Spis treÊci

Część I — Wiadomości ogólne ...................................................................... 7

1. Rozwój i znaczenie motoryzacji .......................................................................... 7

2. Podział pojazdów samochodowych ...................................................................... 12

3. Podział samochodu na zespoły ............................................................................ 13

4. Charakterystyka techniczna samochodu ............................................................. 14

Część II — Teoria ruchu samochodu .......................................................... 17

5. Wiadomości wstępne .......................................................................................... 17

6. Siły działające na samochód ............................................................................... 176.1. Obciążenia statyczne ................................................................................................ 176.2. Opory ruchu .............................................................................................................. 216.3. Siła napędowa ........................................................................................................... 31

7. Własności ruchowe samochodu ........................................................................... 387.1. Bilans sił ................................................................................................................... 387.2. Bilans mocy .............................................................................................................. 447.3. Dobór parametrów układu napędowego ................................................................... 49

8. Mechanika ruchu samochodu podczas hamowania .............................................. 588.1. Siły działające na samochód podczas hamowania .................................................... 588.2. Rozkład sił hamowania na poszczególne osie samochodu ....................................... 62

9. Mechanika krzywoliniowego ruchu samochodu ................................................... 669.1. Podstawowe zależności kinematyczne ...................................................................... 669.2. Siły działające na samochód w ruchu krzywoliniowym ........................................... 689.3. Stateczność ruchu samochodu .................................................................................. 72

Część III — Budowa podwozi ....................................................................... 77

A. Mechanizmy napędowe ...................................................................................... 77

10. Wiadomości wstępne .......................................................................................... 77

11. Sprzęgła ............................................................................................................ 8011.1. Zadania i rodzaje sprzęgieł ..................................................................................... 8011.2. Budowa i działanie tarczowych sprzęgieł ciernych ................................................ 8111.3. Elementy tarczowych sprzęgieł ciernych ................................................................ 8811.4. Obliczanie tarczowego sprzęgła ciernego ............................................................... 9611.5. Sprzęgła elektromagnetyczne ................................................................................. 9711.6. Sprzęgła hydrokinetyczne ....................................................................................... 99

3

12. Skrzynki biegów ................................................................................................ 10412.1. Zadania i rodzaje skrzynek biegów ........................................................................ 10412.2. Budowa i działanie stopniowych skrzynek biegów z przekładniami o stałych osiach 10512.3. Synchronizatory ...................................................................................................... 11612.4. Mechanizmy sterowania stopniowych skrzynek biegów z przekładniami

o stałych osiach ...................................................................................................... 12112.5. Zasady i kolejność obliczeń stopniowych skrzynek biegów z przekładniami

o stałych osiach ...................................................................................................... 12512.6. Stopniowe skrzynki biegów z przekładniami o osiach obracających się

— przekładnie planetarne ....................................................................................... 12812.7. Bezstopniowe skrzynki biegów — przekładnie hydrokinetyczne ........................... 13112.8. Automatyczne skrzynki biegów .............................................................................. 136

13. Wały napędowe i przeguby ................................................................................. 13813.1. Wały napędowe ....................................................................................................... 13813.2. Przeguby ................................................................................................................. 14213.3. Elementy podatne w wałach i przegubach .............................................................. 150

14. Mosty napędowe ................................................................................................ 15214.1. Zadania i rodzaje mostów napędowych .................................................................. 15214.2. Przekładnie główne ................................................................................................. 15314.3. Mechanizmy różnicowe .......................................................................................... 16414.4. Półosie i piasty kół napędzanych ............................................................................ 17114.5. Pochwy ................................................................................................................... 17514.6. Przykłady konstrukcji mostów napędowych ........................................................... 177

B. Mechanizmy nośne i jezdne ................................................................................ 182

15. Osie nienapędzane .............................................................................................. 182

16. Zawieszenia ....................................................................................................... 18616.1. Cel i istota pracy zawieszenia ................................................................................. 18616.2. Rodzaje zawieszeń .................................................................................................. 19116.3. Elementy sprężyste ................................................................................................. 19316.4. Elementy tłumiące — amortyzatory ....................................................................... 20916.5. Stabilizatory ............................................................................................................ 21116.6. Przykłady konstrukcji zawieszeń ............................................................................ 212

17. Ramy ................................................................................................................. 220

18. Koła i ogumienie ................................................................................................ 22618.1. Koła ........................................................................................................................ 22618.2. Ogumienie .............................................................................................................. 231

C. Mechanizmy prowadzenia .................................................................................. 241

19. Układy kierownicze ............................................................................................ 24119.1. Zadania układu kierowniczego ............................................................................... 24119.2. Mechanizmy zwrotnicze ......................................................................................... 24219.3. Ustawienie kół kierowanych ................................................................................... 24819.4. Mechanizmy kierownicze ....................................................................................... 25019.5. Układy kierownicze ze wspomaganiem .................................................................. 25819.6. Specjalne układy kierownicze ................................................................................ 263

20. Układy hamulcowe ............................................................................................. 26420.1. Zadania i rodzaje układów hamulcowych ............................................................... 26420.2. Hamulce .................................................................................................................. 26620.3. Mechanizmy uruchamiające hamulce ..................................................................... 27820.4. Układy hamulcowe przyczep i zwalniacze ............................................................. 303

4

Część IV — Budowa nadwozi ........................................................................ 306

21. Zadania i rodzaje nadwozi .................................................................................. 306

22. Nadwozia samochodów osobowych ..................................................................... 30722.1. Rodzaje i odmiany nadwozi ................................................................................... 30722.2. Budowa i wyposażenie nadwozi ............................................................................. 31022.3. Ogrzewanie i klimatyzacja ..................................................................................... 320

23. Nadwozia samochodów ciężarowych ................................................................... 32223.1. Kabiny kierowców .................................................................................................. 32223.2. Skrzynie ładunkowe ............................................................................................... 327

