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.
Ερώτηση: Ποιος ο σκοπός του κιβωτίου ταχυτήτων και από ποια κύρια μέρη αποτελείται;
Απάντηση:
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:
Ερώτηση: Πόσους άξονες έχει ένα μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων, πώς ονομάζονται και πόσους οδοντωτούς τροχούς έχει ο κάθε άξονας;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα απλό μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων έχει τέσσερις άξονες: τον πρωτεύοντα (ένα ενσωματωμένο γρανάζι, ενώνει συμπλέκτη-κιβώτιο), τον ενδιάμεσο (φέρει μόνιμα σφηνωμένα τα γρανάζια όλων των ταχυτήτων, όσα και οι ταχύτητες εμπρός), τον δευτερεύοντα (φέρει τα ολισθαίνοντα γρανάζια/«μπαλαντέρ» των ταχυτήτων που μπορεί να εμπλακούν, συνήθως δύο-τρία, ανάλογα με τον αριθμό ταχυτήτων) και τον άξονα της όπισθεν (ένα γρανάζι, το «μπαλαντέρ» της όπισθεν).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Πώς μεταφέρεται η κίνηση μέσα σε ένα κιβώτιο 4 ταχυτήτων, όταν τοποθετηθεί (επιλεγεί) η 1η ταχύτητα;
Απάντηση:
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:
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:
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:
Ερώτηση: Πόσα είδη μηχανικών κιβωτίων ταχυτήτων χρησιμοποιούνται και ποια η αρχή λειτουργίας του καθενός;
Απάντηση:
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:
Ερώτηση: Σε τι διαφέρει ένα κιβώτιο ταχυτήτων σταθερής (μόνιμης) εμπλοκής ως προς ένα άλλο, που διαθέτει σύστημα συγχρονισμού;
Απάντηση:
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:
Ερώτηση: Σε ποια αρχή στηρίζεται η λειτουργία του κιβωτίου ταχυτήτων;
Απάντηση:
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.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες είναι οι περισσότερο συνηθισμένες βλάβες σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι πιο συνηθισμένες βλάβες είναι: η δυσκολία αλλαγής ταχυτήτων (κακή αποσύμπλεξη συμπλέκτη, μη ολίσθηση αξονίσκου φουρκετών, φθορά πολύσφηνου/συγχρονιστών, χαμηλή θερμοκρασία λιπαντικού), η θορυβώδης λειτουργία (έλλειψη λιπαντικού, φθορά ρουλεμάν των αξόνων), η απότομη αποσύμπλεξη «πέταγμα ταχύτητας» (φθαρμένες ασφάλειες διχάλων, στραβωμένο δίχαλο, φθορά δοντιών, κακή ευθυγράμμιση κιβωτίου-συμπλέκτη, φθορά φρενακιών συγχρονισμού) και η διαρροή λιπαντικού (φθαρμένος τριβέας/τσιμούχα ή υπερβολική ποσότητα λιπαντικού).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιος ο σκοπός του βοηθητικού κιβωτίου «απλής διανομής» και ποιος του βοηθητικού κιβωτίου διανομής «μετά βοηθητικής»;
Απάντηση:
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:
Ερώτηση: Πού οφείλεται η θορυβώδης λειτουργία του κιβωτίου ταχυτήτων και του κιβωτίου «βοηθητικής»;
Απάντηση:
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.
Κριτήρια αξιολόγησης:
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., με πόσες στροφές θα περιστρέφεται ο οδοντωτός τροχός με τα 12 δόντια;
Απάντηση:
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:
Ερώτηση: Τι είναι ροπή στρέψης;
Απάντηση:
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:
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:
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:
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:
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.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες είναι οι δύο συνήθεις θέσεις του μοχλού επιλογής ταχυτήτων σε ένα μηχανικό κιβώτιο;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο μοχλός επιλογής ταχυτήτων εκτελεί δύο βασικές κινήσεις: η πρώτη κίνηση (πλευρική, κατά μήκος του διαγράμματος επιλογής) επιλέγει το δίχαλο (φουρκέτα)/τον συγχρονιστή που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, ενώ η δεύτερη κίνηση (εμπρός-πίσω) μετακινεί το επιλεγμένο δίχαλο, ώστε να «κλειδώσει» τον επιθυμητό οδοντωτό τροχό στον δευτερεύοντα άξονα, ολοκληρώνοντας τη μετάδοση ισχύος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να αναφέρετε τις πιθανές αιτίες στις οποίες οφείλεται η δυσκολία αλλαγής μιας ταχύτητας.
Απάντηση:
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:
Ερώτηση: Να αναφέρετε τις πιθανές αιτίες της θορυβώδους λειτουργίας ενός κιβωτίου ταχυτήτων.
Απάντηση:
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:
Ερώτηση: Σε ποια αίτια μπορεί να οφείλεται η απότομη αποσύμπλεξη («πέταγμα») μιας ταχύτητας;
Απάντηση:
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:
Ερώτηση: Να σημειώσεις τα διαδοχικά βήματα που απαιτούνται να γίνουν, με σκοπό την αφαίρεση του κιβωτίου ταχυτήτων.
Απάντηση:
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.
Κριτήρια αξιολόγησης: