ROZBOR PŘÍČIN HLUČNOSTI PŘEVODOVKY

ROZBOR PŘÍČIN HLUČNOSTI PŘEVODOVKY

Bakalářská práce

Studijní program: B2301 – Strojní inženýrství Studijní obor: 2301R000 – Strojní inženýrství Autor práce: Tomáš Oudrnický

Vedoucí práce: doc. Dr. Ing. Elias Tomeh

Katedra vozidel a motorů

Studijní program B2301 Strojní inženýrství

Obor 2301R000

ROZBOR PŘÍČIN HLUČNOSTI PŘEVODOVKY

Bakalářská práce

Tomáš Oudrnický

Vedoucí diplomové práce: Doc. Dr. Ing. Tomeh Elias – TUL FS, KVM Konzultant diplomové práce: Ing. Miroslav Hejcman – Škoda Auto, a.s.

Počet stran: 72 Počet obrázků: 55 Počet příloh: 4 Počet grafů: 3

Liberec 2014

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č.

121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do její skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

Tímto bych rád poděkoval především svému vedoucímu bakalářské práce Doc. Dr. Ing. Eliasu Tomehovi za jeho odborné vedení a konzultace, spolupráci při měření a za pomoc při následném zpracování výsledků. Dále bych velmi rád poděkoval konzultantovi Ing. Miroslavu Hejcmanovi za poskytnutí velmi cenných rad, připomínek a užitečných materiálů a také za pomoc s organizací a přípravou měření.

Nakonec děkuji především svým rodičům za podporu při studiu a také všem spolupracovníkům KMS ozubení ve firmě Škoda Auto a.s. za poskytnutí zkušeností z oblasti výroby a technické kontroly převodovek.

Bakalářská práce se zabývá rozborem příčin hlučnosti převodovek vyráběných ve firmě Škoda Auto a.s. Teoretická část představuje vyráběné převodovky a závod výroby komponentů v Mladé Boleslavi, ve kterém se vyrábí. Dále popisuje příčiny hlučnosti převodovky, její projevy ve spektrech vibrací a způsoby detekce těchto vibrací. Cílem praktické části je analýza problematiky výroby a návrh vhodného řešení, které by předcházelo vzniku příčin hlučnosti převodovek již během výroby.

Klíčová slova

převodovka, hlučnost převodovky, vibrace, ozubení, životnost nástroje

Annotation

This Bachelor thesis deals with analysis of the causes of noise gearbox manufactured in factory Škoda Auto Inc. The theoretical part describes the gearboxes and plant of manufacturing components in Mladá Boleslav. It also describes the causes of the gearbox noise, its effects in the spectra of vibration and methods of detection of vibration. The practical part is the analysis of production issue and proposes suitable solution that would prevent the causes of gearbox noise during production.

Key words

gearbox, gearbox noise, vibration, gearing, machine tool life

Obsah

Poděkování... 5

Anotace a klíčová slova ... 6

Seznam symbolů a zkratek... 9

1. PŘEVODOVKY VE FIRMĚ ŠKODA AUTO a.s. ... 11

1.1 ŠKODA AUTO a.s. ... 11

1.2 ZÁVOD VÝROBY KOMPONENTŮ ... 12

1.2.1 Výroba převodovek ... 13

1.3 AUTOMOBILOVÉ PŘEVODOVKY ... 13

1.3.1 Manuální převodovka ... 15

1.3.2 Tradiční automatická převodovka ... 16

1.3.3 Bezstupňová převodovka (variátor) ... 16

1.3.4 Robotizovaná manuální převodovka ... 17

1.3.5 Dvouspojková samočinná převodovka (DSG) ... 18

1.4 POPIS VYRÁBĚNÝCH PŘEVODOVEK V ZÁVODĚ VK ... 19

1.4.1 Převodovka MQ 200 ... 19

1.4.2 Převodovka MQ 100 ... 20

1.5 PARAMETRY OZUBENÍ ... 22

1.5.1 Parametry profilu a sklonu ozubení ... 22

1.5.2 Kinematické parametry ozubení ... 25

1.5.3 Protokol o měření parametrů ozubení ... 27

2. PŘÍČINY HLUČNOSTI AUTOMOBILOVÉ PŘEVODOVKY ... 29

2.1 ZDROJE HLUKU OZUBENÝCH PŘEVODOVEK ... 30

2.1.1 Hluk od záběru ozubených kol ... 30

2.1.2 Buzení vibrací od valivých ložisek ... 32

2.1.3 Ostatní zdroje vibrací v převodovce ... 33

2.2 PROJEVY PŘÍČIN HLUČNOSTI VE SPEKTRECH VIBRACÍ ... 33

2.2.1 Projevy závad převodovky ve spektrech vibrací ... 34

2.2.2 Ukázka naměřených hlukových spekter ... 35

3. VÝROBA A ZKOUŠKY PŘEVODOVEK ... 37

3.1 PROBLEMATIKA VÝROBY PŘEVODOVKY V ZÁVODĚ VK ... 37

3.1.1 Výrobní závady ... 37

3.1.2 Výrobní problematika ozubení ... 38

3.2 VÝROBKOVÉ ZKOUŠKY HLUČNOSTI PŘEVODOVKY ... 38

3.2.1 Zkouška hlučnosti dvoubokým odvalem ... 39

3.2.2 Zkouška hlučnosti převodovky (zabíhací stav)... 40

4. ANALÝZA VÝROBY PŘEVODOVEK V ZÁVODĚ VK ve firmě ŠKODA AUTO a.s. ... 42

4.1 ISHIKAWA DIAGRAM ... 42

4.2 PARETO ANALÝZA ... 43

5. MĚŘENÍ HLUČNOSTI PŘEVODOVEK ... 46

5.1 VÝSLEDKY MĚŘENÍ ... 46

5.1.1 Řádová analýza ... 47

5.1.2 Frekvenční analýza ... 48

5.1.3 Obálková analýza ... 51

5.2 SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ MĚŘENÍ ... 52

5.2.1 Příčiny projevů hlučnosti ... 53

6. SYSTÉM ŘEŠENÍ NÁSTROJŮ PRO VÝROBU OZUBENÍ ... 54

6.1 SOUČASNÝ STAV ... 54

6.1.1 Postup ostření ševingovacího nástroje ... 55

6.1.2 Předání informací o naostření ... 56

6.1.3 Shrnutí nevýhod a rizik současného systému ... 57

6.2 NAVRHOVANÝ STAV ... 59

6.2.1 Popis navrhovaného stavu ... 59

6.2.2 Obrazovka pro vyhodnocení měření nástroje ... 59

6.2.3 Databáze – systém ukládání a filtrování ... 60

6.2.4 Další možné funkce nového systému ... 62

6.2.5 Výhody nového systému ... 63

6.2.6 Předpoklady realizace systému ... 63

ZÁVĚR ... 64

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ... 66

SEZNAM PŘÍLOH ... 68

Seznam symbolů a zkratek

CVT Bezstupňová převodovka (z angl. Continously Variable Transmission) DQ Přímo řazená příčně uložená převodovka (z něm. Double Quer) DSG Dvouspojková převodovka koncernu VW (z angl. Direct Shift Gear) I.O./N.I.O. Dobrý díl (z něm. In Ordnung)/neshodný díl (z něm. Nicht In Ordnung) JIT Just In Time