24. Nadwozia autobusów .......................................................................................... 328

Część V — Przyczepy. Pojazdy o specjalnym przeznaczeniu. Motocykle 333

25. Przyczepy i naczepy ........................................................................................... 333

26. Pojazdy o specjalnym przeznaczeniu ................................................................... 34026.1. Ciągniki drogowe ................................................................................................... 34026.2. Pojazdy kontenerowe .............................................................................................. 34226.3. Samochody terenowe .............................................................................................. 34426.4. Pojazdy do przewozów specjalistycznych .............................................................. 34726.5. Pojazdy samowyładowcze ....................................................................................... 35226.6. Pojazdy pożarnicze, służby zdrowia i służb technicznych ..................................... 35426.7. Pojazdy komunalne ................................................................................................. 357

27. Pojazdy motocyklowe ......................................................................................... 36127.1. Rodzaje pojazdów motocyklowych ........................................................................ 36127.2. Budowa motocykli .................................................................................................. 36227.3. Motocykle czterokołowe ........................................................................................ 371

Część VI — Badania pojazdów ..................................................................... 372

28. Wiadomości ogólne ............................................................................................ 37228.1. Pojęcia podstawowe ................................................................................................ 37228.2. Rodzaje badań ......................................................................................................... 373

29. Eksperymenty na drogach publicznych ............................................................... 37529.1. Badania właściwości ruchowych samochodów ...................................................... 37529.2. Testy trwałościowe ................................................................................................. 377

30. Badania eksploatacyjne ...................................................................................... 37730.1. Badania właściwości użytkowych samochodu ....................................................... 37730.2. Badania warunków eksploatacji ............................................................................. 37830.3. Badania awaryjności i uszkodzeń eksploatacyjnych ............................................... 38030.4. Badania trwałości i niezawodności ......................................................................... 38230.5. Badania skutków kolizji ......................................................................................... 383

31. Badania na wydzielonych kompleksach dróg — poligon badawczy ....................... 385

32. Laboratoryjne badania samochodów .................................................................. 38732.1. Badania statyczne i kwazistatyczne ........................................................................ 38732.2. Badania dynamiczne — symulatory ....................................................................... 389

33. Laboratoryjne badania zespołów ........................................................................ 39633.1. Stanowiska badawcze ............................................................................................. 39633.2. Organizacja laboratorium ........................................................................................ 397

Literatura ............................................................................................................... 400

1. Rozwój i znaczenie motoryzacji

W dzisiejszych czasach trudno sobie wyobrazić życie bez transportu samocho-dowego — bez samochodów osobowych, ciężarowych, autobusów, karetekpogotowia itd. A jednak, mimo że zbudowanie pojazdu, który by się sam po-ruszał, było od dawna marzeniem konstruktorów, historia samochodu mające-go znaczenie użytkowe sięga zaledwie przełomu XIX i XX wieku.

Próby skonstruowania naziemnego pojazdu poruszającego się o własnychsiłach czyniono już znacznie dawniej. W roku 1769 Francuz Mikołaj Józef Cu-gnot skonstruował pierwszy pojazd o napędzie parowym. Pojazd ten nie miałwłasnego paleniska i aby nagrzać parę, trzeba było pod kotłem rozpalać na zie-mi ognisko. W następnych latach powstało wiele mniej lub bardziej udanychkonstrukcji o napędzie parowym, z którymi w drugiej połowie XIX wieku za-częły konkurować pojazdy napędzane silnikiem elektrycznym.

Pierwszy samochód z silnikiem spalinowym zasilanym benzyną zbudowałw roku 1875 Siegfried Marcus. Był to jednak tylko pojazd eksperymentalny.Natomiast pierwszy użytkowy samochód z silnikiem benzynowym o mocy0,55 kW, z elektrycznym układem zapłonowym wysokiego napięcia oraz łań-cuchowym napędem tylnych kół, zbudował dziesięć lat później Karol Benz.

Lata 1885–1886 były przełomowe dla rozwoju motoryzacji. Gottlieb Dai-mler i Karol Benz, po wykonaniu prób ze swymi pierwszymi „prawdziwymisamochodami”, założyli dwie rywalizujące wytwórnie, znane później zeswych wyrobów na całym świecie. Jednocześnie przemysł samochodowy roz-wija się w wielu krajach. We Francji powstają firmy Panhard-Levassor(1887), de Dion-Bouton, Peugeot. Nieco później — w roku 1894 — powstajepierwsza amerykańska wytwórnia samochodów — Duryea Motor Company.Wkrótce po niej powstają zakłady Oldsmobil oraz założone przez Henry For-da — Detroit Automobile Company.

7

Wiadomości ogólne

Część I

Mimo ciągle jeszcze wątpliwych wartości użytkowych produkowanychwówczas samochodów rozwój motoryzacji na przełomie XIX i XX wiekucechował wyjątkowy dynamizm. O ówczesnych konstrukcjach świadczą naj-lepiej rezultaty rozgrywanych imprez sportowych. Pierwszy światowy rekordprędkości, ustanowiony w roku 1902 na samochodzie z silnikiem spalinowym(poprzednie należały do samochodów parowych lub elektrycznych), wynosił122,4 km/h. W roku 1909 samochód firmy Benz przekroczył prędkość200 km/h. Było to oczywiście związane z nieustannym doskonaleniem kon-strukcji samochodu oraz metod jego wytwarzania.

Pierwsze polskie konstrukcje samochodów powstały w założonych w roku1921 Centralnych Warsztatach Samochodowych (CWS). Były to skonstruowa-ne przez inż. Tadeusza Tańskiego samochody osobowe CWS-T1 i CWS-T2.Samochody te nie były jednak produkowane seryjnie.

W roku 1926 fabryka Ursus, produkująca dotychczas silniki spalinowe dlarolnictwa, kupiła licencję samochodu ciężarowego o nazwie Ursus — typ A.Również w Ursusie, w roku 1930, została uruchomiona produkcja silników nalicencji firmy Saurer. Silniki te były montowane do importowanych podwozitej samej firmy. Od roku 1928 Ursus organizacyjnie wszedł w skład Państwo-wych Zakładów Inżynierii (PZInż), które produkowały także samochody oso-bowe i ciężarowe na licencji włoskiej firmy FIAT. Były to modele 508-III i 518— osobowe oraz 621 i 618 — ciężarowe. Wykorzystując ich zespoły, wykona-no w PZInż wiele odmian pochodnych, między innymi 20-miejscowy autobus.W latach 1935–1939 opracowano wiele polskich konstrukcji. Były to: proto-typ dużego samochodu osobowego typ LS, prototyp samochodu ciężarowegoo ładowności 4,5 tony, silniki samochodowe typ 403 i typ 705, motocykleSokół 200, Sokół 600, M-111 i inne. Cały ten dorobek unicestwiła wojna.

