Technika motocyklu - 10. část - převody

Převod - teorie

V tomto článku budeme pod pojmem převod chápat změnu otáček dvou spojených hřídelí (kol). Jistě každý začínal na bicyklu a tak pochopení principů nebude nikterak složité, i když sem propašuji nějaké vzorce bez kterých by bylo důkladnější pochopení náročnější.
Motor uložený v motocyklu musí být nějakým způsobem spražen se zadním kolem, aby se motocykl mohl pohybovat. Nejčastější koncepce je využití několika převodů z nichž některé jsou proměnné. Od klikové hřídele je přenos síly pomocí primárního převodu na spojkový koš (spojka bude vysvětlena v dalším příspěvku), dále na převodovku, která má běžně 3-7 rychlostních stupňů a na zadní kolo postupuje kroutící moment přes sekundární převod. Můžeme se ovšem setkat i s jinými variantami, které budou objasněny dále – skútr, minibike, atd.) V článku motor bylo vysvětleno, kde vzniká síla a opakování matka moudrosti, takže... Při hoření expandující směs tlačí na píst, který přes ojnici otáčí klikovou hřídelí. Síla přenášená ojnicí krát rameno kliky (krát sinus sevřeného úhlu), nám dává kroutící moment motoru. Moment je tedy síla na rameni.
Dovolím si zde malou odbočku pro objasnění poměrně důležitého pojmu – kroutící moment. Kroutícím momentem rozumíme vektorový součin síly a ramene a jeho jednotkou je Nm [newtonmetr]. Vektorový součin je takový, kdy na výsledek má vliv i směr ramene vůči směru síly (pokud tedy síla působí kolmo na rameno jedná se o běžný součin M=F.r). Představme si dotahování šroubu, který má předepsáno 100 Nm. (např. osa kola). Znamená to tedy dotažení silou 100 Newtonů pomocí klíče o délce 1 metr. Pokud použijeme poloviční délku klíče je nutné vyvinout dvojnásobnou sílu pro stejné dotažení. Moment je tedy síla vztažená k ose součásti. Máme-li na zadním kole kroutící moment 1000 Nm a kolo má poloměr cca 33 cm vyvíjí sílu vůči povrchu vozovky 3000 N a to je pro představu hmotnost 300 Kg. Zpět k převodům. Nejčastěji jsou použity buď řetězové převody nebo převod ozubenými koly. Na ozubených kolech si předvedeme základní princip převodu. Pokud dvě kola spolu zabírají musí splňovat jednu základní podmínku – jejich obvodové rychlosti musí být stejné. Bylo-li by tomu jinak, došlo by k vylámání zubů, tohoto pravidla se nedrží převod třecí, kde pak hovoříme o prokluzu (např. pneu vůči vozovce). Laicky řečeno, když se otočí jedno kolo o tři zuby musí i to druhé se otočit o stejný počet zubů. Pokud tedy má kolo 3× větší počet zubů než kolo spolu zabírající je zřejmé, že malé kolo se otočí jednou dokola a velké pouze o třetinu. Aby se velké kolo otočilo jednou, malé musí vykonat tři otáčky. Změnu otáček pomocí převodu známe z běžného života právě např. z jízdy na kole. Když se nám mění otáčky je nutné, aby se měnila ještě nějaká veličina a celá soustava zůstala v jakési energetické rovnováze.

Touto veličinou je již zmíněný kroutící moment. Vztahy uvádím v obrázku s hodnotami ze silniční moto. Vyplývá tedy, kolikrát snížím otáčky, tolikrát se mi musí zvýšit kroutící moment (a tím i síla) na výstupním kole. Vzpomeňme vztah pro výkon P=2.3,14.M.n, vyplývá z něj, že pomocí převodu tedy neměním přenášený výkon. Toto tvrzení samozřejmě platí jen pro teoretický převod. V praxi nemá nic 100% účinnost a tak i na převodu pomocí ozub. kol ztrácíme přibližně 2-5% podle stavu ozubení a konstrukci.
K porovnání převodu existuje hodnota převodový poměr - i. Ten nám vyjadřuje kolikrát se změní otáčky na vstupu vůči výstupu. V poměru jsou tedy nejčastěji počty zubů, případně můžeme použít i průměry zabírajících kol.

kde z=počet zubů, n=počet otáček, M=hodnota kroutícího momentu, index 1 vyjadřuje vstupní a index 2 výstupní kolo
Bohužel z nějakého důvodu se nedohodli fyzikové a mechanici a uvedený vztah je užíván ve strojírenství častěji. Ve fyzice se setkáme s obráceným poměrem a při výpočtech je potřeba na to brát ohled. Na motocyklu jsou převody řešeny do pomala (=do síly), výjimečně nejvyšší rychlostní stupeň může být řešen jako převod 1:1, případně mírně do rychla, v celkovém pohledu na převod od klikové hřídele ke kolu je to ovšem do pomala. Tudíž hodnota převodu větší jak 1 udává převod do pomala, převod menší jak 1 je převod do rychla.

Primární převod

Používá se řetězu nebo ozubených kol. Ozubená kola se používají nejčastěji s přímými zuby, u kterých nevzniká axiální síla jako u kol se šikmými zuby. V průběhu vývoje se objevovala kola se šikmými zuby z důvodu hladšího chodu. Mazání je zajištěno u čtyřdobých motorů většinou olejem společné náplně motoru a převodovky. U některých motocyklů (např. HD) je primární převod plněn svým olejem a od zbytku je oddělen. Řetězový převod má nevýhodu ve větším opotřebení a nutností výměny a používá se relativně málo, spíše na slabších strojích. Při konstrukci je nutné si uvědomit i odlišnost ve směru otáčení – pomocí řetězu má hnací i hnané kolo stejný směr otáčení, v případě použití ozubených kol je směr opačný. Tato skutečnost někdy vede konstruktéra i k volbě opačného směru otáčení samotného motoru (např. GPZ 500, VN a další). Výjimečně se používá i převodu ozubeným řemenem. Ten je nutné udržovat v suchu bez přístupu rozpouštědel a mastnoty. Oproti předchozím typům je méně hlučný. Jedná se o kevlarová vlákna zalitá pryží stejně jako řemeny rozvodové či sekundární.
 

Informace o redaktorovi

Mirek Rollinger - (Odebírat články autora)

POKRAČOVAT V DALŠÍ KAPITOLE