Λύσεις — Άξονες Μετάδοσης-Σύνδεσμοι-Άξονες Τροχών (σελ. 303) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Άξονες Μετάδοσης-Σύνδεσμοι-Άξονες Τροχών

Λύσεις στις 12 ερωτήσεις της ενότητας: κεντρικός κινητήριος άξονας, σύνδεσμοι ολίσθησης/ελαστικοί/αρθρωτοί/σφαιρικοί σταθερής ταχύτητας, είδη αξόνων τροχών, πλωτοί άξονες διαφορικού, άξονας De Dion.

Σκοπός και μέρη κινητήριου άξονα

Ερώτηση: Ποιος είναι ο σκοπός του κινητήριου άξονα και από ποια μέρη αυτός αποτελείται;

Απάντηση:

• Ποιος είναι ο σκοπός του κινητήριου άξονα και από ποια μέρη αυτός αποτελείται;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο κεντρικός κινητήριος άξονας (άτρακτος) βρίσκεται μεταξύ του κιβωτίου ταχυτήτων και του διαφορικού και έχει σκοπό να μεταφέρει την περιστροφική κίνηση της μηχανής από την έξοδο του κιβωτίου ταχυτήτων στο πινιόν του διαφορικού και από εκεί -μέσω των ημιαξονίων- στους κινητήριους τροχούς, ώστε να κινηθεί το όχημα. Αποτελείται από την άτρακτο (τον ίδιο τον κεντρικό κινητήριο άξονα, συνήθως κοίλο μεταλλικό άξονα), δύο ή περισσότερους αρθρωτούς συνδέσμους και έναν σύνδεσμο ολίσθησης (τηλεσκοπικό), ενώ σε ορισμένα οχήματα μεγάλου μήκους αποτελείται από δύο τμήματα (διμερής άξονας) που συνδέονται με τρίτο αρθρωτό σύνδεσμο και ενδιάμεσο ρουλεμάν στήριξης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μεταφέρει την κίνηση από το κιβώτιο ταχυτήτων στο πινιόν του διαφορικού· αποτελείται από την άτρακτο, αρθρωτούς συνδέσμους και σύνδεσμο ολίσθησης

Ιδιότητες κινητήριου άξονα

Ερώτηση: Ποιες ιδιότητες πρέπει να έχει ο κινητήριος άξονας και με ποιον τρόπο αυτές εξασφαλίζονται;

Απάντηση:

• Ποιες ιδιότητες πρέπει να έχει ο κινητήριος άξονας και με ποιον τρόπο αυτές εξασφαλίζονται;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Επειδή η θήκη των πίσω ημιαξονίων με το διαφορικό και τους τροχούς κινείται πάνω-κάτω ανάλογα με την κατάσταση του οδοστρώματος, ο κινητήριος άξονας πρέπει να μπορεί να μεταβάλλει το μήκος του (1η μεταβλητή) και τη γωνία του ως προς το οριζόντιο επίπεδο (2η μεταβλητή). Η πρώτη ιδιότητα εξασφαλίζεται με έναν σύνδεσμο ολίσθησης (τηλεσκοπικό), ο οποίος επιτρέπει την αυξομείωση του μήκους του άξονα μέσω πολύσφηνης σύνδεσης με δυνατότητα ολίσθησης, ενώ η δεύτερη εξασφαλίζεται με δύο ή περισσότερους αρθρωτούς συνδέσμους (Universal Joints), οι οποίοι επιτρέπουν τη μεταβολή της γωνίας κατά την περιστροφή τους.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μεταβλητό μήκος (μέσω συνδέσμου ολίσθησης) και μεταβλητή γωνία (μέσω αρθρωτών συνδέσμων), λόγω της κίνησης του διαφορικού πάνω-κάτω

Αρθρωτός σύνδεσμος μεταβλητής ταχύτητας

Ερώτηση: Να περιγράψεις τη λειτουργία ενός αρθρωτού συνδέσμου μεταβλητής περιστροφικής ταχύτητας.