Po wojnie polski przemysł motoryzacyjny trzeba było budować od podstaw.Pod kierunkiem inżyniera Jana Wernera została opracowana dokumentacja sa-mochodu ciężarowego o ładowności 3,5 t, oznaczonego symbolem Star 20.Fakt, że mimo niezwykle ciężkich warunków w roku 1948 wyprodukowanow Starachowicach pierwszych 10 takich samochodów, świadczy o niezwy-kłym wysiłku, zapale i wysokich umiejętnościach ludzi, którzy w tych latachbudowali naszą motoryzację.

Regularną produkcję Starów rozpoczęto w roku 1949. Trzy lata późniejw nowo zbudowanej Fabryce Samochodów Osobowych w Warszawie zostałazmontowana seria próbna samochodów FSO Warszawa, których konstrukcjabyła oparta na licencji radzieckiej. W tym samym roku w Lublinie rozpoczętoprodukcję 2,5-tonowych samochodów ciężarowych FSC Lublin, również na li-cencji radzieckiej. Oba te samochody cechowała przestarzała konstrukcja,a o wyborze licencjodawcy zadecydowały względy polityczne.

Dalszy rozwój polskiej motoryzacji to nie tylko modernizacja zakładóww Starachowicach, Warszawie i Lublinie, ale również uruchomienie nowych.Były to: Sanocka Fabryka Autobusów, Jelczańskie Zakłady Samochodowe,Fabryka Samochodów Dostawczych w Nysie, Fabryka Mechanizmów Samo-

8

chodowych w Szczecinie i wiele innych. Stara 20 zastąpiły kolejno: Star 21,Star 25, Star 28 i 29, Star 200, Star 1142 i Star 742. Jednocześnie powstałowiele konstrukcji pochodnych – samochody samowyładowcze, ciągniki sio-dłowe, cysterny, furgony, autobusy i inne. Skonstruowano samochód terenowyStar 66, a następnie jego nowsze odmiany —Star 660M1, Star 660M2, Star 266. Rozwój licencyjnej Warszawy (górnozaworowy silnik, zmienionenadwozie itp.), dał całą gamę samochodów pochodnych – sanitarki, mikrobusy(Nysa), samochody dostawcze (Żuk) itp.

Autobusy San, Jelcz i Sanok, samochody o dużej ładowności A80, Jelcz 315,popularny samochód osobowy Syrena to kolejne etapy rozwoju naszej motory-zacji. Pojazdy te były wykonywane w różnych odmianach i stopniowo moder-nizowane. Powstała rodzina samochodów dużej ładowności — dziesięcioto-nowy Jelcz 217, autocysterna i wiele innych.

Duże znacznie dla rozwoju polskiego przemysłu samochodowego miałozakupienie w roku 1965 we Włoszech licencji na samochód osobowy noszącyu nas nazwę Polski Fiat 125p. Na bazie tego samochodu wyprodukowano wer-sje kombi i pick-up oraz sanitarkę.

W roku 1971 podpisano umowę licencyjną z zakładami FIAT na produkcjęsamochodu Polski Fiat 126p w nowo wówczas wybudowanych zakładachw Bielsku i Tychach. Przez wiele lat były to bardzo popularne na naszych dro-gach samochody. Przestano je produkować dopiero w 2000 r.

W roku 1978 w FSO uruchomiono produkcję samochodów osobowych Po-lonez. Ich produkcja przebiegała równolegle do produkcji Polskich Fiatów125p. Samochody te miały zresztą wiele wspólnych zespołów. Przez wiele latprodukcji Polonez podlegał modernizacji, a jego zespoły wykorzystano w bu-dowie samochodów dostawczego i sanitarnego.

Dzięki zawartej w 1972 r. umowie z francuską firmą Berliet w Jelczań-skich Zakładach Samochodowych uruchomiono produkcję skonstruowanegowspólnie przez polskich i francuskich inżynierów autobusu Jelcz-Berliet PR 110.Autobusy produkowano też w Sanoku (Autosan H9).

Jelczańskie Zakłady Samochodowe nawiązały też kontakt z austriacką fir-mą Steyr, podejmując wspólną pracę nad rodziną samochodów dużej ładow-ności. W Antoninku pod Poznaniem powstała fabryka samochodów rolni-czych Tarpan. W Fabryce Samochodów Ciężarowych w Lublinie podjętoprace nad rodziną samochodów dostawczych. A przecież motoryzacja to nietylko samochody. W tym czasie produkowano również motorowery, przycze-py samochodowe, powstały fabryki produkujące zespoły takie, jak: skrzynkibiegów (Tczew), mechanizmy kierownicze i wały napędowe (Szczecin),amortyzatory (Krosno) i inne. Nastąpił też rozwój zaplecza technicznego mo-toryzacji, a więc stacji obsługi, zakładów naprawczych itp.

W latach osiemdziesiątych rozwój przemysłu motoryzacyjnego uległ za-hamowaniu. Przyczyną był zastój gospodarczy wywołany polityczną sytu-acją naszego kraju. Wstrzymano realizację niektórych inwestycji. Osłabłotempo prac rozwojowych. Regres nie trwał jednak zbyt długo. Po przełomie

9

politycznym z 1989 r. nastąpiło wyraźne ożywienie w przemyśle samocho-dowym. Wymienialność waluty i rynkowe zasady gospodarki spowodowałynapływ do Polski obcego kapitału. Polska stała się ważnym rynkiem zbytuoraz liczącym się partnerem, dysponującym wysoko kwalifikowaną i rela-tywnie tanią siłą roboczą.

