E‑BOOK

Układ napędowy w pojeździe to zespół elementów, które współpracując (generują i przekazują energię) umożliwiają poruszanie się pojazdu.

Do głównych zadań układu napędowego należy:

• generowanie energii (przekształcenie energii chemicznej, elektrycznej, cieplnej na energię mechaniczną, niezbędną do poruszania się pojazdu),

• przekazywanie energii (po wygenerowaniu energii układ napędowy przekazuje ją do elementów wytwarzających ruch),

• regulacja prędkości i momentu obrotowego (dostosowanie działania pojazdu od różnych warunków pracy, jazdy),

• zapewnienie skuteczności i efektywności (układy napędowe zaprojektowane tak, aby minimalizować straty energii),

• zapewnienie bezpieczeństwa (zapobieganie przegrzaniu, kontrola emisji, pozostałe systemy chroniące przed awariami).

Podstawowa klasyfikacja układów napędowych

Klasyczny układ napędowy

Moc przekazywana jest na jedną oś (głównie przednią lub tylną).

Do najczęściej spotykanych typów układów napędowych należą:

• układ napędowy przedni ($\mathrm{FWD}$ – Front‑Wheel Drive), gdzie silnik znajduje się z przodu pojazdu, a moc napędowa przekazywana jest na przednie koła,

• układ napędowy tylny ($\mathrm{RWD}$ – Rear‑Wheel Drive), gdzie silnik umieszczony jest z tyłu pojazdu, a moc napędowa przekazywana na tylne koła.

Ostatnim typem jest układ napędowy na wszystkie koła ($\mathrm{AWD}$ – All‑Wheel Drive), moc napędowa przekazywana jest na przednie i tylne koła, w zależności od warunków jazdy dostosowuje rozkład mocy.

Klasyczny układ napędowy cechuje się prostą konstrukcją oraz niskim kosztem produkcji. Wybór pomiędzy układem napędowym $\mathrm{FWD}$ a $\mathrm{RWD}$ jest zależny od rodzaju pojazdu oraz preferencji producenta, natomiast układ napędowy $\mathrm{AWD}$ częściej spotykany jest w pojazdach, które poruszają się w różnych warunkach atmosferycznych i terenowych.

Układ zblokowany przedni

Silnik napędza przednie koła. Charakterystyczną cechą układu $\mathrm{FWD}$ jest umieszczony z przodu pojazdu silnik nad przednimi kołami. Za pomocą wału napędowego oraz układu przekładni wygenerowana przez silnik moc jest przekazywana na przednie koła. Prosta konstrukcja układów tego typu przekłada się na mniejszą masę pojazdu, a także na niższe koszty produkcji. Przednie koła stają się źródłem napędu i prowadzenia. Układy napędowe $\mathrm{FWD}$ lepiej sprawdzają się podczas jazdy po śliskiej nawierzchni (deszcz, oblodzona droga), podczas jazdy dynamicznej ich zachowanie może ulec zmianie.

Układ zblokowany tylny

Silnik napędza tylne koła pojazdu, umieszczony jest nad tylnymi kołami, z tyłu pojazdu. Układ napędowy $\mathrm{RWD}$ częściej stosowany jest w samochodach sportowych, ponieważ masa pojazdu rozłożona jest równomiernie między osiami, co może przekładać się na lepsze prowadzenie pojazdu, zwłaszcza podczas dynamicznej jazdy. Bardzo popularne jest wykorzystanie układu $\mathrm{RWD}$ w driftingu, aby uzyskać efekt poślizgu pożądane są kontrolowane uślizgi tylnej osi.

Układ napędowy z napędem wielu osi

Obejmuje kombinacje napędu na przednie, tylne lub wszystkie koła. W układzie napędowym $\mathrm{AWD}$ moc napędowa przekazywana jest na wszystkie koła pojazdu. Układ ten może być stały (non‑stop $\mathrm{AWD}$), gdzie wszystkie koła cały czas otrzymują moc lub dostosowywać się do warunków (on‑demand $\mathrm{AWD}$), automatycznie rozkładając moc w zależności od potrzeb. Stosowany w pojazdach terenowych, SUV‑ach, samochodach sportowych, wymagających lepszej trakcji w warunkach deszczu, śniegu czy błota. Układy napędowe $\mathrm{AWD}$ (All‑Wheel Drive) oraz $\mathrm{4WD}$ (Four‑Wheel Drive) oferują elastyczność w dostosowaniu się do różnorodnych potrzeb klientów oraz różnych warunków jazdy.