Απάντηση:

• Να περιγράψεις τη λειτουργία ενός αρθρωτού συνδέσμου μεταβλητής περιστροφικής ταχύτητας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο απλός αρθρωτός σύνδεσμος μεταβλητής ταχύτητας (CARDAN ή «σταυρός») αποτελείται από έναν «σταυρό» και δύο δίχαλα σε γωνία 90° μεταξύ τους, που συνδέονται μέσω του σταυρού. Κάθε δίχαλο περιστρέφεται γύρω από τον γεωμετρικό άξονα του εγκάρσιου πείρου του σταυρού, μεταδίδοντας την περιστροφική κίνηση από το ένα στο άλλο. Επειδή ο σταυρός δεν επιτρέπει καμία άλλη ελεύθερη κίνηση εκτός από την περιστροφική, όταν οι δύο άξονες τέμνονται σε γωνία, η ταχύτητα του κινούμενου άξονα διακυμαίνεται συνεχώς: αυξάνεται όταν ο σταυρός πλησιάζει τον άξονα εξόδου και μειώνεται όταν απομακρύνεται, με αποτέλεσμα σε κάθε πλήρη περιστροφή 360° να προκύπτουν δύο επιταχύνσεις και δύο επιβραδύνσεις, με τις ταχύτητες να εξισώνονται μόνο σε τέσσερα σημεία (45°, 135°, 225°, 315°). Η διακύμανση αυτή αυξάνεται όσο μεγαλώνει η γωνία μεταξύ των δύο αξόνων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• «Σταυρός» με δύο δίχαλα σε γωνία 90°· μεταδίδει κίνηση σε γωνία αλλά προκαλεί περιοδική διακύμανση ταχύτητας (2 επιταχύνσεις + 2 επιβραδύνσεις ανά περιστροφή)

Αρθρωτός σύνδεσμος σταθερής ταχύτητας

Ερώτηση: Να περιγράψεις τη λειτουργία ενός αρθρωτού συνδέσμου σταθερής περιστροφικής ταχύτητας.

Απάντηση:

• Να περιγράψεις τη λειτουργία ενός αρθρωτού συνδέσμου σταθερής περιστροφικής ταχύτητας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο αρθρωτός σύνδεσμος σταθερής περιστροφικής ταχύτητας είναι κατασκευασμένος έτσι ώστε το σημείο επαφής, με το οποίο μεταδίδεται η κίνηση μεταξύ των δύο ημισφαιρικών κομματιών του, να παραμένει πάντα πάνω στο επίπεδο που διχοτομεί τη γωνία μεταξύ των δύο αξόνων, με αποτέλεσμα να μην παρουσιάζεται καμία διακύμανση της ταχύτητας περιστροφής και τα δύο τμήματα των αξόνων να περιστρέφονται πάντα με την ίδια σταθερή ταχύτητα. Επιτρέπει κλίση των αξόνων μέχρι και 30 μοίρες και χρησιμοποιείται στα εμπρόσθια διαφορικά για τη σύνδεση ημιαξονίων-ακραξονίων, διευκολύνοντας τη διεύθυνση του οχήματος. Κυριότεροι τύποι: BENDIX (5 σφαιρίδια), RZEPPA (6 σφαιρίδια περιφερειακά), TRACTA (3 πολύεδρα), διπλός σύνδεσμος CARDAN, και σύνδεσμος «ΤΡΙΠΟΔΟΣ» (τρεις ημισφαιρικές μπίλιες σε βελονοειδή ρουλεμάν, προσαρμοσμένες σε τρεις βραχίονες σχήματος τρίποδα, που επιτρέπουν ταυτόχρονα και αξονική μεταβολή μήκους).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το σημείο μετάδοσης παραμένει πάντα στο επίπεδο διχοτόμησης της γωνίας των αξόνων, χωρίς καμία διακύμανση ταχύτητας· κλίση έως 30°, τύποι BENDIX/RZEPPA/TRACTA/ΤΡΙΠΟΔΟΣ

Δύο αρθρωτοί σύνδεσμοι στον κινητήριο άξονα

Ερώτηση: Γιατί στον κινητήριο άξονα μετάδοσης της κίνησης τοποθετούνται τουλάχιστον δύο αρθρωτοί σύνδεσμοι («σταυροί»);

Απάντηση:

• Γιατί στον κινητήριο άξονα μετάδοσης της κίνησης τοποθετούνται τουλάχιστον δύο αρθρωτοί σύνδεσμοι («σταυροί»);

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένας μόνο απλός αρθρωτός σύνδεσμος προκαλεί διακύμανση της περιστροφικής ταχύτητας του κινούμενου άξονα, με αποτέλεσμα μεγάλη καταπόνηση σε όλα τα μέρη του συστήματος μετάδοσης και ανομοιόμορφες δυνάμεις στους τροχούς. Χρησιμοποιώντας δύο απλούς αρθρωτούς συνδέσμους, τον έναν στην αρχή και τον άλλον στο τέλος του κινητήριου άξονα, ο δεύτερος σύνδεσμος αντισταθμίζει τη διακύμανση ταχύτητας που προκαλεί ο πρώτος, με αποτέλεσμα η τελική ταχύτητα των τροχών να μην μεταβάλλεται, εφόσον η γωνία μεταξύ κιβωτίου ταχυτήτων και κινητήριου άξονα είναι ίδια με τη γωνία μεταξύ του άξονα και του πινιόν του διαφορικού, και τα δύο μεσαία δίχαλα των συνδέσμων βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ο δεύτερος σύνδεσμος αντισταθμίζει τη διακύμανση ταχύτητας που προκαλεί ο πρώτος, ώστε οι τροχοί να περιστρέφονται τελικά με σταθερή ταχύτητα

Διαφορά σταυρού και σφαιρικού συνδέσμου

Ερώτηση: Ποια η χαρακτηριστική διαφορά ενός αρθρωτού συνδέσμου τύπου «σταυρού» και ενός αρθρωτού σφαιρικού συνδέσμου;

Απάντηση:

• Ποια η χαρακτηριστική διαφορά ενός αρθρωτού συνδέσμου τύπου «σταυρού» και ενός αρθρωτού σφαιρικού συνδέσμου;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η χαρακτηριστική διαφορά είναι ότι ο αρθρωτός σύνδεσμος τύπου «σταυρού» (CARDAN) είναι σύνδεσμος μεταβλητής ταχύτητας: ο σταυρός δεν επιτρέπει καμία άλλη ελεύθερη κίνηση εκτός από την περιστροφική, με αποτέλεσμα να δημιουργεί διακύμανση της περιστροφικής ταχύτητας του κινούμενου άξονα όταν οι δύο άξονες τέμνονται σε γωνία, και λειτουργεί ικανοποιητικά μόνο μέχρι γωνία περίπου 15°. Αντίθετα, ο αρθρωτός σφαιρικός σύνδεσμος είναι κατασκευασμένος έτσι ώστε το σημείο μετάδοσης της κίνησης να παραμένει πάντα στο επίπεδο που διχοτομεί τη γωνία των δύο αξόνων, με αποτέλεσμα να μην παρουσιάζει καμία διακύμανση ταχύτητας (σύνδεσμος σταθερής ταχύτητας) και να μπορεί να λειτουργήσει σε πολύ μεγαλύτερες γωνίες, μέχρι και 30°.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ο «σταυρός» είναι μεταβλητής ταχύτητας (γωνία έως 15°, με διακύμανση)· ο σφαιρικός είναι σταθερής ταχύτητας (γωνία έως 30°, χωρίς διακύμανση)

Σύνδεση αξόνων τροχών

Ερώτηση: Σε ποια μέρη και πώς συνδέονται οι άξονες των τροχών;

Απάντηση:

• Σε ποια μέρη και πώς συνδέονται οι άξονες των τροχών;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κινητήριοι άξονες (ημιαξόνια) του διαφορικού συνδέονται, στο εσωτερικό τους άκρο, με τους «πλανήτες» του μηχανισμού του διαφορικού (μέσω πολύσφηνων ή αντίστοιχων αρθρώσεων), ενώ στο εξωτερικό τους άκρο συνδέονται με τους τροχούς, είτε απευθείας πάνω σε ρουλεμάν στερεωμένα με περικόχλιο, είτε -στους εμπρόσθιους κινητήριους/διευθυντήριους άξονες- μέσω ενδιάμεσων αρθρωτών συνδέσμων σταθερής ταχύτητας (π.χ. τύπου ΤΡΙΠΟΔΟΣ ή RZEPPA), ένας από την πλευρά του διαφορικού και ένας από την πλευρά του τροχού. Στους εμπρόσθιους διευθυντήριους (μη κινητήριους) άξονες, τα ακραξόνια συνδέονται με τον κύριο άξονα μέσω άρθρωσης δίχαλου-γόμφου, με τη βοήθεια πείρου και ορειχάλκινων ή κυλιόμενων τριβέων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Στο εσωτερικό άκρο με τους πλανήτες του διαφορικού, στο εξωτερικό με τους τροχούς -απευθείας ή μέσω αρθρωτών συνδέσμων σταθερής ταχύτητας

Είδη αξόνων τροχών

Ερώτηση: Πόσα είδη αξόνων των τροχών χρησιμοποιούνται στα οχήματα;

Απάντηση:

• Πόσα είδη αξόνων των τροχών χρησιμοποιούνται στα οχήματα;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Χρησιμοποιούνται τέσσερα είδη αξόνων τροχών: α) Κινητήριοι, οι οποίοι ταυτίζονται με τα ημιαξόνια των διαφορικών και μεταφέρουν κίνηση στους τροχούς, β) Διευθυντήριοι, των οποίων οι τροχοί δεν κινούν το όχημα αλλά χρησιμοποιούνται για την αλλαγή της κατεύθυνσής του (συνήθως εμπρόσθιοι), γ) Απλοί αδρανείς άξονες, οι οποίοι ούτε κίνηση μεταδίδουν στους τροχούς τους ούτε επηρεάζουν την αλλαγή κατεύθυνσης, αλλά δέχονται μέρος του βάρους του οχήματος (π.χ. οπίσθιοι άξονες σε εμπροσθοκίνητα οχήματα, άξονες ρυμουλκούμενων), και δ) Κινητήριοι και διευθυντήριοι συγχρόνως, όπως στα οχήματα 4Χ4 ή σε αυτά με κινητήρα και κίνηση μόνο εμπρός.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Τέσσερα: κινητήριοι, διευθυντήριοι, απλοί αδρανείς, κινητήριοι-διευθυντήριοι ταυτόχρονα

Κινητήριος vs διευθυντήριος άξονας

Ερώτηση: Πότε ένας άξονας ονομάζεται κινητήριος, πότε διευθυντήριος και ποια η διαφορά μεταξύ τους;

Απάντηση:

• Πότε ένας άξονας ονομάζεται κινητήριος, πότε διευθυντήριος και ποια η διαφορά μεταξύ τους;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένας άξονας ονομάζεται κινητήριος όταν ταυτίζεται με τα ημιαξόνια του διαφορικού και μέσω αυτού οι αντίστοιχοι τροχοί παίρνουν την κίνηση (την ισχύ) από τον κινητήρα, ώστε να κινηθεί το όχημα. Ένας άξονας ονομάζεται διευθυντήριος όταν οι τροχοί του δεν κινούν το όχημα αλλά χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για την αλλαγή της κατεύθυνσής του, μέσω του συστήματος διεύθυνσης. Η βασική διαφορά τους είναι ότι ο κινητήριος άξονας μεταφέρει ισχύ/ροπή στρέψης στους τροχούς για την κίνηση του οχήματος, ενώ ο διευθυντήριος απλώς στρέφει τους τροχούς για τον έλεγχο της πορείας, χωρίς να τους μεταδίδει κίνηση. Ένας άξονας μπορεί, βέβαια, να είναι και τα δύο ταυτόχρονα (κινητήριος και διευθυντήριος), όπως στα εμπροσθοκίνητα οχήματα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κινητήριος: ταυτίζεται με ημιαξόνιο διαφορικού και μεταδίδει ισχύ στους τροχούς· διευθυντήριος: μόνο αλλάζει κατεύθυνση, χωρίς να κινεί το όχημα

Τρία είδη πλωτών αξόνων

Ερώτηση: Να περιγράψεις τα τρία είδη των πλωτών αξόνων.

Απάντηση:

• Να περιγράψεις τα τρία είδη των πλωτών αξόνων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα τρία είδη πλωτών (πλευστών) αξόνων διαφορικού είναι: α) Οι ημίπλευστοι (πλευστοί κατά 1/2), που χρησιμοποιούνται στα περισσότερα επιβατικά και ελαφρά φορτηγά· η θήκη του διαφορικού στηρίζεται σε ρουλεμάν πάνω στο κέλυφός της, τα ημιαξόνια μεταφέρουν μόνο ροπή στρέψης στα εσωτερικά τους άκρα (πλανήτες διαφορικού) ενώ οι τροχοί στηρίζονται στα εξωτερικά τους άκρα, δεχόμενα καταπονήσεις από αλλαγή κατεύθυνσης, πέδηση και κραδασμούς. β) Οι πλευστοί κατά 3/4, που χρησιμοποιούνται σε μερικά ελαφρά επιβατικά· οι τροχοί στηρίζονται σε ρουλεμάν στα εξωτερικά άκρα των σωλήνων της θήκης και το βάρος του οχήματος υποβαστάζεται από το κέλυφος (όχι από τα ημιαξόνια), τα οποία δέχονται μόνο κάμψη και στρέψη. γ) Οι τελείως πλευστοί, που χρησιμοποιούνται στα περισσότερα βαριά φορτηγά· κάθε τροχός στηρίζεται σε δύο ρουλεμάν στο άκρο του σωλήνα του κελύφους, τα ημιαξόνια δεν είναι στέρεα συνδεδεμένα με τους τροχούς και μεταφέρουν αποκλειστικά ροπή στρέψης, χωρίς καμία άλλη καταπόνηση, ενώ μπορούν να αφαιρεθούν χωρίς να αφαιρεθεί ο τροχός ή να επέμβουμε στο διαφορικό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ημίπλευστοι (1/2, επιβατικά), πλευστοί κατά 3/4 (ελαφρά επιβατικά), τελείως πλευστοί (βαριά φορτηγά, μόνο ροπή στρέψης)

Δύο σύνδεσμοι σταθερής ταχύτητας σε εμπρόσθιο ημιαξόνιο

Ερώτηση: Γιατί στον εμπρόσθιο κινητήριο - διευθυντήριο άξονα το ημιαξόνιο έχει δύο συνδέσμους σταθερής ταχύτητας περιστροφής;

Απάντηση:

• Γιατί στον εμπρόσθιο κινητήριο - διευθυντήριο άξονα το ημιαξόνιο έχει δύο συνδέσμους σταθερής ταχύτητας περιστροφής;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στον εμπρόσθιο άξονα που είναι ταυτόχρονα κινητήριος και διευθυντήριος, οι τροχοί εκτελούν δύο κινήσεις: κίνηση ως προς κατακόρυφο επίπεδο (λόγω παραμόρφωσης της ανάρτησης) και κίνηση γύρω από κατακόρυφο άξονα, ελεγχόμενη από το σύστημα διεύθυνσης (στροφή έως και 30 μοίρες). Για να μεταδίδεται η κίνηση από το διαφορικό στον τροχό χωρίς καμία διακύμανση ταχύτητας, ανεξάρτητα από αυτές τις δύο κινήσεις, το ημιαξόνιο χρειάζεται δύο συνδέσμους σταθερής ταχύτητας: έναν από την πλευρά του διαφορικού (που απορροφά τη μεταβολή γωνίας λόγω της ανάρτησης, συνήθως τύπου ΤΡΙΠΟΔΟΣ) και έναν από την πλευρά του τροχού (που απορροφά τη μεταβολή γωνίας λόγω της στροφής του τροχού στη διεύθυνση, τύπου ΤΡΙΠΟΔΟΣ ή RZEPPA). Έτσι εξασφαλίζεται ομαλή μετάδοση κίνησης χωρίς τις ταλαντώσεις ταχύτητας που θα προκαλούσε ένας απλός αρθρωτός σύνδεσμος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ένας σύνδεσμος απορροφά τη μεταβολή γωνίας από την ανάρτηση, ο άλλος τη μεταβολή γωνίας από τη στροφή διεύθυνσης, χωρίς διακύμανση ταχύτητας

Σύστημα οπίσθιου κινητήριου άξονα

Ερώτηση: Να περιγράψεις το σύστημα ενός οπίσθιου και ταυτόχρονα κινητήριου άξονα.

Απάντηση:

• Να περιγράψεις το σύστημα ενός οπίσθιου και ταυτόχρονα κινητήριου άξονα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αρθρωτού οπίσθιου κινητήριου άξονα είναι ο άξονας De Dion. Σε αυτόν, οι τροχοί συνδέονται μεταξύ τους με μία ελαφρά πτυσσόμενη συνδετική δοκό (νεκρό άξονα), οπότε δεν είναι πλήρως ανεξάρτητοι μεταξύ τους, ενώ το διαφορικό -που είναι το βαρύτερο μέρος του συγκροτήματος- δεν κρέμεται από τη δοκό αλλά είναι στερεωμένο (κρέμεται) στο ίδιο το αμάξωμα (σασί). Η κίνηση μεταφέρεται από το σταθερό διαφορικό στους τροχούς με δύο ημιαξόνια, καθένα από τα οποία διαθέτει δύο αρθρωτούς συνδέσμους («σταυρούς» τύπου CARDAN), ώστε να απορροφούν τις σχετικές κινήσεις μεταξύ διαφορικού και τροχών. Με αυτή τη διάταξη, επειδή το βαρύ διαφορικό δεν ανήκει πλέον στις μη αναρτημένες μάζες, μειώνεται σημαντικά η οπίσθια μη αναρτημένη μάζα, βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα της ανάρτησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Τύπος De Dion: το διαφορικό στερεωμένο στο αμάξωμα, οι τροχοί συνδέονται με ελαφριά δοκό, κίνηση μέσω δύο ημιαξονίων με αρθρωτούς συνδέσμους, μειωμένη μη αναρτημένη μάζα