Znaczne inwestycje poczyniły w Polsce koncerny FIAT, Daewoo i Gene-ral Motors. Ten ostatni wybudował w Gliwicach fabrykę produkującą OplaZafirę, Astrę Classic II i Agilę. Powstały zakłady montujące samochodyFord, Volkswagen, Mercedes. Na polskim rynku motoryzacyjnym rywalizu-ją tacy producenci, jak Renault, Citroen, Toyota, Nissan, Mitsubishi. Powsta-ją salony sprzedaży, sieci stacji obsługi oraz zakłady produkujące zespołyi podzespoły dla przemysłu motoryzacyjnego. Na przykład w Wałbrzychu sąwytwarzane skrzynie biegów oraz silniki małolitrażowe do samochodówprodukowanych wspólnie przez Toyotę i Peugeot-Citroen w czeskim mieścieKolin, a najnowocześniejsze dziś silniki wysokoprężne Toyoty są produko-wane (od 2000 r.) w Jelczu-Laskowicach. Polska jest też liczącym się w Eu-ropie producentem autobusów miejskich.

Rozwoju przemysłu samochodowego nie da się powstrzymać. Samochódjest środkiem komunikacji, który dociera tam, gdzie nie dojeżdża kolej anisamolot. Żaden inny środek transportu nie spełni zadań, które spełniają sa-mochody, np. w rolnictwie, budownictwie, handlu czy łączności. Dlategostopień „zmotoryzowania” kraju jest jednym z podstawowych miernikówpoziomu gospodarczego społeczeństw.

W miarę rozwoju motoryzacji obserwuje się zmiany w konstrukcji pojaz-dów, mające na celu poprawę ich właściwości eksploatacyjnych, zwiększe-nie wygody i bezpieczeństwa oraz zmniejszenie ich uciążliwości dla otocze-nia. Wzrasta ładowność samochodów ciężarowych, zwiększa się liczba od-mian pojazdów przystosowanych do przewozów specjalistycznych oraz dowykonywania ściśle określonych zadań. Dąży się do maksymalnego wydłu-żenia przebiegów międzynaprawczych, uproszczenia i zmniejszenia liczbyniezbędnych czynności obsługowych oraz skrócenia czasu załadunku i wyła-dowywania. Przejawami tych tendencji są m.in.: dbałość o zwiększenie trwa-łości zespołów, eliminowanie punktów wymagających okresowego smaro-wania, stosowanie samochodów samowyładowczych oraz przystosowanychdo automatycznego ładowania, stosowanie kontenerów.

Równolegle z dążeniem do poprawy właściwości eksploatacyjnych po-jazdów coraz większą wagę przykłada się do zapewnienia maksymalnegobezpieczeństwa oraz komfortu jazdy. Szczególnego znaczenia nabierają więcniezawodność układów hamulcowego i kierowniczego, stateczność ruchupojazdów oraz konstrukcja nadwozia zapewniająca maksimum bezpieczeń-stwa w razie wypadku. Wprowadzono obowiązek stosowania pasów bezpie-czeństwa i zagłówków. Powszechnym wyposażeniem stają się poduszki po-wietrzne, układy ABS, zapobiegające blokowaniu hamulców, wzmocnienianadwozia, zabezpieczające kierowcę i pasażerów przed skutkami kolizji.

10

Konstruuje się skuteczniejsze reflektory, dążąc jednocześnie do wyelimino-wania oślepiania kierowców pojazdów nadjeżdżających z przeciwka.

W trosce o bezpieczeństwo i wygodę jazdy samochody zaczęto wyposażaćw coraz większą liczbę elektronicznych urządzeń monitorujących oraz sterujących.Tym samym pojawiło się w nich wiele przewodów i złączy elektrycznych, którychnie stosowano dotychczas. Komplikowało to budowę samochodu, zwiększało je-go masę, pogarszało niezawodność. Problemy te rozwiązano, gdy – wzorując sięna budowie komputerów – w samochodach zastosowano magistrale informatycz-ne. Dzięki takiemu rozwiązaniu unika się też dwukrotnej zmiany sygnałów: cyfro-wych na analogowe i z powrotem – analogowych na cyfrowe. Komunikacja jestwięc szybsza, a sygnały cyfrowe (1 i 0) są ponadto odporne na zakłócenia ze-wnętrzne (pola magnetyczne), które mają charakter analogowy.

W większości obecnie produkowanych samochodów jest stosowana magi-strala CAN (z ang. Control Area Network), opracowana przez firmę RobertBosch. Po raz pierwszy zastosowano ją w 1992 r. w samochodzie Mercedes--Benz S. Steruje ona układami zwiększającymi bezpieczeństwo jazdy (ABS,ASR), pracą silnika (wtryskiem paliwa), a także urządzeniami diagnostycznymi.

W samochodach pojawiły się też wcześniej nie stosowane urządzenia(GPS, telefon ratunkowy, diagnostyka na odległość, e-mail, obsługa bankowai in.). Sygnały jednorazowe, potrzebne do sterowania tymi urządzeniami, niemogą obciążać magistrali CAN, pracującej w sposób ciągły, a odpowiadającejza bezpieczeństwo jazdy. Dlatego samochody wyposaża się w dodatkowe sie-ci LIN (z ang. Local Interconnect Network). Stanowiąc proste dopełnienie sie-ci CAN, zwiększają one szybkość transmisji i niezawodność układu. Zmniej-szenie ciężaru instalacji zapewnia zastosowanie światłowodów lub sterowanieurządzeniami za pomocą sygnałów radiowych. Te ostatnie umożliwiają też ko-rzystanie w czasie jazdy z telefonów komórkowych, laptopów, słuchawek bez-przewodowych, zdalne sterowanie radiem, odtwarzaczem CD/DVD itd.

Perspektywy rozwoju w budowie samochodów upatruje się obecnie w ro-snącym zastosowaniu tworzyw sztucznych. Zalety tych tworzyw w porówna-niu z metalami to: łatwość nadawania im żądanego kształtu, co zmniejszakoszt produkcji części; odporność na korozję (zbędne staja się pokrycia anty-korozyjne); mały ciężar właściwy.

Dbałość o poprawę komfortu jazdy przejawia się też w rozwoju kon-strukcji zawieszeń, foteli, poprawie izolacji akustycznej itp. Jeszcze nie takdawno komfort jazdy traktowano jako przywilej kierowców samochodówosobowych. Rozwój dalekiego transportu samochodowego pociągnął za so-bą konieczność zapewnienia jak najlepszych warunków pracy kierowcy. Po-prawa komfortu jazdy, a więc zmniejszenie zmęczenia kierowcy, zwiększabowiem bezpieczeństwo ruchu na drogach.