Budowę klasycznego układu napędowego

Sprzęgło

Kluczowy element układu napędowego, który daje możliwość tymczasowego rozłączenia silnika od skrzyni biegów. Rozłączenie silnika od skrzyni biegów, spowodowane przez naciśnięcie pedału sprzęgła, umożliwia zmianę biegów bez konieczności zatrzymania pojazdu i wyłączenia silnika, pozwala na płynne ruszanie z miejsca.

Sprzęgło zbudowane jest z tarczy sprzęgła (przyczepionego do wału korbowego silnika, w skład którego wchodzi tarcza przyczepiona do powierzchni roboczej oraz tarcza dociskowa), tarczy dociskowej (naciskana przez docisk sprzęgła wytwarza siłę docisku zamykając sprzęgło), sprężyny dociskowej (wspomaga płynne rozłączanie sprzęgła), mechanizmu dociskowego (odpowiada za przenoszenie siły z pedału sprzęgła na tarczę dociskową), łożyska wyciskowego (optymalizuje naciskanie tarczy dociskowej na tarczę sprzęgła).

Tarcza sprzęgła

Tarcza sprzęgła jest podstawowym elementem układu sprzęgła w pojazdach z napędem mechanicznym, między innymi w samochodach. Odpowiedzialna jest za przenoszenie momentu obrotowego między wałem korbowym silnika a wałem skrzyni biegów. Tarcze najczęściej wykonane są z wysokiej jakości stopów metali (na przykład stal stopowa, żeliwo szare). W celu zapewnienia skutecznego przenoszenia momentu obrotowego na powierzchni tarczy wykorzystuje się warstwę materiału przyczepnego, między innymi specjalne kompozyty węglowe. Metalowe wkłady lub inne dodatkowe warstwy materiałów kompozytowych pełnią funkcję wzmocnienia, zapewniając tym samym zwiększenie wytrzymałości oraz trwałości tarczy sprzęgła. Niektóre tarcze są wyposażone w specjalne sprężyny tłumiące, które chronią układ przed uszkodzeniami, absorbują wszelkie uderzenia i drgania. Aby zapobiec drganiom i wibracjom wpływającym negatywnie na komfort jazdy, tarcze sprzęgła są także starannie wyważone. Odgrywają najważniejszą rolę w prawidłowym funkcjonowaniu układu sprzęgła, umożliwiają płynne i staranne przejście pomiędzy biegami, jak również, podczas zmiany prędkości, umożliwiają skuteczne rozłączanie silnika od skrzyni biegów.

Łożysko wyciskowe

Łożysko wyciskowe odpowiada za przenoszenie siły docisku na tarczę sprzęgła, wykonane między innymi z wysokiej jakości stali stopowej, co umożliwia wytrzymałe działanie w przypadku wysokich obciążeń i temperatur. Łożysko wyciskowe składa się z wirnika i tulei, zamocowanych na wałku dociskowym. W wirniku znajdują się najczęściej sprężyny dociskowe, które wytwarzają siłę docisku na tarczę sprzęgła. Wpływ na płynne i precyzyjne działanie układu sprzęgła mają właśnie sprężyny dociskowe, które absorbują i amortyzują drgania. Niektóre konstrukcje łożysk wyciskowych mają możliwość regulacji siły docisku, dostosowując układ sprzęgła do różnych warunków eksploatacji. Łożyska wyciskowe są najczęściej montowane za pomocą śrub lub nakrętek, które umożliwiają trwałe przymocowanie do skrzyni biegów. Łożysko wyciskowe jako niezbędny element układu sprzęgła umożliwia bezpieczną zmianę biegów oraz płynne rozłączanie napędu w trakcie postoju i ruszania.

Docisk sprzęgła

Docisk sprzęgła to kolejny niezbędny element układu sprzęgła, który odpowiedzialny jest za generowanie siły docisku przenoszonej na tarczę sprzęgła. Docisk sprzęgła daje możliwość efektywnego przenoszenia momentu obrotowego pomiędzy silnikiem a skrzynią biegów. Materiał wykorzystywany do wykonania docisków sprzęgła to wysokiej jakości stal stopowa lub inne materiały o określonych właściwościach, które zapewniają odporność oraz wytrzymałość na wysokie temperatury. Docisk sprzęgła często wyposażony jest w sprężyny dociskowe, odpowiedzialne za równomierne rozkładanie siły docisku na powierzchnię tarczy. Najczęściej zamontowany jest na obudowie skrzyni biegów.

Zasady działania sprzęgła:
Po wciśnięciu pedału sprzęgła tarcza sprzęgłowa przestaje być dociskana do koła zamachowego, zostaje od niego odłączona. Umożliwia to obracanie się wału korbowego silnika. W trakcie zmiany biegu wciśnięte sprzęgło pozwala na zmianę biegu bez konieczności zatrzymania pojazdu. W momencie puszczenia pedału sprzęgła tarcza sprzęgła zaczyna być dociskana do koła zamachowego, silnik przenosi moc napędową na układ napędowy.

Sprzęgła mogą mieć różne rozwiązania konstrukcyjne.

Sprzęgła jednotarczowe składają się z jednej tarczy sprzęgłowej, z kolei sprzęgła dwutarczowe – z dwóch tarczy sprzęgłowych, a są spotykane w pojazdach o większej mocy, ponieważ zwiększają powierzchnię kontaktu oraz dają możliwość obsługi większych momentów obrotowych.

Sprzęgło hydrauliczne, gdzie płyn hydrauliczny wykorzystywany jest do przeniesienia siły dociskającej, a sprzęgło elektromagnetyczne przyczynia się do lepszego komfortu jazdy przez wykorzystanie zjawiska elektromagnetycznego do sterowania sprzężeniem sprzęgła.

Skrzynia biegów (manualna, automatyczna)

Kolejny kluczowy element układu napędowego, składa się z solidnej obudowy (wykonanej z aluminium lub stali, której zadaniem jest ochrona wewnętrznych elementów przed zewnętrznymi uszkodzeniami), tulei biegów (stanowią prowadnice dla biegów, pozwalają na ich płynne przesuwanie się), wału napędowego (przenosi moment obrotowy na koła napędowe pojazdu), mechanizmu biegów (koła zębate i synchronizatory przekładają się na duży wybór różnych przełożeń).

Najważniejszym celem skrzyni biegów jest zapewnienie różnych przełożeń, co przekłada się na odpowiednie dopasowanie mocy silnika (w warunkach jazdy autostradowej lub miejskiej) do prędkości, a także obciążenia pojazdu. W niższych biegach zwiększa moment obrotowy, co jest niezwykle przydatne w momencie pokonywania wzniesień czy ciężkich warunkach terenowych.

Zasady działania:
Zmiana biegów polega na odpowiednim przełożeniu w skrzyni biegów (dostosowuje do prędkość obrotową silnika do warunków jazdy). W trakcie jazdy w przód możliwa jest dzięki odpowiedniemu przełożeniu – biegowi, podczas trybu cofania skrzynia biegów dokuje zmiany kierunku przekazywania momentu obrotowego.

W manualnej skrzyni biegów kierowca, za pomocą dźwigni biegów, ręcznie wybiera biegi. Kontrola jaką dają kierowcy manualne skrzynie sprawiają, że są one niezwykle popularne.

Automatyczne skrzynie biegów dobierają biegi odpowiednio do prędkości jazdy, zapewniają komfort jazdy.

Półautomatyczne skrzynie biegów to kombinacja zarówno manualnych jak i automatycznych skrzyń , które pozwalają kierowcy na ręczny wybór biegu lub zostawiają to zadanie skrzyni biegów.

Wśród stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych są także skrzynie biegów o stałej zmiennej przełożenia – $\mathrm{CVT}$ (Continuous Variable Transmission). Pozwalają one na płynne dostosowanie przełożeń do aktualnych warunków jazdy, eliminując stopniowe biegi. Skrzynia biegów znajduje zastosowanie między innymi w samochodach osobowych (jako integralna część układu napędowego, może być manualna lub automatyczna) oraz w pojazdach ciężarowych (umożliwiając przemieszczanie się przy dużych ładunkach).

