το «μπαλαντέρ» 1ης-2ης του δευτερεύοντα μένει στο «νεκρό» σημείο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

1η/2η: «μπαλαντέρ» 1ης-2ης με ενδιάμεσο. 3η/4η: «μπαλαντέρ» 3ης-4ης (4η = απευθείας με πρωτεύοντα). Όπισθεν: τρίτο γρανάζι αντιστρέφει τη φορά

Θέσεις μοχλού επιλογής ταχυτήτων

Ερώτηση: Ποιες είναι οι δύο συνήθεις θέσεις του μοχλού επιλογής ταχυτήτων σε ένα μηχανικό κιβώτιο;

Απάντηση:

Ανατρέχουμε στην §2.3.1.4, όπου περιγράφονται οι θέσεις του μοχλού αλλαγής ταχυτήτων (λεβιέ).
Οι δύο συνήθεις θέσεις είναι επάνω από το κιβώτιο (στο δάπεδο) και μακριά από αυτό (στο δάπεδο ή στον σωλήνα διεύθυνσης).
Σημειώνουμε ότι στα σύγχρονα κιβώτια ο μηχανισμός αλλαγής τοποθετείται μέσα στη θήκη του κιβωτίου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο μοχλός αλλαγής ταχυτήτων (λεβιές) ενός μηχανικού κιβωτίου βρίσκεται συνήθως σε μία από τις εξής δύο θέσεις (§2.3.1.4): (α) ακριβώς επάνω και έξω από το κιβώτιο ταχυτήτων, στο δάπεδο (Σχ. 2.54), οπότε κινεί απευθείας τα δίχαλα επιλογής· (β) μακριά από το κιβώτιο, στο δάπεδο ή επάνω στον σωλήνα του συστήματος διεύθυνσης (Σχ. 2.55, 2.56), οπότε συνδέεται με το κιβώτιο μέσω ντιζών ή αρθρωτών μοχλών· όταν βρίσκεται στον σωλήνα διεύθυνσης ο μοχλός είναι οριζόντιος, αλλά οι θέσεις των ταχυτήτων είναι οι ίδιες. Το βιβλίο αναφέρει και μια τρίτη λύση, των σύγχρονων κιβωτίων: ο μηχανισμός αλλαγής τοποθετείται μέσα στη θήκη του κιβωτίου (Σχ. 2.57), ώστε να αποφεύγονται η μεγαλύτερη φθορά, η ρύπανση και τα προβλήματα χώρου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

(α) Επάνω από το κιβώτιο, στο δάπεδο. (β) Μακριά από το κιβώτιο, στο δάπεδο ή στον σωλήνα διεύθυνσης (με ντίζες ή αρθρωτούς μοχλούς). Να μη συγχέονται με τις δύο κινήσεις του λεβιέ (επιλογή δίχαλου και μετακίνησή του)

Αιτίες δυσκολίας αλλαγής ταχύτητας

Ερώτηση: Να αναφέρετε τις πιθανές αιτίες στις οποίες οφείλεται η δυσκολία αλλαγής μιας ταχύτητας.

Απάντηση:

Ανατρέχουμε στην §2.3.4, περίπτωση α «Δυσκολία αλλαγής ταχυτήτων».
Καταγράφουμε τις πέντε αιτίες που δίνει το βιβλίο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η δυσκολία αλλαγής ταχύτητας μπορεί να οφείλεται σε: κακή αποσύμπλεξη του συμπλέκτη (συνοδεύεται από χαρακτηριστικό «τρίξιμο»), μη ολίσθηση του αξονίσκου των φουρκετών (διχάλας), εμπλοκή των γραναζιών του δευτερεύοντα άξονα λόγω ανωμαλιών του πολύσφηνου (κυρίως από κτυπήματα), φθορά των συγχρονιστών, ή χαμηλή θερμοκρασία του λιπαντικού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κακή αποσύμπλεξη συμπλέκτη, μη ολίσθηση αξονίσκου φουρκετών, φθαρμένος πολύσφηνος, φθορά συγχρονιστών, ψυχρό λιπαντικό

Αιτίες θορυβώδους λειτουργίας

Ερώτηση: Να αναφέρετε τις πιθανές αιτίες της θορυβώδους λειτουργίας ενός κιβωτίου ταχυτήτων.