KPO Kontrolní plán operací

ks Počet kusů

MPI Motor s vícebodovým vstřikováním (z angl. Multi Point Injection) MPV Víceúčelové vozidlo (z angl. Multi-Purpose Vehicle)

MQ Manuální příčně uložená převodovka (z něm. Manuell Quer) Ord Bezrozměrná jednotka, udává tzv. řády (u řádové analýzy) SQ Robotizovaná příčně uložená převodovka koncernu VW SUV Sportovní užitkové vozidlo (z angl. Sport Utility Vehicle) ŠK Ševingovací kotouč

TDI Přeplňovaný vznětový motor VW (z angl. Turbocharged Direct Injection) TK Technická kontrola

TSI Přeplňovaný zážeh. motor (z angl. Turbocharged Stratified Injection) TZ Tepelné zpracování

VK Závod výroby komponentů

Seznam veličin a jejich jednotky

z15

Počet zubů hnacího kola 5. převodového stupně [-]

z25 Počet zubů hnaného kola 5. převodového stupně [-]

z1SP Počet zubů hnacího členu stálého převodu (pastorku) [-]

z2SP

Počet zubů hnaného členu stálého převodu (diferenciálu) [-]

fR1 Rotorová frekvence hnacího hřídele převodovky [Hz]

fR2 Rotorová frekvence hnaného hřídele převodovky [Hz]

fR3 Rotorová frekvence diferenciálu převodovky [Hz]

fZI5 První harmonická (zubová) frekvence 5. převodového stupně [Hz]

fZII5 Druhá harmonická frekvence 5. převodového stupně [Hz]

fZISP První harmonická (zubová) frekvence stálého převodu [Hz]

fZIISP Druhá harmonická frekvence stálého převodu [Hz]

ÚVOD

Převodovka je nedílnou součástí každého automobilu a každý uživatel vozidla, nejen řidič, vnímá projevy převodovky. Ať už se jedná o plynulost řazení automatické převodovky nebo komfort a přesnost chodu řadicí páky při řazení u manuální převodovky. V současné době je ale potřeba brát v potaz také problematiku minimální hlučnosti.

Tato bakalářská práce se zabývá analýzou příčin hlučnosti převodovek MQ 100 a MQ 200 vyráběných ve firmě Škoda Auto a.s. v Mladé Boleslavi. Jedná se o příčiny vznikající přímo během výroby těchto převodovek, konkrétně výroby ozubení.

Nedílnou a nezbytnou součástí výroby je Kontrolní měrové středisko (KMS), které se, mimo jiné, zabývá korekcemi ozubení, jež mají významný vliv na hlučnost převodovky a přesnost chodu řazení. Hlučnost převodovky je jedním z důležitých kritérií hodnocení vozu, které může subjektivně posoudit každý zákazník bez jakéhokoliv měřícího zařízení či odborných znalostí. Proto je nutné co možná nejvíce minimalizovat příčiny této závady. Cílem pracovníků KMS je zajištění kvality všech vyráběných dílů s ozubením. Pro zajištění minimální hlučnosti převodovky je nutné na každém díle mj. dodržovat přesně stanovené výkresové tolerance všech tolerovaných parametrů.

V teoretické části této práce je představena společnost Škoda Auto a.s. a její závod výroby komponentů (VK) včetně popisu zde vyráběných převodovek. Dále jsou popsány parametry ozubení. V další kapitole jsou specifikovány příčiny hlučnosti převodovky a projevy závad ozubení ve spektrech vibrací. Poté jsou uvedeny výrobkové zkoušky a problematika výroby v závodě VK. Praktická část se zabývá analýzou výroby převodovek. Cílem je návrh vhodného řešení – systému řešení nástrojů, který by předcházel možnému vzniku příčin hlučnosti již v prvopočátcích výroby. V závěru práce je pro ověření správnosti řešení, provedeno měření dvou převodovek vzhledem k možným odlišnostem dokončovacích nástrojů ozubení během jejich různé fáze životnosti.

1. PŘEVODOVKY VE FIRMĚ ŠKODA AUTO a.s.

1.1 ŠKODA AUTO a.s.

Škoda Auto a.s. je největší výrobce osobních automobilů v České republice, je největším českým exportérem a patří mezi největší české zaměstnavatele.

V současné době zaměstnává přes 26 000 zaměstnanců. Kromě hlavního závodu v Mladé Boleslavi, kde má automobilka také hlavní sídlo a technický vývoj - Česana, vlastní „Škodovka“ v rámci České Republiky také dva výrobní závody - v Kvasinách a ve Vrchlabí. V Mladé Boleslavi se montují vozy Octavia, Fabia, Rapid a Seat Toledo včetně všech jejich karosářských variant. V Kvasinách sjíždí z montážní linky vlajková loď značky - model Superb, Superb Combi, malé MPV Roomster a také stylové SUV Yeti. Závod ve Vrchlabí prošel nedávno velkou modernizací. Dříve se zde vyráběl model Roomster a Praktik, nyní se zde vyrábí výhradně sedmistupňové přímo řazené dvouspojkové převodovky DQ 200 (DSG) pro celý koncern Volkswagen. Nejmenší vůz automobilky je model Citigo, který se vyrábí, společně s jeho koncernovými sourozenci, ve slovenské Bratislavě. V posledních letech pak dochází k rozšiřování výroby vozů s okřídleným šípem ve znaku také na rozvíjejících se trzích, které tvoří velkou část odbytu automobilky - například v Číně, Rusku a Indii. V roce 2013 dosáhla celková produkce značky prodeje 920 800 vozů.

.

Jako každá automobilka má i Škoda Auto vlastní logo, které prošlo dlouhým vývojem (obr. 1). Dnes automobilka používá logo, které vzniklo zároveň s příchodem nového designového jazyka a charakteru značky – na obr. 1 zcela vpravo. [1, 2]

Obr. 1 Vývoj loga automobilky Škoda Auto a.s. [1]

1.2 ZÁVOD VÝROBY KOMPONENTŮ

Závod výroby komponentů (VK) v Mladé Boleslavi má dlouholetou tradici. Dnes se nachází celkem v pěti výrobních halách. V halách M6 a M2 je soustředěna výroba motorů a převodovek a v hale M1 výroba náprav. Součástí útvaru výroby komponentů jsou také hutě - slévárna hliníku a kovárna, kde se vyrábí polotovary dílů motoru a převodovky, které jsou určeny pro další zpracování. Celková plocha, kterou zabírá útvar VK je přibližně 210 000 m². Kapacita výroby je v současné době 4 400 motorů, 4900 převodovek a 5000 náprav za den. Vyrábí se pro zákazníky celého koncernu VW.

Závod VK neobstarává pouze samotnou výrobu dílů a jejich kompletaci, ale v rámci něj musí být také další oddělení nutné k bezproblémovému chodu výroby.

Mezi takové patří logistika a technický servis. Logistika obstarává, aby veškeré potřebné díly či polotovary byly ve správnou dobu na správném místě ve správném množství (JIT). Technický servis zajišťuje správný chod útvaru z technického hlediska.

Dělí se na další jednotlivá oddělení: procesní technika, servis nářadí, technologie výroby komponentů, technická kontrola výroby komponentů a centrální servis.

Procesní technika se zabývá skladováním, doplňováním a péčí o procesní materiály strojního zařízení (oleje, emulze, prací kapaliny, filtrační materiály).