Wał napędowy

Odgrywa kluczową rolę w przekazywaniu momentu obrotowego ze skrzyni biegów do kół pojazdu. Składa się z osi (która przenosi moment obrotowy z silnika do układu napędowego pojazdu) oraz jednego lub kilku segmentów połączonych między sobą przegubami kardana, umożliwiając elastyczność oraz niwelowanie różnic w położeniu osi.

Wał napędowy jest niezbędny w procesie przekazywania momentu obrotowego ze skrzyni biegów do koła napędowego pojazdu. Kompensacja różnic w położeniu osi oraz jego elastyczność sprawia, że wał napędowy jest konieczny w przypadku pojazdów z napędem na wszystkie koła.

W samochodach osobowych może być stosowany w różnych konfiguracjach, w zależności od konkretnego układu napędowego.

Z kolei w SUV‑ach oraz pojazdach terenowych wał napędowy daje możliwość efektywnej pracy układu napędowego na różnych rodzajach terenu.

Zasady działania:
Wał napędowy, poprzez połączenie z wałem korbowym, odbiera moment obrotowy z silnika, następnie przenosi moment obrotowy na drugi koniec, połączonym z układem przeniesienia napędu na oś pojazdu. Wał napędowy musi być elastyczny, aby w warunkach nierównego terenu dostosować ruchy zawieszenia pojazdu.

Przeguby

Znajdują się na końcach półosi (odpowiadających za przenoszenie momentu obrotowego z mechanizmu różnicowego na koła napędowe), pozwalają na jej elastyczne poruszanie się w różnych kierunkach. Dają możliwość elastycznych połączeń pomiędzy różnymi częściami układu przeniesienia napędu. Obecność przegubów umożliwia zachowanie elastyczności oraz zdolności przystosowania się do zmieniających się kątów i położeń (na przykład podczas nierówności terenu). Przyczyniają się do redukcji wibracji i hałasu.

Możemy wyróżnić przeguby wewnętrzne i zewnętrzne.

Przeguby wewnętrzne znajdują się wewnątrz wałów napędowych, z kolei przeguby zewnętrzne umieszczone są na końcach wałów napędowych, łączą je z pozostałymi elementami układu napędowego.

Elastyczność przegubów w przypadku samochodów osobowych z napędem na wszystkie koła jest szczególnie ważna.

W pojazdach terenowych, gdzie powszechne są nierówności terenu, przeguby muszą być szczególnie wytrzymałe i elastyczne, umożliwiają skomplikowane ruchy terenowe.

W przypadku maszyn budowlanych przyczyniają się do efektywnego poruszania się w trudnych warunkach terenowych.

Ze względu na rodzaj konstrukcji możemy wyróżnić:

• przeguby kulowe (umożliwiają ruch w różnych kierunkach, zapewniają stabilność),

• przeguby rzeźbione (umożliwiają elastyczne połączenia przy jednoczesnym utrzymaniu sztywności),

• przeguby kardana (krzyżakowe, pozwalają na przenoszenie momentu obrotowego w trzech płaszczyznach),

• przeguby homokinetyczne (podczas przesyłania momentu obrotowego utrzymują stałą prędkość obrotową wału, szczególnie istotne podczas skręcania kół),

• przeguby wahliwe (dają możliwość ruchów wahliwych w jednej osi).

Przekładnia główna

Przekształca moment obrotowy, który przenoszony jest przez wał napędowy z silnika, dostosowuje go do aktualnych warunków jazdy oraz prędkości pojazdu.

Przekładnia główna zbudowana jest z zębatki (zębatka z kolei składa się z kół zębatych, których różnice w rozmiarach dają możliwość regulacji prędkości obrotowej), korpusu (zapewnia ochronę i smarowanie, odpowiada za utrzymanie wszystkich komponentów w odpowiednich miejscach) oraz wielu przekładni (biegów, dostosowują moment obrotowy do aktualnej jazdy).

Zasady działania:
Poprzez zmianę biegów przekładnia główna dostosowuje stosunek prędkości obrotowej między wałem napędowym a kołami pojazdu. Przekładnia stożkowa stosuje stożkowe koła zębate do regulowania prędkości obrotowej. Na przekładnię planetarną składa się zestaw kół zębatych, które obracają się wokół wspólnej osi, umożliwia to różne przekłady. Niektóre pojazdy są wyposażone w automatyczną przekładnię, która dostosowuje biegi do warunków jazdy.

