Voimansiirron rakenne

Moottori on muuntanut polttoaineen sisältämän energian kampiakselin pyörimiseksi eli juurikin sellaiseksi liikkeeksi, kuin jota pyöriin kaivataan. Autoilu olisi kuitenkin varsin hankalaa, jos moottorin kampiakselin pyörimisliike siirtyisi suoraan pyöriin. Siksi siihen väliin tarvitaan voimansiirto.

4WETOA käy läpi auton voimansiirron useassa eri osassa. Ensimmäinen kirjoitus esittelee voimansiirron rakenteen melko pintapuolisesti, mutta muut osat paneutuvat tarkemmin yksittäisiin voimaa siirtäviin komponentteihin.

Voimansiirtoa käsittelevän juttusarjan osat

  1. Voimansiirron rakenne
  2. Ackermann, etuveto, takaveto ja neliveto
  3. Välityssuhteet
  4. Kytkimet ja momentinmuunnin
  5. Vaihteistot
  6. Akselit
  7. Tasauspyörästöt

Lisäksi sivustolla on jo artikkelit seuraavista aiheista:

Videosta voi vilkaista Ford Rangerin voimansiirtoa. Videossa ei ole ääntä.

Moottori ja vauhtipyörä

Moottori tuottaa voiman, joka liikuttaa autoa. Polttoaineessa energia on kemiallisessa muodossa, ja polttoainetta polttamalla moottori muuntaa energian liike-energiaksi eli tässä tapauksessa pyörimiseksi. Jokainen moottori ei muunna energiaa samalla tavalla, vaan esimerkiksi sähkömoottorissa energian olomuoto on aluksi sähköä.

Energia on liikkeenä jo moottorin kampiakselissa, sillä kampiakseli pyörii keskiakselinsa ympäri. Voimansiirron ensimmäiseksi osaksi voidaan katsoa kampiakselissa oleva vauhtipyörä. Se on raskas levymäinen kappale, joka pyörii kiinteästi kampiakselin mukana. Sillä on useita tehtäviä tavanomaisessa autossa.

Yksi tärkeimmistä on tasaisen pyörimisen pitäminen yllä kaikkien sylinterien vaiheiden aikana. Kun kampiakseli on raskaan pyörän saanut kerran vauhtiin, ei sen pyörintä kovin nopeasti lakkaa. Voiman eteenpäin siirtämisen kannalta tärkeää on kuitenkin se, että vauhtipyörä on kytkimen vastinpinta.

Kytkin ja momentinmuunnin

Vauhtipyörää seuraava voimansiirron osa riippuu siitä, minkälainen vaihteisto autossa on. Manuaalivaihteisissa autoissa osa on kytkin. Kytkimellä kuljettaja saa katkaistua voiman kulun moottorista vaihteistoon. Lisäksi kuljettaja pystyy yhdistämään vauhdikkaasti pyörivän kampiakselin ja usein täysin eri nopeudella pyörivän, tai täysin pysähdyksissä olevan, vaihteiston toisiinsa.

Automaattivaihteisissa autoissa kytkimen paikalla on momentinmuunnin. Kun kytkin selvästi irrottaa kaksi voimansiirron osaa toisistaan, momentinmuuntimen sisällä olevan öljyn paine vain vaihtelee.

Vaihteisto

Vaihteisto siirtää voimaa eteenpäin, mutta se myös pystyy muuttamaan voimaa. Vaihteisto voi siirtää paljon voimaa hitaassa nopeudessa, vähän voimaa suuressa nopeudessa tai jotain siltä väliltä. Esimerkiksi liikkeelle lähdettäessä pyörät ovat paikallaan, joten tarvitaan paljon vääntöä pienessä nopeudessa.

Manuaalinen vaihteisto eroaa reilusti automaattisesta. Manuaalisessa vaihteistossa hammaspyöriä on päällekkäisissä akseleissa, ja eri vaihteilla akseleiden tietyt hammaspyörät koskettavat toisiaan. Tällöin muut hammaspyörät pyörivät vain akselin mukana.

Automaattisessa vaihteistossa hammaspyörät sijaitsevat ympyrän muotoisessa kokonaisuudessa. Ympyrän kehäkin on yksi hammaspyörä, mutta sen hampaat ovatkin pyörän sisäkehällä. Kaikki hammaspyörät ovat koko ajan kosketuksissa, mutta eri vaihteilla eri pyörät pyörivät tai eivät pyöri.

Vetotavat

Voimansiirron rakenne vaihteistosta eteenpäin vaihtelee sen mukaan, onko autossa kaksi vai neljä vetävää pyörää eli onko auto kaksi- vai nelivetoinen. Lisäksi sekä kaksi- että nelivetoisissa autoissa rakenne vaihtelee suuresti esimerkiksi seuraavissa tilanteissa:

  • Vetävät pyörät ovat auton toisessa päässä ja vaihteisto on toisessa.
  • Vetävät pyörät ovat auton samassa päässä kuin vaihteisto.
  • Vetäviä pyöriä on jatkuvasti neljä.
  • Vetäviä pyöriä on neljä silloin, kun kuljettaja on erikseen kytkenyt toisetkin kaksi pyörää vetäviksi.
  • Vetäviä pyöriä on neljä silloin, kun tietokone tietyissä olosuhteissa siirtää vetoa toiseenkin kahteen pyörään.
Kardaaniakselissa on murrosnivel, jonka ansiosta akseli voi mukautua mahdolliseen taivuttavaan voimaan.
Kuvassa on Rangerin taka-akselistoon voiman kuljettava kardaaniakseli.