Servis nářadí zajišťuje dle výrobního programu objednávání, skladování, evidenci a údržbu nářadí (řezného, upínacího, montážního a měřidel) - zejména brousí řezné nářadí a také obstarává evidenci ochranných oděvů a pomůcek.

Oddělení Technologie zpracovává technická zadání, vyhodnocuje nabídky a účastní se výběrového řízení při nákupu strojů a technologií. Zpracovává technickou dokumentaci a v rámci ní zavádí změny do sériové výroby.

Technická kontrola poskytuje především technickou podporu v oblasti řízení kvality výrobních procesů metalurgických polotovarů, výroby motorů, výroby převodovek a montáží náprav.

Centrální servis zajišťuje údržbu a opravy strojního zařízení pro výrobu motorů, převodovek a částečně také v hutních provozech. Podílí se na vytváření podmínek pro zabezpečení plynulé, kvalitní a ekologické výroby. [1]

1.2.1 Výroba převodovek

V Mladé Boleslavi se vyrábějí dva základní typy převodovek – MQ 100, MQ 200 to jsou manuální převodovky. Ve Vrchlabí se poté vyrábí DQ 200 (DSG) – dvouspojková automatická převodovka. Každý typ převodovky má několik montážních podskupin, které se liší podle typu automobilu a motorizace, pro kterou jsou určeny.

Výroba převodovek se v závodu VK zvyšuje a to hlavně díky převodovce do malých koncernových aut (tzv. New Small Family) – MQ 100 a neustálému zvyšování kapacity výroby dvouspojkové převodovky DQ 200 (DSG) vyráběné v závodě ve Vrchlabí. Zhruba 40 % převodovek je určena do vozů značky Škoda Auto, zbytek je určen na vývoz a využívá jej široký sortiment vozů ostatních značek koncernu.

Automobilka si hlavní komponenty převodovky MQ 200 vyrábí sama: unášeče, hřídele, díly synchronizace, ozubená kola a také převodovkové a spojkové skříně (obr.

2), obstarává i montáž. Pro MQ 100 jsou z koncernových závodů dodávány pouze díly synchronizace, převodovkové a spojkové skříně, výroba ostatních dílů a montáž je již v režii závodu Škoda Auto. [1]

1.3 AUTOMOBILOVÉ PŘEVODOVKY

Převodovky u automobilů slouží k přenosu výkonu od motoru na kola vozidla, ke změně přenášeného krouticího momentu, k přerušení momentového toku (neutrál) nebo změně smyslu otáček (zpětný chod). Hlavním účelem je umožnit změnu převodu mezi motorem a hnacími koly vozu tak, aby byl co nejefektivněji využit výkon motoru při všech jízdních podmínkách.

V automobilových převodovkách se používají převody ozubenými koly, které jsou vhodné pro přenos velkých točivých momentů na krátké vzdálenosti. Mezi jejich výhody patří velká únosnost, přesnost (stálý převodový poměr - tvarový styk), vysoká

Obr. 2 Ukázka vyráběných dílů převodovek [1]

spolehlivost, velká živostnost a vysoká účinnost. Naopak mezi nevýhody patří hlučnost, potřeba mazání a deformace zubů opotřebením (pitting, zadírání).

Při odvalování dvou spoluzabírajících kol se musí jednotlivé body profilu zubu postupně dotýkat a musí být zachován konstantní převodový poměr. Proto se ozubení v převodovkách zpravidla používá evolventní (dle názvu profilové křivky).

Evolventa je nejvýhodnější, protože dochází k nejmenšímu tření, k nejnižším ztrátám mezi koly spoluzabírajících zubů a také se jednoduše vyrábí a kontroluje, protože tvořící křivka je přímka. Je to tedy křivka, která vzniká odvalováním tvořící přímky po základní kružnici. Mezi další výhody také patří necitlivost na změnu úchylky vzdálenosti os a konstantní směr síly v ozubení při odvalu. Naopak nevýhodou evolventy je, že dochází k podřezání paty zubu při malém počtu zubů.

Automobilová převodovka je obvykle brána jako celek převodovky, diferenciálu s rozvodovkou a spojkové skříně. Hnací síla je přenášena od klikové hřídele motoru přes spojku na vstupní hřídel, dále je síla přenesena na výstupní hřídel (pastorek), tento hřídel pohání hnané kolo rozvodovky, které točí diferenciálem a planetovým soukolím, poté je hnací síla přenesena přes poloosu na kola automobilu. Tento momentový tok platí pro koncepci vozidla „vše vpředu“ (motor, převodovka a diferenciál u přední nápravy). Při koncepci pohonu všech kol musí být diferenciál také v zadní nápravě a také mezinápravový diferenciál, protože každé kolo takového automobilu se při zatáčení pohybuje po jiné křivce – vykonává jinou vzdálenost.

Diferenciál je mechanický prvek umožňující rozdělení pohonu na dva výstupní hřídele. Vyrovnává rozdíl obvodových rychlostí pravého a levého kola na hnací nápravě při průjezdu zatáčkou, čímž samočinně umožňuje rozdílné otáčky obou kol a současně rozděluje hnací sílu motoru na obě kola. Toto je ale nevýhodné, když dojde k situaci, kdy jedno z kol na hnací nápravě je na povrchu s nižším koeficientem tření než to druhé – tím dojde k protáčení kola a druhé zůstane stát. Aby se zabránilo poklesu momentu na kole s nižší přilnavostí, tak v některých automobilech se používá tzv.

uzávěrka diferenciálu, která rozloží výkon na obě kola nápravy shodně. Uzávěrka zamezí otáčení satelitního kola – tím dojde k vyřazení funkce samotného diferenciálu a odebrání jednoho stupně volnosti (diferenciál má 2°volnosti). Uzávěrka se nejčastěji provádí mechanickou aretací nebo elektronicky. [4, 5]

1.3.1 Manuální převodovka (obr. 3)

Manuální převodovky představují u dnešních evropských vozů základní převodové ústrojí. Změnu převodu obstarává řidič vozidla pohybem řadicí páky, která pomocí soustavy táhel nebo lanovodů zajistí změnu převodového stupně v převodovce. Proces řazení v převodovce je realizován pomocí kyvných řadících vidlic.

Aby bylo možné změnit převod, tedy vyměnit spoluzabírající kola, je nutné přerušit tok výkonu. K tomu slouží třecí lamelová spojka, ovládaná řidičem pomocí spojkového pedálu. Spojka je z pravidla ovládána přes hydraulický systém.

Komfort, rychlost a bezhlučnost řazení zásadním způsobem zlepšuje zavedení synchronizace. Synchronizace vyrovnává různou obvodovou rychlost jednotlivých ozubených kol těsně před zařazením (obr. 5). Toto vyrovnání (synchronizaci) zajišťují kuželové plochy na synchronním kroužku, který bývá pevnou součástí daného ozubeného kola a synchronizační spojka. U dnešních manuálních převodovek jsou synchronizované všechny převody kromě zpětného chodu, protože zpětný chod se zařazuje za klidu vozidla. Některé převody jsou synchronizovány dvojnásobně.