Mechanizm różnicowy

szczególnie ważny w pojazdach z napędem na więcej niż jedną oś. Przyczynia się do utrzymania równowagi i stabilności pojazdu, ponieważ daje możliwość kołom na jednej osi obracanie się z różnymi prędkościami w trakcie skręcania. Przekazuje moment obrotowy z wału napędowego na koła pojazdu.

Mechanizm różnicowy składa się z:

• korpusu (mechanizm osadzony jest w obudowie utrzymującej wszystkie komponenty w odpowiednich miejscach),

• satelitarnego i planetarnego układu zębatkowego (zestaw kół zębatych umożliwia różnice w prędkościach obrotowych między kołami),

• stalowej obudowy (zapewniającej wytrzymałość i odporność na obciążenia),

• wałków (połączonych z kołami, umożliwiając im obracanie się z różnymi prędkościami).

Zasady działania:
Mechanizm różnicowy daje możliwość różnic w prędkościach między kołami na jednej osi. Podczas jazdy prosto koła po obu stronach obracają się z tą samą prędkością, mechanizm różnicowy przekazuje moment obrotowy na obie osie równocześnie. W trakcie skręcania, kiedy to jedno z kół musi pokonać dłuższą drogę, mechanizm różnicowy umożliwia różnice w prędkościach obrotowych, co przekłada się na płynność skręcania. Mechanizmy różnicowe z ogranicznikami prędkości ($\mathrm{LSD}$ – Limited‑Slip Differential) zaprojektowane są tak, aby ograniczyć różnice w prędkościach obrotowych między kołami, co jest przydatne w sytuacjach ograniczonej przyczepności. Niektóre pojazdy wyposażone są w systemy blokujące, wymuszając jednakową prędkość obrotową na obu kołach. Współczesne pojazdy posiadają zaawansowane elektroniczne systemy kontroli trakcji, kontrolują one pracę mechanizmu różnicowego i dostosowują moment obrotowy dla lepszej trakcji.

Półosie i piasty kół napędowych

Półosie przekazują moment obrotowy między mechanizmem różnicowym a kołami (pozwala to na przenoszenie mocy napędowej do kół).

Półosie zbudowane są z wyposażonych w przekładnię zębatą osi, połączonych z mechanizmem różnicowym. Znajdują się w zawieszeniu pojazdu, wspierane są przez łożysko, co pozwala na swobodny obrót podczas ruchu kół.

Zasady działania:
Półosie odpowiedzialne są za przenoszenie momentu obrotowego z mechanizmu różnicowego na koła, dają im możliwość obracania się zgodnie z ruchem pojazdu. Piasty kół napędowych połączone są z obręczami kół i pozwalają na ich obracanie się wokół osi. Znajdują się w nich łożyska, które wspierają obrót kół i zmniejszają tarcie. Piasty mogą być wyposażone w zawory, tarcze hamulcowe i czujniki $\mathrm{ABS}$ w zależności od projektu pojazdu. Piasty, które wyposażone są w łożyska koncentryczne pomagają zachować równowagę i redukować wibracje. W piastach, w których znajdują się czujniki $\mathrm{ABS}$, zapobiegają blokowaniu kół w trakcie hamowania. Niektóre pojazdy elektryczne posiadają bardziej zaawansowane piasty kół napędowych, zawierających w sobie silniki elektryczne, pozwalających na niezależne napędzanie poszczególnych kół.

Powrót do spisu treściDFXKNf4pKPowrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Wizualizacja w 2D lub 3D Budowa wybranych podzespołów i zespołów pojazdów samochodowychDJWPXQSSyWizualizacja w 2D lub 3D Budowa wybranych podzespołów i zespołów pojazdów samochodowych

• Wizualizacja w 2D lub 3D Zasady funkcjonowania i budowa źródeł napędu pojazdów spalinowych, elektrycznych i hybrydowychDo1I8suDAWizualizacja w 2D lub 3D Zasady funkcjonowania i budowa źródeł napędu pojazdów spalinowych, elektrycznych i hybrydowych

• Plansza/schemat/grafika interaktywna Przedstawienie rodzajów podzespołów i zespołów pojazdów samochodowychDC6jmVdJAPlansza/schemat/grafika interaktywna Przedstawienie rodzajów podzespołów i zespołów pojazdów samochodowych