Kardaaniakseli ja akselistot

Jos vaihteisto sijaitsee auton toisessa päässä ja vetävät pyörät toisessa, pitää voima siirtää auton päästä toiseen. Esimerkiksi vierekkäisten hammaspyörien rivi tai ketju olisivat täysin järjettömiä verrattuna yhtenäiseen tankoon. Kardaaniakseli on periaatteessa juuri tällainen tanko – täysin yhtenäinen se ei nyt kuitenkaan ole.

Kardaaniakseli yhdistää vaihteiston ja akselin. Akseli kannattelee auton pyöriä. Rakenteen vakiintunut nimitys on siis akseli. Akseleita ovat voimaa pyörimällä välittävät yhdenmuotoiset tankomaiset kappaleet, mutta autossa yhden puolen pyörästä vastakkaiseen pyörään kulkeva kokonaisuus on kaikkea muuta kuin yhtenäinen ja yhdenmuotoinen tanko. Tällainen tanko tuottaisi ongelmia esimerkiksi kaarteissa.

Akselin rakenne määräytyy sen mukaan, ovatko akselin pyörät vetävät vai pyörivätkö ne vapaasti auton mukana. Lisäksi akselin rakenne vaihtelee sen mukaan, onko vaihteisto aivan kiinni akselissa: vaihdeakseliin voima siirtyy suoraan hammaspyörien välityksellä vaihteistosta, kun taas erillisakseliin voima siirtyy kardaaniakselia pitkin. Jos vetävät pyörät ja vaihteisto ovat auton samassa päässä, on vetävä akseli usein vaihdeakseli, ja jos ne ovat auton eri päissä, on vetävä akseli yleensä erillisakseli.

Tietynlaisissa nelivetoisissa autoissa kardaaniakseleita on kaksi, koska vaihteistosta täytyy olla yhteys sekä etu- että taka-akseliin. Joissain nelivedoissa taas on vaihdeakseli, ja auton takaosaan, erillisakseliin, voimaa aina tarvittaessa siirtää kardaaniakseli.

Tasauspyörästö

Tavanomaisesti tasauspyörästö-sanalla tarkoitetaan akselissa pyörien välissä olevaa osaa. Kardaaniakseli tai vaihteiston hammaspyörä yhdistyy tasauspyörästöön. Tasauspyörästöllä on kaksi tehtävää: se jakaa voiman molempiin pyöriin sekä antaa pyörien pyöriä eri nopeudella. Pyöräthän pyörivät eri nopeudella kaarteissa.

Tasauspyörästö-sana voi tarkoittaa muutakin kuin akselissa sijaitsevaa tasauspyörästöä. Nelivetoisissa autoissa saattaa tasauspyörästö olla akselienkin välissä eikä vain akselien pyörien välissä. Akselit pyörivät tietyissä tilanteissa eri nopeudella, jolloin akselien välinen tasauspyörästö ehkäisee voimansiirron rasittumista.

l200n-taspyorasto-takana

Tasauspyörästölle on puhekielessä muutamia jouhevampia nimityksiä. Perämurikka viitannee tasauspyörästön kotelon muotoon ja siihen, että se erottuu selkeästi muusta akselista. Perä on yleinen ja suosittu todennäköisesti näppäryytensä vuoksi. Kun kerran perä tarkoittaa tasauspyörästöä, voidaan puhua takaperästä ja etuperästä.

Vetoakseli

Tasauspyörästöstä voima siirtyy pyöriin vetoakseleita pitkin. Nekään eivät välttämättä ole yhtenäisiä tankoja. Pyörän on esimerkiksi voitava kallistua vetoakseliin nähden, eikä yhtenäinen tanko tällaista mahdollistaisi. Vetoakselin rakenne saattaa vaihdella senkin mukaan, onko vetoakselin tehtävä ainoastaan siirtää voimaa vaiko lisäksi kannatella osaa auton massasta.

Pyörä

Voiman kulku päättyy tietenkin pyöriin. Ne ovat kosketuksissa tien pintaan ja välittävät voimat tiehen. Pyörä koostuu vanteesta sekä renkaasta. Vanteissa ja renkaissa toki on runsaasti eroja. Pyörä-sanaan voidaan lukea myös pyörän kiinnitys vetoakseliin sekä jarrut. Voiman siirtymisen kannalta merkitystä on kiinnityksellä. Nelivetoisissa autoissa kiinnitykseen saattaa kuulua napalukot, joiden avulla pyörä voidaan irrottaa vetoakselista sekä kytkeä takaisin siihen.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.