Manuální převodovky mohou mít dvouhřídelovou nebo tříhřídelovou konstrukci. U dvouhřídelové konstrukce je vždy v záběru pouze jedno soukolí ozubených kol, u tříhřídelové jsou to dvě, které společně zabírají, čímž dochází k větším mechanickým ztrátám. [4, 5, 6]

Obr. 5 Konstrukce zámkové synchronizace [6]

Obr. 4 Manuální převodovka 02J [6] Obr. 3 Proces řazení v převodovce [6]

1.3.2 Tradiční automatická převodovka

Automatické převodovky se v dnešní době hojně využívají u osobních aut převážně v Severní Americe, dále se také využívají u městských autobusů a nákladních vozů. Klasická automatická převodovka se většinou skládá z planetové převodovky a hydro-dynamického měniče. Řazení probíhá pod zatížením bez přerušení toku točivého momentu, což je jejich výhodou. Měnič supluje funkci spojky a zajišťuje plynulý přenos točivého momentu. Díky svým vlastnostem může také velikost momentu měnit. Otáčky motoru jsou v okamžiku přeřazení upravovány řídící jednotkou motoru, aby se dosáhlo potřebné plynulosti při změně převodového stupně.

Oproti manuální převodovce je automatická výhodná z hlediska uživatelského komfortu (odpadá práce se spojkovým pedálem a řadicí pákou), ale na druhou stranu u těchto převodovek dochází k větším mechanickým ztrátám, tím se zvyšuje spotřeba pohonných hmot a u motorů s nízkým výkonem se snižuje i jízdní dynamika.

U moderních samočinných převodovek bývá možnost sekvenčního řazení.

Vývojové tendence značek vyrábějící luxusní vozy směřují ke zvyšování počtu převodových stupňů, aby byl co nejlépe využit potenciál motoru. Nejvýše se v současnosti vyrábí devítistupňová převodovka od automobilky Mercedes - 9G Tronic (obr. 6). [5, 7]

Obr. 6 Automatická převodovka Mercedes 9G Tronic [7]

1.3.3 Bezstupňová převodovka (variátor)

Tato převodová ústrojí se často označují zkratkou CVT (Continuously Variable Transmission). Je to typ převodovky, který se vyznačuje plynule se měnícím převodovým poměrem. Místo ozubených kol jsou hlavní částí dvě protilehlá kuželová

kola s proměnlivým průměrem, která jsou propojená ocelovým článkovým pásem (řemen nebo řetěz). Díky variabilitě kuželových kol může pás obíhat na libovolném průměru – tím je dosaženo teoreticky neomezeného množství převodových poměrů.

Převodové poměry se tedy nemění skokově, ale plynule. Tím je dosažen poměrně specifický jízdní projev vozidla. Subjektivně je málo dynamický a hlučný.

Dříve se variátor používal u méně výkonných malých automobilů, ale v dnešní době se uplatní i na trhu se silnějšími auty např. převodovka automobilky Subaru, která dokonce umožňuje i režim ručního řazení virtuálních převodových rychlostí (obr. 7). Dále se dnes variátor uplatňuje především u jednostopých vozidel – u skútrů.

Výhodou tohoto převodového ústrojí je jeho vysoká energetická efektivita a velký rozsah potřebných převodových poměrů. Proti těmto výhodám jde vyšší cena oproti manuální převodovce a složitější konstrukce. [5, 9]

Obr. 7 Bezstupňová převodovka Subaru Lineartronic™ [9]

1.3.4 Robotizovaná manuální převodovka

Konstrukce robotizované, nebo též automatizované převodovky, je shodná s klasickou manuální převodovkou. S rozdílem, že místo řidiče ovládá spojku a samotné řazení elektronika. Jedná se o nejlevnější a nejjednodušší možnost, jak se při řízení obejít bez manuálního řazení. Tento typ řazení najdeme nejčastěji u malých městských aut typu Škoda Citigo, kde se používá montážní podskupina od převodovky MQ 100 - - SQ 100. Při přeřazování elektronika automaticky ubere plyn, vypne spojku, pomocí speciálního elektronicky ovládaného mechanismu přeřadí a spojku opět sepne.

Výhodou tohoto druhu převodovky jsou nízké výrobní náklady. Nevýhodou ovšem je, že nenahradí plynulost a rychlost přeřazování klasických automatických nebo dvouspojkových převodovek. [5]

1.3.5 Dvouspojková samočinná převodovka (DSG)

Dvouspojková převodovka DSG v sobě spojuje výhody vysoké účinnosti, komfortu a rychlejší akcelerace vozidla. Umožňuje řazení bez přerušení toku výkonu.

Oproti klasické automatické převodovce zde nenajdeme hydrodynamický měnič, ale dvě spojky, které umožňují rychlé přeřazení v řádech jednotek desetin sekundy.

Koncern VW Group vyrábí několik druhů těchto převodovek v závislosti na velikosti krouticího momentu, který musí přenášet. První generace DSG převodovek byla pouze šesti stupňová, spojka byla tzv. „mokrá“, nacházela se v olejové lázni, aby byla lépe chlazena. Díky tomu vykazovala o něco menší účinnost než současné provedení, kde jsou spojky „suché“. Protože olej sám o sobě klade odpor proti pohybu, ale bylo také nutné pohánět olejové čerpadlo – to vedlo k dalším mechanickým ztrátám. Ve Vrchlabí sjíždí z výrobní linky typ DQ 200 (obr. 9), který je určen pro motory s příčnou zástavbou a maximálním točivým momentem do 250 Nm.

Konstrukčně je tato převodovka založena na principu dvou paralelních dvouhřídelových převodovek, kde každá má vlastní vícelamelovou spojku (obr. 8).

Princip řazení je jednoduchý – elektrohydraulický řídící modul má stále připravený jeden převodový stupeň dopředu, předvídá vývoj jízdní situace a připraví vhodnou rychlost pro daný okamžik. Například při rozjezdu je aktivována spojka, kde je zařazena první rychlost, zároveň ale na druhé hřídeli je předřazena druhá rychlost. Když motor dosáhne optimálních otáček pro přeřazení, tak vypne spojku č. 1 a zároveň sepne spojku č. 2. V okamžiku, kdy je spojka č. 2 plně v záběru druhá větev převodovky připraví zařazení třetího stupně, atd. [1, 5, 8]

Obr. 8 Řez vícelamelovou spojkou

převodovky DSG [8] Obr. 9 Sedmistupňová převodovka DSG [1]

1.4 POPIS VYRÁBĚNÝCH PŘEVODOVEK V ZÁVODĚ VK

1.4.1 Převodovka MQ 200 (obr. 10)

Jedná se o mechanickou převodovku, která je určena pro příčnou zástavbu do vozidla s pohonem přední nápravy. Je navržena pro krouticí moment motoru do 200 Nm (motory 1.2 TSI, 1.2 MPI, 1.4 MPI, 1.6 MPI). Má trvalou olejovou náplň o objemu 2 litry (pro šestirychlostní provedení 2,2l) pro celou dobu životnosti převodovky. Její hmotnost je přibližně 33 kg (39,5kg – šestirychlostní verze). Skříň převodovky je odlita ze slitiny hliníku AlSi9Cu3, a pro součásti s ozubením je použita legovaná oceli 14 220 s koncernovým označením TL 4227 nebo ocel 16 220 (TL 4521).

Z hlediska konstrukce se jedná o manuální pětirychlostní nebo šestirychlostní dvouhřídelovou převodovku. Pro každý rychlostní stupeň je tedy v přímém záběru pouze jedno ozubené soukolí, to činí tuto převodovku velmi účinnou (méně pohyblivých částí -> menší ztráty). Řazení probíhá u prvního a druhého převodového stupně na hnaném hřídeli (pastorku), na ostatních rychlostech na hnacím hřídeli.

Všechny rychlostní stupně, kromě soukolí zpětného chodu, jsou synchronizované.

První a druhá rychlost je synchronizována dvojnásobně – čímž je zajištěn lepší komfort při řazení. Hnaný hřídel je odlehčen otvorem v ose po celé jeho délce (hřídel je dutý).

Uvnitř převodovky je řazení uskutečněno pomocí řadicích vidlic a objímek, které obstarávají samotné zařazení. (obr. 11)

Všechna ozubená kola na hřídelích jsou v trvalém záběru a mají šikmé ozubení.

Zpětný chod je řazen pomocí vloženého kola s přímými zuby. Vložené kolo je umístěno na samostatném hřídeli a při zařazení tohoto převodu je uvedeno do záběru. Pokud tedy není zařazen zpětný chod, není žádné ozubení ze soukolí zpětného chodu v záběru – nevznikají ztráty, nejsou produkovány nežádoucí vibrace -> hluk.

Pro výrobu ozubení se používají různé dokončovací technologie. Všechny díly s ozubením jsou tepelně zpracované (TZ) - kalené. Kalení probíhá v olejové lázni nebo plynu, dle druhu dílu se používají průběžné, vsázkové nebo karuselové pece. Ozubení na některých dílech se dokončuje honováním nebo broušením – tedy po TZ, jiné dostává svůj konečný tvar ještě před TZ – tato ozubení se ševingují. Drážkování, která

slouží pro spojení středů synchronizačních spojek s hřídelem, se na hřídelích vyrábí válcováním a pro vnitřní drážkování se používá protahování. [1]

Obr. 10 Převodovka MQ 200 [1] Obr. 11 Vnitřní uspořádání převodovky MQ 200 [3]

1.4.2 Převodovka MQ 100 (obr. 13)

Z hlediska konstrukce je to stejná převodovka jako MQ 200 – tedy mechanická, dvouhřídelová a pouze pětistupňová, byla navržena pro třídu vozidel New Small Family koncernu VW (Škoda Citigo, Volkswagen Up, Seat Mii). Je konstruována pro motory s příčnou zástavbou a maximálním točivým momentem 120 Nm (motor 1.0 MPI).

Při vývoji byl kladen důraz na kompaktnost, nízkou hmotnost a vysoký komfort řazení.

Tato převodovka obsahuje o 20 % dílů méně než MQ 200. V současné době se jedná o nejmenší převodovku koncernu VW. Její hmotnost se pohybuje okolo 27,5 kg a trvalá olejová náplň má objem 1,2l. Skříň je vyrobena z hliníkové slitiny AlSi9Cu3a součásti s ozubením jsou, shodně jako u MQ 200, z legované oceli 14 220 s koncernovým názvem TL 4227 nebo oceli 16 220 (TL 4521).

Rozdíl MQ 100 oproti MQ 200 je v koncepci uspořádání řazených kol – řazená ozubená kola všech dopředných rychlostí se synchronizací se nachází na hnaném hřídeli (obr. 15). Všechna tato řadicí kola jsou, stejně jako u MQ 200, v trvalém záběru s ozubenými koly na hnacím hřídeli. Soukolí pro zpětný chod má také odlišné provedení (obr. 14) – soustava je opatřena přímým ozubením a kónickými zuby, je realizována soustavou tří ozubených kol. Vložené kolo je širší a je ve stálém záběru

s ozubením na hnacím hřídeli. Jeho boky zubů mají po šířce zubu odlišný úhel β pro záběr s objímkou a hnacím hřídelem (obr. 12). Tento komplikovaný tvar vloženého kola má za následek zvýšený hluk i při zařazeném neutrálu (bez zatížení), protože soukolí je v trvalém záběru. Zařazení zpátečky proběhne axiálním posunutím objímky na hnaném hřídeli – tím se dostane do záběru s vloženým kolem a dojde k propojení výkonového toku obou hřídelů. Ozubení na hnaném hřídeli je součástí přesuvné objímky synchronní spojky pátého převodového stupně – toto ozubení je jediné v předovce, které není v trvalém záběru. Zpětný rychlostní stupeň není opatřen synchronizací.

Rozdíl není pouze v konstrukci, ale také ve způsobu tepelného zpracování – většina dílů s ozubením je kalena v plynu, oproti kalení v oleji u MQ 200. [1, 11]

Rozdíl v koncepci převodovky je také oproti konkurenčním převodovkám (Honda, Toyota, Fiat) – pořadí uložení kol od motoru je řešeno opačně. Větší síly do ložisek jdou do méně tuhé části skříně. Uložení hřídelů je realizováno pomocí kuželíkových ložisek, kde je nutná větší vůle. Ve volbě základních geometrických parametrů ozubení jsou rozdíly především ve volbě modulů. Ty jsou u MQ 100 o desítky procent menší než u konkurenčních převodovek. [21]

Obr. 12 Uspořádání zpátečky [21]

Obr. 13 Převodovka MQ 100 [1]

Obr. 15 Hnaný hřídel s řazenými koly [11]

Obr. 14 Soukolí zpětného chodu [11]

1.5 PARAMETRY OZUBENÍ

V této kapitole jsou popsány parametry ozubení, které slouží pro popis charakteristických veličin úchylek ozubení. Tyto parametry jsou měřeny na měřících centrech od firmy Klingelnberg na kontrolním měrovém středisku v závodě výroby komponentů ve firmě Škoda Auto a.s. Tyto parametry jsou navrženy pro každé ozubené kolo a jejich správnost dle výkresové dokumentace zajišťuje tichý a snadný chod každého ozubeného soukolí v převodovce. [1]

1.5.1 Parametry profilu a sklonu ozubení

Tvarová odchylka profilu ffα boku zubu (obr. 16) je vzdálenost mezi dvěma evolventami skutečné základní kružnice, které se dotýkají skutečného profilu při dodržení požadovaných odchylek od tvaru evolvent v oblasti vyhodnocení profilu.

Odchylka tvaru profilu také zahrnuje hloubku vlny vlnitosti profilu.

f^fα – tvarová úchylka profilu L^α – oblast vyhodnocení profilu BB – vystředěná přímka skutečné evolventy

B´B´,B´´B´´– vystředěné obalové rovnoběžky zajišťovací přímky

skutečné evolventy

Celková odchylka profilu F_α (obr. 17)

Celková odchylka profilu boku zubu je vzdálenost mezi jmenovitými profily AA a A‘‘A‘‘, která v oblasti vyhodnocení profilu tvoří obalovou přímku boku zubu.

F^α – Celková úchylka profilu L^α – oblast vyhodnocení profilu AA, A´´A´´ – jmenovité profily, které tvoří obálku boku zubu

Obr. 17 Celková odchylka profilu Fα [1]

Obr. 16 Tvarová odchylka profilu ffα [1]

Úhlová odchylka profilu f_Hα

Úhlová odchylka profilu (obr. 18) je vzdálenost v čelní rovině mezi jmenovitými profily C’C‘ a C‘‘C‘‘, které protínají vystředěný profil v počátečním a koncovém bodě oblasti vyhodnocení profilu. Úhlová odchylka profilu se udává jako délkový rozměr pro zkušební oblast profilu Lα.

Tato odchylka je kladná, pokud evolventa roste ve směru rostoucích valivých délek vůči jmenovitému profilu na straně bez materiálu. Záporná je, pokud evolventa klesá ve směru rostoucích valivých délek k materiálové straně.

f^Hα – úhlová úchylka profilu L^α – oblast vyhodnocení profilu BB - vystředěná přímka skutečné evolventy

C´C´, C´´C´´- jmenovité profily

Výšková modifikace profilu C_α

U profilu zubu může být požadován určitý tvar průběhu, tzv. výšková modifikace Cα nebo také soudkovistost (obr. 19). Při vyhodnocování se v oblasti vyhodnocení určí regresní parabola, pomocí průsečíků paraboly s obrysovými čárami oblasti vyhodnocení vznikne tětiva. Soudkovistost je tedy vzdálenost rovnoběžek k tětivě, které se dotýkají regresní paraboly.

Na obrázku je také možné vidět, jak se získávají hodnoty Fα, fhα a ffα s ohledem na předepsanou soudkovitost profilu.

L^α – oblast vyhodnocení profilu L^AE – oblast vyhodnocení profilu, včetně pásma záhlaví

L^AF – oblast profilu zubu, ve kterém se snímají měřené hodnoty

Obr. 18 Úhlová odchylka profilu fHα [1]

Obr. 19 Soudkovitost profilu Cα [1]

Tvarová odchylka sklonu zubu f_fβ

Tvarová odchylka linií boku zubu (obr. 20) je vzdálenost mezi dvěma šroubovicemi, které v rámci vyhodnocované oblasti tvoří obalovou křivku skutečné linie boku zubu. Tato odchylka také zahrnuje hloubku vlny vlnitosti povrchu boku zubu.

f^fβ - tvarová odchylka sklonu L^β – oblast vyhodnocení sklonu b – šířka zubu

BB – vystředěná přímka skutečného sklonu zubu B´B´, B´´B´´ - obalové vystředěné rovnoběžky

(jmenovité sklony) skutečného sklonu

Obr. 20 Tvarová odchylka linií boků zubů ffβ [1]

Celková odchylka sklonu zubu F_β (obr. 21)

Celková odchylka sklonu zubu je vzdálenost mezi dvěma jmenovitými sklony boku zubu, které tvoří obalovou plochu na vyhodnocovaném úseku. Požadované úchylky šroubovice jsou zohledněny odpovídajícími úchylkami čar AA a A’A‘ od přímek.

F^β – celková odchylka sklonu L^β – oblast vyhodnocení sklonu b – šířka zubu

AA,A´´A´´ – jmenovité sklony

Úhlová odchylka sklonu f_Hβ

Úhlová odchylka sklonu zubu (obr. 22), představuje vzdálenost v rovině čelního řezu mezi dvěma jmenovitými sklony zubu, které protínají počáteční, resp. koncový bod vyhodnocovací oblasti se skutečnou výškou stoupání. Úhlová odchylka profilu se udává jako délkový rozměr pro zkušební oblast profilu Lβ.

f^Hβ - úhlová odchylka sklonu L^β – oblast vyhodnocení sklonu b – šířka zubu

BB – vystředěný, skutečný sklon C´C´, C´´C´´ - jmenovité sklony,

Obr. 22 Úhlová odchylka sklonu fHβ [1]

Obr. 21 Celková odchylka sklonu zubu Fβ [1]

Soudkovitost sklonu C_β

U linie boku zubu může být požadován určitý tvar průběhu - tzv. soudkovitost ozubení (obr. 23). Soudkovitost je vztažena k oblasti vyhodnocení Lβ. Pomocí rovnoběžky s regresní křivkou se určí nejvyšší bod.

Na obrázku je také možné vidět, jak se získávají hodnoty Fβ, fhβ a ffβ s ohledem na předepsanou soudkovitost CβSoll.[1]

b – šířka zubu

L^β – oblast vyhodnocení sklonu P¹, P² – nejvyšší, resp. nejnižší bod, kterým probíhá obalová požadovaná parabola z obou stran (rozhodující pro velikost celkové odchylky sklonu F^β) P¹, P³ – nejvyšší, popř. nejnižší bod, kterým probíhá obalová skutečná parabola z obou stran (rozhodující pro velikost tvarové odchylky sklonu f^fβ)

1.5.2 Kinematické parametry ozubení

Jedná se o rozdíl mezi skutečným rozměrem jednotlivé čelní rozteče a jmenovitým rozměrem Pt (obr. 24). Úchylek obvodových roztečí pravých boků zubů je na ozubeném kole stejný počet jaký má kolo počet zubů. Graf odchylek fp jsou výsledkem všech rozdílů mezi jednotlivými naměřenými hodnotami a střední hodnotou naměřených hodnot. Dále také existuje hodnota maximální odchylky fpmax.

Obr. 24 Úchylka obvodových roztečí fP [1]

Obr. 23 Soudkovitost sklonu – Cβ [1]

Celková odchylka rozteče F_p

Je to hodnota, která vystihuje největší součtovou odchylku rozteče zubů ozubeného kola (obr. 25). Udává se bez znaménka. Je to rozdíl v absolutní hodnotě mezi největší a nejmenší hodnotou součtové odchylky obvodové rozteče.

Kolísání rozteče R_p

Kolísání rozteče je rozdíl mezi největším a nejmenším rozměrem čelních roztečí Pt pravých nebo levých boků zubů ozubeného kola.

Odchylka od vystředěného chodu – obvodové házení F_r

Obvodové házení ozubení (obr. 26) je maximální radiální odchylka polohy měřeného ozubeného kola. Tato odchylka házení je způsobena především excentricitou ozubení nebo nerovnoměrností odchylek obvodových roztečí zubů pravých a levých boků.

Kolísání tloušťky zubu R_S

Kolísání tloušťky zubu (obr. 27) je rozdíl mezi největší a nejmenší tloušťkou zubu měřeného ozubeného kola.[1]

Obr. 25 Celková odchylka rozteče Fp [1]

Obr. 28 Kolísání tloušťky zubu R [1]

Obr. 26 Obvodové házení Fr [1]

Obr. 27 Obvodové házení Fr [1]

Rozměr přes kuličky M_dk

Rozměr přes kuličky je vzdálenost (průměr) dvou protilehlých zubových mezer (obr. 28) měřené v tangenciální rovině ozubeného kola.

Obr. 29 Rozměr přes kuličky Mdk

1.5.3 Protokol o měření parametrů ozubení (obr. 29)

V záhlaví protokolu jsou uvedeny veškeré důležité informace o měřené součásti (modul, počet zubů, úhel záběru, úhel sklonu, šířka zubu a další potřebné hodnoty), dále pak také č. výkresu, tavba materiálu, dávka, počet kusů, nástroj ad.

Na přední straně protokolu o měření ozubení jsou v měřítku znázorněny naměřené křivky profilu evolventy a sklonu šroubovice, včetně nominálních hodnot uvedených parametrů. Zadní strana informuje o kinematice součásti (házení, rozteče).

Na protokolu jsou také samozřejmě uvedeny výkresové tolerance tolerovaných parametrů. Pokud je hodnota mimo tuto toleranci, je zvýrazněna tučným písmem.

Vyhodnocují se pouze střední hodnoty parametrů. Většinou se měří čtyři zuby s možností měření v libovolných řezech. Z pravidla se první zub měří ve třech rovinách.

Obr. 30 Ukázka naměřeného IO protokolu parametrů ozubení

O ostatních nedokonalostech, které přímo nepostihují tolerované parametry, rozhoduje o správnosti příslušný proškolený pracovník KMS.

UKÁZKA - NIO PROTOKOLY

Obr. 30a - Zde můžeme vidět, že i když jsou všechny tolerované rozměry dle výkresu správně, tak tento obrobek je NIO. Protože po dokončovací operaci zůstaly na ozubení otřepy. Tato závada se projevila na hlukovém stavu zvýšenou hlučností. Na para- metrech se to neprojevilo, protože otřepy jsou mimo vyhodnocovací oblast.

Obr. 30b - Výřez protokolu z běžného měření, kde pracovník odhalil blížící se konec životnosti dokončovacího nástroje, ševingovacího kotouče, a nařídil jeho výměnu, protože povrch zubu je značně nerovný. Zde je vidět, že tolerovaný rozměr fHβ – sklonu šroubovice je mimo toleranci, což zde není považováno jako závada – viz kapitola 3.1.2 Výrobní problematika ozubení.

Obr. 30c - Výřez naměřeného protokolu z oblasti profilu zubu na tažné straně ukazuje ozubené kolo, které bylo demontováno z převodovky kvůli zvýšenému projevu hlučnosti v tahu na této rychlosti.

Viditelně se na tažné straně profilu zubu vyskytuje závada – překročení parametru ffα – nerovný povrch.

Zde se jednalo o nedodržení správného technologického přídavku z operace 45 - frézování.

Obr. 31 Ukázky NIO protokolů

2. PŘÍČINY HLUČNOSTI AUTOMOBILOVÉ PŘEVODOVKY

V minulosti se obecně strojní zařízení konstruovaly tak, aby bylo dosaženo co nejvyšší únosnosti a životnosti. V dnešní době, v době výpočetních technologií, nových výrobních postupů, materiálů apod., přichází do popředí také další parametry (např. hlučnost). Současné výrobky jsou navrhovány s ohledem na nové trendy, mají optimální poměr mezi výrobní cenou a užitnou hodnotou. Velká důležitost se mj.

dostává také úspoře materiálu a hlavně hmotnosti, která jde ruku v ruce se spotřebou energie, resp. pohonných hmot u automobilů.

Celková hlučnost automobilu byla v minulosti soustředěna hlavně na pohonné ústrojí – tedy na motor a převodovku. U dnešních osobních vozů převažuje při nižších rychlostech také hluk pohonného ústrojí do rychlosti 30km/h (u nákladních automobilů do 50 km/h), ale při vyšších rychlostech převažuje valivý hluk od pneumatik a aerodynamický hluk, který způsobuje rozrážení vzduchu samotným vozidlem. Aerodynamický hluk roste současně se vzrůstající rychlostí vozidla.

Avšak i u dnešních automobilů je nějaká menší míra hlučnosti vyžadována, vzhledem k bezpečnosti chodců, aby byl pohybující se automobil lépe slyšet. Moderní elektromobily (= automobily na elektrický pohon), jejichž pohonné ústrojí je prakticky nehlučné, jsou dokonce vybaveny reproduktory. Tyto reproduktory produkují zvuk podobný klasickému automobilu s konvenčním spalovacím motorem a to právě kvůli bezpečnosti chodců. Tento bezpečností systém je funkční zhruba do 30km/h, kdy při jízdě po městě plní svůj účel. Protože jak již bylo řečeno, u klasického automobilu převažuje hluk od pohonného ústrojí právě do této meze. [13, 14]

„Hluk, produkovaný automobilem, působí negativně jak na nejbližší okolí, tak i na posádku vozu a hlavně řidiče. Rušivé vlivy, působící během jízdy na pozornost řidiče, mohou negativně ovlivnit bezpečnost všech účastníků silničního provozu.

Jedním z největších zdrojů hluku vozidla je hnací ústrojí, jehož součástí je i převodovka.

Hlučnost a vibrace převodovek jsou častými důvody k jejich reklamaci a příčinami ke zhoršení jejich spolehlivosti a životnosti.“ [13, str. 8]

2.1 ZDROJE HLUKU OZUBENÝCH PŘEVODOVEK

Každá automobilová převodovka, která používá pro změnu převodového poměru ozubená soukolí, produkuje určitý hluk (obr. 31). Hlučnost převodovky je dnes jedním z důležitých aspektů hodnocení celého vozu. Je to parametr, který dokáže subjektivně rozeznat každý zákazník bez jakýchkoliv odborných znalostí. Hlučnost obecně patří mezi nejčastější negativní vlivy na kvalitu výrobku, nejen ve strojírenství.

Vibrační projev automobilové převodovky je úzce spojen s kvalitou navržené konstrukce a přesností výroby.

Konstruktéři automobilky KIA představili nedávno novou sedmistupňovou dvouspojkovou převodovku (DCT), kde se kromě zlepšení jízdního projevu zaměřili také na stránku projevu její hlučnosti a přenosu vibrací. Tyto projevy chtějí eliminovat pomocí nainstalovaného vnějšího tlumiče skříně převodovky.

Hluk může být popsán kvantitativně nebo kvalitativně. Kvantitativní veličiny jsou veličiny, které můžeme měřit (např. intenzita, frekvence, rytmus atd.) a jsou určeny číselnými hodnotami. Kvalitativní veličiny zahrnují subjektivní hodnocení, jsou určeny různými normami a dalšími předepsanými

metodikami. [13, 14]

2.1.1 Hluk od záběru ozubených kol

Hlavním obecným důvodem buzení vibrací od ozubení je dynamická síla, která může být variabilní vůči své amplitudě či místu působiště. Záběr ozubených kol se nesestává pouze ze samotného odvalu, ale také smýkání. Proto dalším častým důvodem, kterému se v minulosti přisuzoval velký význam, je buzení vibrací kvůli existenci kluzné rychlosti. Kvůli častým změnám smyslu této kluzné rychlosti jsou od záběru buzeny vibrace. Třecí síla se při průběhu záběru dynamicky mění. Nejdříve narůstá v jednom směru a po překonání valivého bodu, kde smyková síla mění svůj smysl, opět roste její velikost. Tento jev je významný hlavně u soukolí s přímým ozubením.

Obr. 32 Zdroje hluku v převodovce [6]

V dnešních automobilových převodovkách se však výhradně používají soukolí se šikmými zuby, která jsou ve stálém záběru. U těchto soukolí dochází k buzení vibrací, k nimž dochází vlivem rázů od zubové vůle volného kola (obr. 32).

Volné se rozumí kolo uložené otočně na hřídeli. K těmto rázům se také přidávají rázy od hnacího agregátu, tzv. „raslování“, kdy je hřídel namáhán torzními kmity. Ke snížení vlivu těchto torzních kmitů se proto s výhodou používají setrvačníky. [13, 14, 15]

Obr. 33 Vznik rázů vlivem boční vůle u volného kola [15]

Parametrické buzení ozubení je přímo ovlivněno velikostí součinitele trvání záběru ε. Výhodou je, pokud tento součinitel má celočíselnou hodnotu (např. 2), díky tomu nedochází ke skokové změně tuhosti v záběru, protože budou neustále v záběru přesně dva páry zubů.

Velká pozornost u ozubení automobilové převodovky by se měla věnovat stálému převodu – tedy ozubenému soukolí, které spojuje hnaný hřídel převodovky s diferenciálem. Protože tento převod je zatížen krouticím momentem při jakékoliv zařazené rychlosti. Tomu by měla odpovídat také jeho kvalita a životnost. Na ostatní převody, které jsou v tu chvíli bez zatížení, působí pouze pasivní odpory.