Istotnym zagadnieniem jest również eliminowanie negatywnych skutkówrozwoju motoryzacji. Doskonaląc silniki i stosując bezołowiowe paliwa, dąży się do zmniejszenia emisji substancji szkodliwych, znajdujących sięw spalinach samochodowych. Zgodnie z obowiązującymi w Unii Europejskiej

11

przepisami producenci są zobowiązani do montażu w samochodach osobo-wych urządzeń elektronicznych, automatycznie kontrolujących prawidłowośćprocesu spalania paliwa w silniku. Duże znaczenie przywiązuje się także dominimalizowania hałasu spowodowanego pracą pojazdu.

2. Podzia∏ pojazdów samochodowych

Pojazdami samochodowymi nazywamy środki transportu przeznaczone do po-ruszania się po drogach, wyposażone w silnik, których konstrukcja umożliwiajazdę z prędkością przekraczającą 25 km/h. Określenie to nie obejmuje motoro-werów, pojazdów szynowych i ciągników rolniczych. Do pojazdów samocho-dowych należą więc samochody osobowe i ciężarowe, autobusy, motocykle, sa-mochody specjalizowane i specjalne oraz ciągniki drogowe. Do pojazdówsamochodowych nie należą przyczepy i naczepy, ponieważ nie są wyposażonew silniki. Są one jednak eksploatowane razem z samochodami i w związkuz tym nie można ich pominąć przy omawianiu pojazdów samochodowych. Róż-norodność pojazdów zaliczanych do wspólnej rodziny pojazdów samochodo-wych sprawia, że dzielimy je zwykle na grupy charakteryzujące się jakimiśwspólnymi cechami. Podziału takiego można dokonać w zależności od prze-znaczenia pojazdu, a więc ze względu na zadania, jakie ma spełniać, lub w za-leżności od jego konstrukcji, a więc ze względu na rodzaj lub usytuowanie sil-nika, sposób przekazywania napędu na koła, rodzaj zawieszenia itp.

Pod względem wykonywanych zadań pojazdy samochodowe można po-dzielić na:— pojazdy przeznaczone do przewozu osób: samochody osobowe, autobusy,

motocykle;— pojazdy przeznaczone do przewozu ładunków: samochody ciężarowe

z uniwersalną skrzynią ładunkową i samochody do przewozów specjali-stycznych — samochody cysterny, samochody do przewozu materiałówsypkich, samochody chłodnie itp.;

— pojazdy specjalnego przeznaczenia, spełniające określone zadania go-spodarcze lub społeczne: pojazdy komunalne, samochody pożarnicze, sa-mochody pogotowia technicznego, ambulanse służby zdrowia itp.;

— ciągniki drogowe;— pojazdy wojskowe.

Ciągnione przez ciągniki przyczepy i naczepy mogą być wyposażonew uniwersalne skrzynie ładunkowe lub są przystosowane do przewozów spe-cjalistycznych. Wśród pojazdów wojskowych również rozróżniamy pojazdyprzeznaczone do transportu osób i ładunków, ciągniki i pojazdy specjalne.

Biorąc pod uwagę konstrukcję pojazdu stosuje się różne kryteria podzia-łu. Można pojazdy dzielić ze względu na ich zdolność przewozową, a więc

12

A. MECHANIZMY NAP¢DOWE

10. WiadomoÊci wst´pne

Poszczególne zespoły układu napędowego samochodu mogą być rozmaicierozmieszczone. Zależy to przede wszystkim od usytuowania silnika oraz odtego, do której osi jest doprowadzony napęd. Rozróżnia się pojazdy z silni-kiem umieszczonym z przodu lub z tyłu, z napędzanymi kołami tylnymi lubprzednimi, a także inne wersje — np. z napędem na wszystkie koła.

Na rysunku 10.1 przedstawiono tzw. klasyczny sposób rozmieszczeniamechanizmów napędowych w samochodzie. Silnik jest umieszczony z przo-du pojazdu, a napęd jest przenoszony przez sprzęgło, skrzynkę biegów i wałnapędowy z przegubami — do mostu napędowego. W moście napędowym sąusytuowane: przekładnia główna, mechanizm różnicowy i półosie napędo-we, doprowadzające napęd do kół.

Inne, często spotykane, rozwiązanie stanowią zblokowane mechanizmynapędowe (rys. 10.2), tzn. takie, w których sprzęgło, skrzynka biegów, prze-kładnia główna i mechanizm różnicowy znajdują się we wspólnej obudowiepołączonej bezpośrednio z silnikiem. Takie układy napędowe nie mają wału

77

Rys. 10.1. Klasyczny układ napędowy samochodu [20]

Budowa podwozi

Część III

78

Rys. 10.2. Zblokowany mechanizm napędowy [49]1 — silnik, 2 — sprzęgło, 3 — skrzynka biegów, 4 — przekładnia główna i mechanizm róż-nicowy, 5 — półosie napędowe

Rys. 10.3. Rozmieszczenie mechanizmów napędowych oraz przestrzeni bagażowych w samo-chodach osobowych: a) napęd klasyczny, b) napęd zblokowany przedni, c) napęd zblokowanytylny

napędowego. Napęd jest przekazywany ze zblokowanego zespołu napędo-wego przez półosie do kół. O ile w układzie klasycznym silnik jest umiesz-czony z przodu pojazdu, a napędzane są koła tylne, to układy zblokowanenajczęściej są umieszczone z przodu (np. samochody Volkswagen Golf, OpelCorsa, FIAT Punto), wówczas napędzane są przednie koła samochodu, lub— rzadziej — umieszcza się je z tyłu (Polski Fiat 126p, Volkswagen „gar-bus”), wówczas napędzane są koła tylne. Na rysunku 10.3 przedstawionoschematycznie usytuowanie w samochodzie osobowym mechanizmów napę-dowych w układach: klasycznym, zblokowanym przednim i zblokowanymtylnym.

Oprócz omówionych, najczęściej spotykanych rozwiązań konstrukcyj-nych układu napędowego, spotyka się także inne, jak np. w niektórych samo-chodach osobowych — doprowadzenie napędu do wszystkich czterech kół,w autobusach — usytuowanie silnika pod podłogą, w samochodach tereno-wych — doprowadzenie napędu do dwóch lub trzech osi i inne.

Na rysunku 10.4 przedstawiono rozmieszczenie zespołów napędowychw samochodzie dostawczym z napędem na wszystkie koła. Zblokowany ze-spół napędowy, usytuowany z przodu pojazdu, poprzecznie do kierunku jaz-dy, poprzez półosie napędza przednie koła. Sztywny tylny most napędowyjest napędzany za pośrednictwem dzielonego — podpartego w środku — wa-łu napędowego. Takie usytuowanie zespołów napędowych zapewnia samo-chodowi bardzo dobre właściwości jezdne oraz zwiększa przestrzeń użytko-wą wewnątrz pojazdu.

79

Rys. 10.4. Układ napędowy samochodu dostawczego Citroen C 25 [49]

O wyborze sposobu rozmieszczenia mechanizmów decydują przedewszystkim: optymalne wykorzystanie miejsca, rozkład nacisków na osie sa-mochodu oraz zdolność do poruszania się w trudnym terenie.

11. Sprz´g∏a

11.1. Zadania i rodzaje sprz´gie∏

Sprzęgło jest mechanizmem służącym do rozłączania oraz płynnego sprzę-gania wału korbowego silnika z zespołami układu napędowego samocho-du. Kierowca posługuje się sprzęgłem podczas ruszania, zmiany biegóworaz w innych przypadkach, gdy istnieje potrzeba chwilowego rozłączeniaukładu napędowego w celu przerwania przekazywania napędu od silnikado kół.

Podczas ruszania samochodem zachodzi konieczność sprzęgnięcia obra-cającego się wału korbowego silnika z nieruchomymi zespołami napędowy-mi. Ze względu na znaczną bezwładność samochodu nie jest możliwe szyb-kie wyrównanie prędkości obrotowej wału silnika i elementów połączonychz kołami. W celu wyrównania prędkości tych elementów kierowca powoliwłącza sprzęgło, doprowadzając stopniowo taką ilość energii do kół, którawystarcza do wprawienia w ruch samochodu i wyrównania prędkości obro-towej elementów napędzających i napędzanych. Dopiero wówczas następu-je całkowite sprzęgnięcie układu napędowego z silnikiem.

Podczas zmiany biegów wraz ze zmianą przełożenia zmienia się pręd-kość obrotowa wałków skrzynki biegów. Posługując się sprzęgłem, kierow-ca najpierw odłącza mechanizmy napędowe od silnika, umożliwiając zsyn-chronizowanie prędkości obrotowej tarczy sprzęgła i związanych z niąwirujących elementów z prędkością obrotową elementów układu napędo-wego połączonych z kołami; następnie włącza nową przekładnię, po czymznów za pomocą sprzęgła płynnie łączy wał korbowy silnika z zespołaminapędowymi.

Rozłączanie sprzęgła jest także konieczne przy zatrzymywaniu samocho-du, kiedy porusza się on już tak wolno, że odpowiadająca tej prędkości jaz-dy prędkość obrotowa silnika jest zbyt mała, żeby silnik mógł prawidłowopracować. Przez rozłączenie sprzęgła kierowca umożliwia pracę silnika nabiegu jałowym.

Ponadto sprzęgło w układzie napędowym spełnia zadanie ogranicznikamaksymalnego momentu obciążającego mechanizmy. Wskutek znacznejbezwładności mas wirujących silnika i mas napędzanych w układzie napędo-wym przy szybkich zmianach prędkości obrotowej (zbyt gwałtowne rusza-nie, ostre hamowanie itp.) mogą powstać obciążenia dynamiczne znacznie

80

przewyższające wartością moment obrotowy silnika. Wartość momentuprzenoszonego przez włączone sprzęgło jest jednak ograniczona możliwo-ścią poślizgu sprzęgła. Jeżeli moment skręcający w układzie napędowymosiąga zbyt dużą wartość, to dochodzi do poślizgu sprzęgła, dzięki czemumechanizmy napędowe są zabezpieczone przed przeciążeniem.

We współczesnych samochodach spotyka się rozmaite rodzaje sprzęgieł,dość znacznie różniące się między sobą. Ze względu na zasadę działania spo-tykane rozwiązania można podzielić na trzy grupy: sprzęgła cierne, sprzęgłaelektromagnetyczne i sprzęgła hydrokinetyczne.

Sprzęgła cierne przenoszą napęd dzięki siłom tarcia przeciwstawiającymsię poślizgowi napędzających i napędzanych elementów sprzęgła. Podwzględem kształtu trących się elementów rozróżnia się sprzęgła cierne tar-czowe, stożkowe i bębnowe. Sprzęgła stożkowe i bębnowe są w samochodachrzadko spotykane. Sprzęgła cierne tarczowe są budowane jako jedno-, dwu-lub wielotarczowe. Sprzęgła jedno- i dwutarczowe to najczęściej sprzęgłasuche, natomiast sprzęgła wielotarczowe pracują zwykle w oleju i są nazy-wane mokrymi. Biorąc pod uwagę sposób wywierania siły docisku, sprzęgłacierne dzielimy na mechaniczne, hydrauliczne, elektryczne i pneumatyczne.Szczególną odmianę sprzęgieł tarczowych mechanicznych stanowią sprzęgłaodśrodkowe i półodśrodkowe.

Sprzęgła elektromagnetyczne przenoszą napęd dzięki oddziaływaniu po-la magnetycznego, powodującego zaciśnięcie tarczy ciernej lub zestalenie al-bo stężenie proszku lub pasty ferromagnetycznej, znajdujących się pomiędzyelementami napędzającymi i napędzanymi.

Sprzęgła hydrokinetyczne przenoszą napęd dzięki bezwładności cieczywprawionej w ruch wirowy pomiędzy łopatkami dwóch wirników — napę-dzającego i napędzanego.

11.2. Budowa i dzia∏anie tarczowych sprz´gie∏ ciernych

Sprzęgła tego typu są często stosowane w samochodach — zarówno osobo-wych, jak ciężarowych. Zasadę działania jednotarczowego suchego sprzęgłailustruje rys. 11.1. Elementami napędzającymi — związanymi stale z wałemkorbowym silnika — są koło zamachowe i połączona z nim przesuwnie tar-cza dociskowa. Między tymi elementami znajduje się napędzana tarczasprzęgła, osadzona na wielowypuście wałka sprzęgłowego. Do tarczy sprzę-gła są przymocowane z obydwu stron okładziny cierne. Gdy sprzęgło jestwłączone, sprężyny dociskowe powodują, że tarcza sprzęgła jest zaciśniętamiędzy elementami napędzającymi (kołem zamachowym i tarczą docisko-wą). Występująca między tymi elementami siła tarcia sprawia, że sprzęgłomoże przenosić moment obrotowy.

Aby wyłączyć sprzęgło, tzn. rozłączyć układ napędowy, należy wcisnąćpedał sprzęgła. Wciskając pedał powodujemy ściśnięcie sprężyn docisko-

81

wych i odsunięcie tarczy dociskowej od tarczy sprzęgła. Zanika wówczassiła tarcia i sprzęgło nie przenosi momentu.

Na rysunku 11.2 przedstawiono przykładowo konstrukcję suchego, jed-notarczowego sprzęgła ciernego. Między kołem zamachowym 1 i tarcządociskową 2 znajduje się tarcza sprzęgła 3 z przynitowanymi okładzinamiciernymi. Tarcze są ściśnięte sprężynami dociskowymi 7, opartymi o wytło-czoną z grubej blachy pokrywę sprzęgła 6. Wyłączanie sprzęgła polega naprzesunięciu tulei wyciskowej 8 w kierunku koła zamachowego. Powodujeto wciśnięcie końców dźwigienek 4, które obracając się względem wsporni-ków 5, odciągają tarczę dociskową od tarczy sprzęgła.

82

Rys. 11.1. Zasada działania jednotarczowego sprzęgła ciernego: a) sprzęgło rozłączone,b) sprzęgło włączone

W sprzęgle przedstawionym na rys. 11.2 śrubowe sprężyny dociskowe7 są rozmieszczone na tarczy dociskowej wokół wałka sprzęgłowego. Czę-sto zamiast tak rozmieszczonych sprężyn stosuje się jedną, centralnieumieszczoną, sprężynę dociskową. We współczesnych sprzęgłach ciernychjest to z reguły sprężyna talerzowa.

Na rysunku 11.3 przedstawiono przykładowo sprzęgło jednotarczowez centralną sprężyną talerzową. Zalety takiego sprzęgła to: uproszczeniekonstrukcji, gdyż sprężyna talerzowa spełnia jednocześnie zadanie dźwigie-nek odwodzących tarczę dociskową, oraz korzystniejsza charakterystykasztywności sprężyny talerzowej. Wadą jest trudniejsze wykonanie samejsprężyny. Kształt sprężyny talerzowej oraz zasadę jej działania w sprzęgleilustruje rys. 11.4. Sprężyna jest wykonana z blachy stalowej w kształcieściętego stożka o promieniowych nacięciach zakończonych otworami.W otwory te wchodzą śruby lub kołki 6 związane z pokrywą sprzęgła. Sprę-

83

Rys. 11.2. Sprzęgło jednotarczowe ze śrubowymi sprężynami dociskowymi [37]

żyna jest osadzona w sprzęglemiędzy dwoma pierścieniamioporowymi 5 zamocowanymi nakołkach 6. Na rysunku 11.4 bi c przedstawiono dwa położeniasprężyny — przy włączonymi wyłączonym sprzęgle.

W dużych samochodach cię-żarowych i autobusach stosujesię czasem suche sprzęgła ciernewielotarczowe. Na rysunku 11.5przedstawiono dwutarczowe su-che sprzęgło cierne, o obwodo-wo rozmieszczonych śrubowychsprężynach dociskowych. Zasad-nicza różnica między tym sprzę-głem a sprzęgłem przedstawio-nym na rys. 11.2 polega na tym,że na wałku sprzęgłowym sąumieszczone dwie tarcze sprzę-gła, między którymi znajduje siędodatkowy element napędzający— tarcza związana przesuwniez kołem zamachowym silnika.Zaletą takiego sprzęgła jest zdol-ność przenoszenia większegomomentu obrotowego (ze wzglę-du na większą liczbę powierzch-ni ciernych), przy stosunkowomałej średnicy. Wadą jest gorszeodprowadzenie ciepła oraz ko-nieczność stosowania dodatko-wych elementów.

Szczególną odmianą tarczowych sprzęgieł ciernych są sprzęgła półod-środkowe i odśrodkowe. W sprzęgłach półodśrodkowych siła docisku międzyelementami napędzającymi i napędzanymi jest spowodowana łącznym dzia-łaniem sprężyn dociskowych i siły odśrodkowej działającej na wirująceciężarki. Sprężyny dociskowe zapewniają tylko częściowe zaciśnięcie tarczysprzęgła. Ostateczne zaciśnięcie tarczy następuje pod działaniem momentuwywołanego przez siłę odśrodkową wirujących ciężarków. Docisk tarcz jestwięc zmienny i zależy od prędkości obrotowej wału korbowego. Ciężarkizwykle są umieszczone na końcach dźwigienek, które służą do wyłą-czania sprzęgła oraz do dociskania tarcz podczas pracy. Na rysunku 11.6przedstawiono półodśrodkowe jednotarczowe sprzęgło cierne, stosowane

84

Rys. 11.3. Sprzęgło z centralną sprężyną talerzo-wą [8]

Rys. 11.4. Zasada działaniasprzęgła z centralną sprężynątalerzową: a) sprężyna tale-rzowa, b) sprzęgło włączone,c) sprzęgło wyłączone [8]1 — koło zamachowe, 2 — tar-cza sprzęgła, 3 — pokrywasprzęgła, 4 — obejma sprężynytalerzowej, 5 — pierścień opo-rowy, 6 — śruba przechodzącaprzez otwór w sprężynie, 7 —sprężyna talerzowa, 8 — tulejawyciskowa, 9 — tarcza doci-skowa

Rys. 11.5. Dwutarczowesprzęgło cierne [37]

Rys. 11.6. Sprzęgło półodśrodkowe [49]

86

w starszych modelach samochodów Star. Widoczny jest charakterystycznykształt dźwigienek wyłączających z ciężarkami. Poza tym sprzęgło to nieróżni się niczym od zwykłego sprzęgła ciernego.

Do zalet sprzęgieł półodśrodkowych należą: duża elastyczność włączaniai łatwość wyłączania przy małej prędkości obrotowej, związane z zastosowa-niem stosunkowo miękkich sprężyn dociskowych. Istotnymi wadami sprzęgiełpółodśrodkowych są: skłonność do poślizgu w zakresie małej prędkości obro-towej oraz zbyt silne zaciśnięcie tarcz przy dużej prędkości obrotowej, powo-dujące, że sprzęgło takie nie zabezpiecza we właściwy sposób układu napędo-wego przed działaniem znacznych momentów skręcających.

Wymienione wady zadecydowały o tym, że mimo iż w pewnym okresiesprzęgła półodśrodkowe były w samochodach dość powszechnie stosowane,w nowoczesnych konstrukcjach spotyka się je coraz rzadziej.

Sprzęgła półodśrodkowe stanowiły tylko pewnego rodzaju odmianę zwy-kłych sprzęgieł tarczowych, natomiast sprzęgła odśrodkowe są sprzęgłamiautomatycznymi — działającymi samoczynnie.

Zasada działania sprzęgła odśrodkowego polega na tym, że w miaręzwiększania prędkości obrotowej wału korbowego silnika rośnie siła odśrod-kowa działająca na wirujące ciężarki, co powoduje wzrost nacisku tarczy do-ciskowej na tarczę sprzęgła. Analogicznie — zmniejszenie prędkości obroto-wej wału korbowego pociąga za sobą spadek wartości sił odśrodkowych,a co za tym idzie, osłabienie zacisku tarczy sprzęgła i samoczynne rozłącze-nie sprzęgła.

Prędkość obrotowa wału korbowego silnika zmienia się w dużym zakre-sie. Gdyby tak dobrać ciężarki sprzęgła odśrodkowego, żeby włączało sięono już przy małej prędkości obrotowej, wówczas przy dużej prędkości ob-rotowej następowałby tak znaczny przyrost siły odśrodkowej, że mogłoby tonawet doprowadzić do uszkodzenia sprzęgła. Dlatego bardzo często oddzia-ływanie sił odśrodkowych wykorzystuje się tylko do sterowania tarczą doci-skową, natomiast docisk tarcz jest wywołany działaniem sprężyn docisko-wych. Przykład takiej konstrukcji przedstawiono na rys. 11.7. Ciężarekosadzony obrotowo na ośce ustalonej w pokrywie sprzęgła opiera się jednymwystępem o obrzeże tarczy dociskowej, a drugim o twardą sprężynę odcią-gającą. Obrót ciężarka, wywołany działaniem wzrastającej siły odśrodkowej,powoduje zwolnienie tarczy dociskowej, która zostaje dociśnięta do tarczysprzęgła przez sprężyny dociskowe. Dalszy wzrost prędkości obrotowej (i siłodśrodkowych) nie powoduje więc silniejszego zacisku tarczy sprzęgła.

Istnieją różne konstrukcje sprzęgieł odśrodkowych. Oprócz sprzęgieło ciężarkach sterujących (omówionych wyżej), stosuje się też sprzęgła o cię-żarkach zaciskających, ze specjalnym ogranicznikiem siły docisku tarcz;sprzęgła odśrodkowe bębnowe, w których ciężarkami są rozmieszczone ob-wodowo elementy cierne, dociskane siłą odśrodkową do znajdującego się nazewnątrz nich bębna, i inne. O ich rozpowszechnieniu zadecydował fakt, żedziałanie takiego sprzęgła jest automatyczne i nie wymaga sterowania przez

87

kierowcę. Wadami sprzęgieł odśrodko-wych są: możliwość poślizgu przy małejprędkości obrotowej i brak możliwościpołączenia układu napędowego przy nie-ruchomym wale silnika.

Oprócz suchych sprzęgieł ciernychw pojazdach samochodowych stosuje sięniekiedy sprzęgła mokre, tzn. takie,w których elementy trące są zanurzonew oleju. Spotykane sporadycznie mokresprzęgła jednotarczowe nie różnią sięw zasadzie konstrukcją od sprzęgieł su-chych. Nieco częściej spotyka się sprzę-gła mokre wielotarczowe. Stosuje się jew motocyklach oraz w automatycznychskrzynkach biegów, gdzie spełniają nie-co inne zadania niż sprzęgło główne sa-mochodu. Ich zaletą jest stosunkowomała średnica zewnętrzna oraz elastycz-ność włączania. Wadą jest duży ciężari skłonność do niezupełnego wyłączania.

11.3. Elementy tarczowych sprz´gie∏ ciernych

11.3.1. Wprowadzenie

Najważniejszymi elementami tarczowych sprzęgieł ciernych są: tarczasprzęgła, tarcza dociskowa, sprężyny dociskowe, dźwigienki wyłączające,łożysko wyciskowe i pokrywa sprzęgła.

11.3.2. Tarcza sprz´g∏a

Tarcza sprzęgła składa się z piasty osadzonej na wielowypuście wałka sprzę-głowego oraz tarczy nośnej, do której są przymocowane okładziny cierne.Tarcza nośna może być przynitowana do piasty lub połączona z nią za po-średnictwem łączników sprężystych (sprężyn). Łączniki takie wraz z ele-mentami ciernymi, umieszczonymi między tarczą nośną i piastą, stanowiątzw. tłumik drgań skrętnych.1)

88

Rys. 11.7. Sprzęgło odśrodkowe z cię-żarkami sterującymi [37]

1) Określenie „tłumik drgań skrętnych” w odniesieniu do elementów podatnych i cier-nych stosowanych w tarczach sprzęgła jest nieścisłe, jednak tak powszechnie przyjęte, żew dalszym ciągu będziemy je stosować.