Απάντηση:

Ανατρέχουμε στην §2.3.4, περίπτωση β «Θορυβώδης λειτουργία».
Καταγράφουμε τις τέσσερις αιτίες που δίνει το βιβλίο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι πιθανές αιτίες είναι: έλλειψη λιπαντικού, φθορά του κυρίως ρουλεμάν του πρωτεύοντα άξονα, φθορά των σημείων στήριξης (τριβέων ή κουζινέτων) του ενδιάμεσου άξονα, ή φθορά τριβέων (ρουλεμάν) του δευτερεύοντα άξονα (θόρυβος σε όλες τις ταχύτητες εκτός από το «νεκρό» σημείο).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Έλλειψη λιπαντικού, φθαρμένα ρουλεμάν πρωτεύοντα/ενδιάμεσου/δευτερεύοντα άξονα

Αιτίες απότομης αποσύμπλεξης («πέταγμα»)

Ερώτηση: Σε ποια αίτια μπορεί να οφείλεται η απότομη αποσύμπλεξη («πέταγμα») μιας ταχύτητας;

Απάντηση:

Ανατρέχουμε στην §2.3.4, περίπτωση γ «Απότομη αποσύμπλεξη («πέταγμα ταχύτητας»)».
Καταγράφουμε τις έξι αιτίες που δίνει το βιβλίο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Μπορεί να οφείλεται σε: φθορά «ασφαλειών» διχάλων, σπασμένο ή εξασθενισμένο ελατήριο ασφαλείας ή φθαρμένη εγκάθιση (φωλιά) σφαιριδίων, στραβωμένο ή φθαρμένο δίχαλο ταχυτήτων, υπερβολική φθορά οδόντων των εμπλεκομένων οδοντωτών τροχών (γραναζιών), υπερβολική φθορά των τριβέων του άξονα κοντά στην ταχύτητα αυτή, μη ευθυγράμμιση κιβωτίου ταχυτήτων και συμπλέκτη, ή φθορά στα ορειχάλκινα φρένα συγχρονισμού («φρενάκια»), στην περίπτωση κιβωτίων συγχρονισμού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Φθαρμένες ασφάλειες/ελατήρια διχάλων, στραβωμένο δίχαλο, φθορά δοντιών, μη ευθυγράμμιση κιβωτίου-συμπλέκτη, φθορά «φρενακιών»

Βήματα αφαίρεσης κιβωτίου ταχυτήτων

Ερώτηση: Να σημειώσεις τα διαδοχικά βήματα που απαιτούνται να γίνουν, με σκοπό την αφαίρεση του κιβωτίου ταχυτήτων.

Απάντηση:

Ακολουθούμε τη σειρά της §2.3.3: προετοιμασία (άδειασμα λαδιού, ανύψωση, αφαίρεση του άξονα μετάδοσης, αποσύνδεση του συστήματος επιλογής και της ντίζας του ταχύμετρου).
Υποστήριξη του κιβωτίου, αφαίρεση των μπουλονιών και τράβηγμα προς τα πίσω, ώστε ο πρωτεύων να βγει από τον σφόνδυλο και από την πλήμνη του δίσκου.
Στα οχήματα με κινητήρα και κίνηση εμπρός αφαιρείται όλο το συγκρότημα κιβωτίου-διαφορικού.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα διαδοχικά βήματα είναι: αδειάζουμε το λάδι του κιβωτίου, ανυψώνουμε το όχημα σε γρύλο, αφαιρούμε τον άξονα μετάδοσης της κίνησης (σε οχήματα με πίσω κίνηση), αποσυνδέουμε τις εξωτερικές συνδέσεις του συστήματος επιλογής ταχυτήτων και τον εύκαμπτο άξονα (ντίζα) του μετρητή ταχύτητας, υποστηρίζουμε κατάλληλα το κιβώτιο και αφαιρούμε τα μπουλόνια (βλήτρα) που το συγκρατούν στο κέλυφος του συμπλέκτη ή στον κινητήρα, και τέλος αφαιρούμε το κιβώτιο τραβώντας το προσεκτικά προς τα πίσω, ώστε να αποσπαστεί ο πρωτεύων άξονας από την υποδοχή του στον σφόνδυλο και από την πλήμνη του δίσκου του συμπλέκτη. Σε οχήματα με συγκρότημα κιβωτίου ταχυτήτων-διαφορικού (κινητήρας και κίνηση εμπρός) αφαιρείται όλο το συγκρότημα από τον κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης: