Kerekek meghajtása Gépjárművek erőátvitele Dénes Zsolt BBWSR6 2009.december

Hogyan jut el a teljesítmény a kerékhez? A meghajtó nyomatékot továbbítani kell a sebességváltótól a gépkocsi kerekeihez. A karosszériához viszonyítva futóművek, illetve a kerekek rugózottak, a motor pedig ahhoz gumibakokkal rögzített, ezért a két szerkezeti rész között csak olyan meghajtás lehetséges, melynél szög-, és hosszváltozások lehetségesek. Ezt egyenes tengelyszakaszokkal és tengelycsuklókkal a gépkocsi építési módjától függően eltérő módon lehet megvalósítani.

Meghajtás típusok Orrmotoros hátsókerékhajtású gépkocsiknál a kardántengelyt hosszirányban szerelik be a nyomatékváltó és a hátsó futómű közé. A vízszinteshez képest kissé ferdén helyezkedik el, hiszen a futómű alacsonyabban van mint a nyomatékváltó. Összkerékhajtású gépkocsiknál mindkét futóműhöz kell egy-egy hosszanti irányban beszerelt kardántengely. A frontmotoros elsőkerékhajtású és a farmotoros hátsókerékhajtású gépkocsiknál a kerekekhez két keresztirányban beszerelt féltengely közvetíti a hajtónyomatékot.

Merev híd A legegyszerűbb - s egyben a legrégibb - mód az volt, hogy a kerékagyat közvetlenül a hajtótengelyre szerelték, amit a csőszerű "híd" végében csapágyaztak. Ennek az volt a hátránya, hogy a hajtótengely igénybevétele többszörös. A forgatónyomatékon kívül hajlítónyomaték is éri, kétszeresen is. Egyrészt állandóan a kerékterhelésből, másrészt dinamikusan, az útegyenetlenségekből, az oldalszélből,  valamint az ívmenetben fellépő centrifugális erőből származó oldalerőből.  Jobb a helyzet, ha a csapágyat a kerékagyban, a csövön kívül helyezik el úgy, hogy az a kerék talppontja felett legyen. Ekkor az egyik hajlítónyomaték kiesik. Teljesen tehermentesíteni a hajlítónyomatéktól úgy lehet a hajtótengelyt, hogy az előző megoldást továbbfejlesztve, két csapágyat alkalmazunk. 

A kardáncsuklónak két fő típusa van: Kardánhajtás A kardáncsuklónak két fő típusa van: Hook-féle kardánkeresztes csukló, Hardy-tárcsa

Kardáncsukló Két egymással bizonyos szöget bezáró tengelyek közötti nyomatékátvitelt tesz lehetővé. A tengelyvégződésekre kétágú villákat szerelnek, melyek magukba foglalják a tűgörgős csapágycsészéket. Ezekbe illeszkedik a tengelyvégződéseket összekötő kardánkereszt, mely forgás közben felváltva hol az egyik, hol a másik tengelyre merőleges. Emiatt a hajtott oldali kerületi sebesség nem egyenletes. Hátránya: a csuklószöggel arányosan periódikusan változik a hajtott tengely szögsebessége. Ez felváltva gyorsulást és lassulást okoz, ami fokozza a gumikopást és az alkatrészek kifáradását, és töréshez vezethet. A fordulatszámhatár 4000 1/perc, a maximálisan megengedett csuklószög 20–30°.

Jaguar kerékhajtás kardántengellyel Érdekessége, hogy a kardántengely egyben a futómű felső támasza is.

Kettős kardáncsukló Két kardáncsukló összeépítésével készül, melyek közötti távolság a lehető legkisebb. A két csukló egymás szöghibáit kiegyenlíti. Maximálisan 45°-os csuklószöget tesz lehetővé. Elsősorban nehéz haszonjárművek első kormányzott, hajtott kerekeinél alkalmazzák.

Hardy tárcsa A két tengelyvégződésre egy-egy háromágú villát szerelnek, melyeket egymáshoz képest 30°-al elfordítanak és rugalmas anyagból (vászonbetétes gumiból, vagy szálerősítésű műanyagból, vagy acél lemezből készült) tárcsához csavarozzák. A tengelyvégződéseket csap és persely segítségével egymáshoz képest központosítják. Előnye: egyszerű szerkezet, nem igényel karbantartást, jó a zaj és rezgéscsillapító tulajdonsága. Hátránya: a tengelyek közötti viszonylag kicsi – 5° – lehet a szögeltérés és viszonylag kicsi terhelőnyomaték engedhető meg. Alkalmazás: kisebb és olcsóbb személygépkocsik kardántengelyénél, a kormánykerék tengely és a kormánygép közötti nyomatékátvitelnél. SzMZ szovjet törpeautó

Homokinetikus tengelycsukló Szöghibamentes nyomatékátvitelt tesz lehetővé azáltal, hogy gondoskodnak a nyomatékátvivő elemek állandó szögfelezőben tartásáról. Meghajtott kerekek kormányzása esetén feltétlenül homokinetikus hajtásra van szükség. Ma már többféle elven működő szerkezet létezik, amely a kúpkerekes hajtás alapjain nyugszik. Többségük "golyós fogaskereket", és "golyós kúpkereket" alkalmaz.  Ennek lényege az, hogy míg az igazi fogazott kúpkerekek csak állandó szögkitérés esetén alkalmazhatók, addig a "fogaknak" golyóval való helyettesítése lehetővé teszi a változó szögkitérést.  Gyakorlati megvalósításkor gondoskodni kell arról, hogy a golyók mindig egy síkban legyenek, s ez a sík mindig a szögkitérés felezőjébe essen. 

Rzeppa tengelycsukló A külső és belső tengelyvégződés közötti osztófelület gömbcsésze alakú. A nyomatékátvitelt általában 6 db acélgolyó biztosítja, melyeket kosár fog össze. A golyópályák különleges kialakítása tereli azokat mindig a szögfelezőbe.

Bendix-Weiss csukló A golyók kényszermozgása úgy van megoldva, hogy a két villaszerű tengelyvégben 4-4 horony van a golyók számára. A két villát úgy kell összetolni, hogy minden horonyban egy golyó legyen. Az ötödik golyó középen a központosító. A villákban lévő félhornyok mindig keresztezik egymást. A horonyban lévő golyó csak a kereszteződésben fér el, s ezzel együtt eltolódik amikor a szögkitérés változik. Maximum 30°-os csuklószögig alkalmazható. Hosszkiegyenlítős és anélküli típusváltozatait is gyártják.

Pode-tengelycsuklók A kardánkereszt és a golyós tengelycsuklók konstrukciós előnyeit egyesíti. A nyomatékátvitelhez az egyik tengelyvégződésen a bipode csuklónál két, a tripode csuklónál pedig három radiális irányú egymáshoz képest 180°, illetve 120°-os szöget bezáró csapot képeznek ki, melyekre tűgörgőkkel, vagy siklócsapággyal gömbcsészéket illesztenek. A másik, külső tengelyvégződésben a gömbcsészékhez illeszkedő hosszirányú köszörült pályákat alakítanak ki, melyek az összes tengelycsukló közül a legnagyobb hosszirányú elmozdulást teszik lehetővé. Típusváltozatai: bipode és tripode

Korszerű tripode csuklók A gépjárművek váltó felőli oldalán helyezik el általában. Maximális csuklószöge 23-26°, hosszkiegyenlítése 50 mm. GI csukló AAR csukló

Féltengelycsuklók felosztása Hosszkiegyenlítés nélküli féltengelycsukló: Elsőkerékhajtású gépkocsiknál a féltengely kerék felőli részére szerelik fel. Szöghibamentes nyomatékátvitelt tesz lehetővé 50°-körüli csuklószög esetén is. Hosszirányú elmozdulás nem lehetséges. A fordulatszámhatár 30 000 1/perc. Hosszkiegyenlítős féltengelycsukló: Kardántengelyeknél a hosszkiegyenlítést kisebb erő hatására karbantartásmentesen biztosítja. Féltengelyeknél és egyre szélesebb körben kardántengelyeknél is a rugózott kerék miatt szükséges hosszkiegyenlítést végzi. Féltengelyek esetén a differenciálmű felől építik be. Maximálisan 55 mm-es tengelyirányú elmozdulást és 20–25 ° -os csuklószöget tesznek lehetővé. A fordulatszámhatár 10 000 1/perc.

Modern féltengelycsuklók Fix csuklók: A szinkroncsukló titka az, hogy az erõt átszármaztató golyók középpontjának a síkja mindenkor a csuklószög szögfelezõjében legyen. Ezt a csuklófelekben kialakított golyópályák sugárközéppontjával és irányszögével érik el.A golyópályák íves kialakításúak, melyek középpontjai a csukló forgástengelyén, a csuklóközépponttól azonos mértékben, külső és belső csuklótagok esetén ellentétes irányban eltolva (offset) találhatók. A fix csuklóknál, a golyópályák geometriai alakja szerint, három kiviteli változatot különböztetünk meg: RF (.Radseitiges Festkugelgelenk.), AC (.Angular Contact.) és UF (.Undercut-Free-Festkugelgelenk.) megnevezésűek, jellegzetes kialakításukat a következő oldal ábrája mutatja. Az RF- és AC-sorozat tagjait (hosszkiegyenlítés nélküliek), a kerék felõli tengelycsuklóként alkalmazzák. Nagy csuklószöget lehet elérni velük (max.47°). Az UF típusnál a szög elérheti az 50°-ot is.

AC csukló RF csukló UF csukló Fix csuklók a GKN-től AC csukló RF csukló UF csukló

Legújabb technológia A GKN SX csuklója 8%-al kisebb méret 15%-al könnyebb 30%-al hatékonyabb Több mint 50°-os csuklószög!

Hosszkiegyenlítéses csuklók A VL-sorozat hosszkiegyenlítéses konstrukció, legnagyobb csuklószöge általában 18-22°, hosszirányú elmozdulási lehetõsége 12-28 mm. A DO is hosszkiegyenlítéses típus, egyenes, a tengellyel párhuzamos golyópályák jellemzik, melyek keresztmetszete ellipszis alakú. Hosszkiegyenlítése 50 mm, csuklószöge 28-31°. VL Monoblock csukló VL Disc csukló DO csukló

A hosszkiegyenlítéses csukló működése A belső rész a féltengely bordás részén van fixen rögzítve, a külső rész pedig maga a csukló külső háza, ami a kerékagyhoz, vagy a kihajtáshoz van rögzítve. A golyópályák keresztezik egymást, ezért hosszirányban, és szögirányban is képesek elmozdulni. Minél hosszabban kimozdul tengelyirányban, olyankor annál kisebb csuklószöget tud kiegyenlíteni. Kompromisszumos megoldás. Személyautók belső csuklójaként, illetve kardáncsuklóként kiválóan alkalmazható.

Legújabb technológia SIO Ballspline Működésekor egy golyós bordázott rész veszi át a hosszkiegyenlítés feladatát, amellyel extrém hosszú mozgások válnak elérhetővé. A végekre elhelyezhetők az új SX csuklók, amelyek akár 50°-os csuklószöget is kompenzálnak.

A szélsőséges körülmények 

Jelenlegi fejlesztések A Mitsubishi által megvalósított hajtásnál elektromotorok mozgatják a kocsiszekrényt. Itt nincs szükség már különböző csuklókra, és féltengelyekre, mert csak a vezetékek csatlakoztatását, és a motor hűtését kell megoldani. A prototípusba egy 20 kW-os 600 Nm-es állandó mágneses szinkronmotort építettek a hátsó kerékagyba, amellyel kb. 150 km-t lehet megtenni. Már fejlesztik az 50 kW-os motort, és tökéletesítik a technológiát, hogy nagyobb autókba hosszabb használati idővel is alkalmazhassák.

A jövő megoldása? A Michelin aktív felfüggesztése, ahol a meghajtás, a fékezés, és a lengéscsillapítás is elektronikus úton van megoldva.

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET Felhasznált irodalom: Lévai Zoltán, Trencséni Balázs: Gépjármű erőátvitele http://www.auto.bme.hu/segedletek/ http://eki.sze.hu/ejegyzet/ejegyzet/zvikli/kt0106.htm http://www.gkndriveline.com Autótechnika szaklap 2003/12száma www.totalcar.hu Wikipedia Mitsubishi Motors Corporation Michelin