19 listopada 2017


Wpływ rodzajów zastosowanych mechanizmów rozdziału mocy w pojeździe na jego ruch jest dostrzegany przez większość użytkowników bardzo rzadko, jedynie w szczególnie trudnych i granicznych warunkach ruchu i to tylko przez kierowców o większej świadomości działania układów napędowych. Znaczenie tych mechanizmów szczególnie uwidacznia się w przypadkach, kiedy siły przyczepności poszczególnych kół napędowych znacznie się różnią lub niektóre koła całkowicie straciły kontakt z nawierzchnią (rys. 1). Stąd przekonanie o ważności zagadnień rozdziału momentów napędowych na koła i wynikających z tego właściwości napędowych pojazdu mają konstruktorzy i użytkownicy samochodów terenowych, sportowych i różnego rodzaju kołowych maszyn roboczych, w których trzeba rozwinąć maksymalne siły napędowe w różnorodnych i najczęściej trudnych warunkach eksploatacji.

Jan Dzida

Konieczność stosowania mechanizmów lub bardziej rozbudowanych systemów rozdziału mocy wynika również z niezmiennej, ugruntowanej kilkadziesiąt lat temu, ogólnej koncepcji pojazdów silnikowych. Jej charakterystyczną cechą jest jedno źródło napędu – silnik spalinowy i kilka kół napędzanych, najczęściej dwa lub cztery.

1a

1b
Rys. 1

Jak długo taka koncepcja budowy pojazdów będzie się utrzymywała, tak długo mechanizmy lub systemy rozdziału mocy będą niezbędne. Dopiero w pojazdach o kołach indywidualnie napędzanych odrębnymi silnikami, na przykład elektrycznymi, mechanizmy rozdziału mocy nie będą potrzebne i może je zastąpić centralny moduł elektroniczny sterujący mocami doprowadzanymi do poszczególnych kół. Jednak czy taka koncepcja napędzania kół pojazdów upowszechni się, trudno w tej chwili przewidywać, gdyż będzie to zależało od wielu, zmiennych w czasie, czynników techniczno-ekonomicznych.
Tabela 1 przedstawia autorską klasyfikację mechanizmów i systemów rozdziału mocy [10], w której głównym kryterium jest stopień realizacji rosnących oczekiwań oraz, w pewnym stopniu, chronologia ich powstania.

tab1_44
Tabela 1  Grupy konstrukcyjne
mechanizmów i systemów
rozdziału mocy


Najszerzej wykorzystywaną grupą są mechanizmy różnicowe, które najczęściej mają postać stożkowej planetarnej przekładni zębatej. Zostały one wprowadzone do pojazdów silnikowych ponad sto lat temu i w początkowym okresie można było uznać je za znaczące osiągnięcie w stosunku do rozwiązań ze sprzęgłami jednokierunkowymi, czy też napędem tylko jednego koła danej osi. Szybko jednak zorientowano się, że takie mechanizmy różnicowe mają pewne wady, a główna z nich – to spadek siły napędowej obydwu kół mostu napędowego, już gdy jedno z nich ma zmniejszoną siłę przyczepności. Aby wyeliminować tę wadę zaczęto rozwijać konstrukcje mechanizmów w dwóch głównych kierunkach. Pierwszy z nich to stosowanie różnego rodzaju kształtowych sprzęgieł blokujących (tak zwanych blokad), które okresowo wyłączają z pracy mechanizm różnicowy, drugi – polega na powiększaniu tarcia wewnętrznego w mechanizmie przez stosowanie specjalnych przekładni krzywkowych lub ślimakowych, albo dodatkowych sprzęgieł ciernych (ta podgrupa jest wyróżniona w tabeli 1). Przegląd specjalnych mechanizmów różnicowych podnoszących właściwości napędowe pojazdów można znaleźć w wielu podstawowych pozycjach literatury (np. [4], [14], [16], [17]). W miarę upływu lat coraz bardziej wzrastała świadomość tego, że duża wartość momentu tarcia w mechanizmie różnicowym powinna występować jedynie krótkotrwale w najtrudniejszych warunkach ruchu, zaś w pozostałych moment ten powinien być jak najmniejszy, gdyż pogarsza kierowalność samochodu i sprawność przeniesienia napędu. W wyniku takiego podejścia wielu producentów, wykorzystując coraz nowocześniejsze technologie, zaczęło opracowywać nowe typy mechanizmów różnicowych o powiększonym momencie tarcia wewnętrznego, których działanie jest lepiej dopasowane do chwilowych warunków ruchu pojazdu. Ten nurt rozwoju i badań mechanizmów różnicowych podjął również autor niniejszego opracowania.
W cyklu artykułów zostaną przedstawione fragmenty wieloletnich prac badawczych obejmujących kompleksowe i oryginalne podejście do problematyki rozdziału mocy w pojazdach. W pracach tych realizowano sformułowaną tezę, że jest możliwe zbudowanie nowych mechanizmów rozdziału mocy ze zintegrowanymi regulatorami ich działania, reagującymi na wymuszenia kinematyczne. Tezę tę potwierdzono przez wykonanie i przebadanie wielu typów mechanizmów o nowych zasadach działania, przeznaczonych do różnych pojazdów. Idea nowych mechanizmów oraz większość konstrukcji, prototypów i ich badań zostały opracowane i wykonane w Instytucie Technologiczno-Samochodowym Filii Politechniki Łódzkiej w Bielsku Białej.

2
Rys. 2  Schemat symetrycznego stożkowego mechanizmu różnicowego