Na každém ozubeném kole se rozlišuje tzv. tažná a zpětná strana zubu.

Tj. strana zubu, která zabírá při tahu vozu, resp. při brzdění motorem. Obě z těchto stran mohou mít různě definované parametry ozubení (např. fhα, fhβ, Cα, Cβ).

A to z důvodu optimalizace záběrových podmínek a snížení hlučnosti daného převodu, jak při tahu tak při brzdění motorem.

Hluk, který vzniká při záběru ozubených kol, je výrazným zdrojem hluku v celé převodovce. Ozubení má značný dopad na celkovou hlučnost převodovky. Ve výrobě platí následující řada příčin: geometrie nástroje -> seřízení nástroje ve stroji ->

-> geometrie výrobku (ozubeného kola) -> hlučnost převodovky. Při zjištění zvýšené hlučnosti převodovky nad stanovený limit, se provádí analýza opačného postupu.

Pro správnou zpětnou analýzu je především nutné správně pracovat s naměřenými daty. Zejména je nutné aktuálně sledovat nástroj, stroj, materiálovou tavbu a kalící pec. V současných automobilových převodovkách se používají ozubená kola se šikmým ozubením, která v praxi vykazují hlučnost menší zhruba o 5 dB než ozubení přímá.

2.1.2 Buzení vibrací od valivých ložisek

Vibrace jsou buzeny součástmi, které konají rotační nebo přímočarý periodický pohyb. Mezi takové součásti patří také ložiska. Ta jsou součástí každé převodovky a slouží pro rotační uložení hřídelů nebo také pro uložení volných (řazených) ozubených kol. Ložiska se u dnešních automobilových převodovek užívají spíše valivá s různými tvary valivých elementů. Valivá ložiska sama o sobě jsou zdrojem dynamického buzení.

Podstatou samotných ložisek je zachycení radiálního popř. axiálního zatížení pomocí valivých elementů, které se rovnoměrně odvalují po kruhových drahách mezi vnitřním a vnějším kroužkem ložiska. A právě při tomto pohybu může docházet k narušení rovnoměrnosti pohybu díky nerovnostem (trhlinky, pitting, geometrické odchylky) vzniklým v povrchu materiálu ložiskového kroužku vinou špatné výroby nebo opotřebení. Takové opotřebení vzniká při provozu ložiska, kde mohou vznikat různé příčiny: vysoké zatížení, hranice životnosti, nesouosost, špatná údržba – špatné mazání, vibrace a další. Příčina hluku valivých ložisek spočívá ve vzniku dynamických rázů, vznikajících právě díky zmíněným nerovnostem, které se šíří součástmi a budí vibrace až do skříně převodovky.

Z hlediska hlučnosti mají tyto vibrace různou frekvenci při různých fázích poškození ložiska. Poté lze určit, díky vibrodiagnostice, o jaké poškození ložiska se jedná. Frekvence se v první fázi poškození ložiska pohybuje ve vyšších řádech a s postupným zhoršováním stavu se projevuje v nižších řádech frekvence vibrací.

Na výslednou hlučnost převodovky má také vliv opracování dosedací plochy ložiska na hřídeli, resp. její kruhovitost. Pokud počet vln po obvodu této plochy je násobkem počtu valivých elementů ložiska, tak dochází k interferenci vibrací a tím ke zvýšení hladiny hlučnosti.

Vzhledem k tomu, že ložisko je součást poměrně malých rozměrů může se stát účinným zdrojem vibrací pouze v případě, kdy je dokonale mechanicky vázáno s okolní konstrukcí zařízení, ve kterém pracuje. Chvění se poté přenáší do dalších součástí stroje. Tento jev je nadále zvýrazněn zejména, pokud některá součást má vlastní frekvenci kmitání shodnou s některou složkou chvění samotného ložiska. [13, 16, 18]

2.1.3 Ostatní zdroje vibrací v převodovce

Mezi další součásti, které mohou být také zdrojem hluku, nejčastěji patří různé součásti zajišťující řazení (synchronizační kroužky, objímky, řadicí vidlice atd.).

Mechanizmus řazení patří mezi nepřímé zdroje vibrací. Pokud řadicí vidlička zůstane v kontaktu s ozubeným kolem, tak dojde k přenosu vibrací z kola do celého řadícího mechanizmu. Hřídele, přenášející krouticí moment, jsou namáhány nejen na krut, ale také značně na ohyb - jejich zkroucení, průhyby a špatně zajištěná rovnoběžnost jsou také častým důvodem vzniku vibrací.

Všechny tyto zdroje hluku přenáší vzniklé vibrace do skříně převodovky.

Protože převodovka je uzavřený akustický systém, tak se hluk převodovky šíří zejména vibracemi povrchu skříně nebo připojených komponentů do okolního prostředí. Proto na celkovou hlučnost převodovky má také významný vliv. Hodnota vlastních kmitů převodové skříně by se neměla shodovat s diskrétními složkami frekvence ozubení,

ložisek či dalších součástí, které mohou být zdrojem dynamického buzení. [15]

2.2 PROJEVY PŘÍČIN HLUČNOSTI VE SPEKTRECH VIBRACÍ

Každý zdroj hlučnosti v převodovce má svůj specifický projev v tzv. spektrech vibrací. Pro určení příčiny a místa vzniku slouží různé metody technické diagnostiky.

Ve Škoda Auto se jako základní diagnostický nástroj používá řádová analýza. Spektrum znázorňuje závislost intenzity hluku na tzv. řádech (bezrozměrná jednotka – Ord).

Spektrum je možné zobrazit jako vztažené k jednotlivým hřídelím v převodovce (SK-1, SK-2) anebo k diferenciálu (SK-3). Což umožňuje bližší určení zdroje nežádoucího hluku. Spektrum „MIX“ celkových vibrací zobrazuje součet všech tří předešlých kanálů.

Dále jsou spektra označena písmenem „S“ (tah motoru) nebo „B“ (brzdění motorem).

2.2.1 Projevy závad převodovky ve spektrech vibrací

Ozubená kola vyzařují kombinované spektrum vibrací. Nad spojitou částí spektra jsou zvýrazněné jednotlivé diskrétní (harmonické) frekvenční složky, které odpovídají frekvenci záběru jednotlivých zubů – tzv. zubová frekvence (fZ). Na obr. 33 je možné vidět projevy základních závad ozubených kol ve spektrech vibrací.

Opotřebení evolventy (obecně ozubení) se projevuje zvýšením první (fZ) a druhé harmonické zubové frekvence (2x fZ). Vyšší řády harmonické frekvence jsou způsobeny pokročilým stádiem poškození nebo jinou specifickou závadou.

Valivá ložiska se ve spektrech vibrací projevují tzv. ložiskovou frekvencí (fL), jejíž velikost je závislá na geometrii – rozměrech ložiska, velikosti provozní vůle a počtu valivých těles. Rozeznáváme čtyři ložiskové frekvence: frekvence vnějšího kroužku, frekvence vnitřního kroužku, frekvence klece a frekvence valivých těles.

Ostatní zdroje vibrací mají své specifické projevy. Například nesouosost hřídelů se projevuje postranními pásmy okolo zubových frekvencí ozubeného soukolí. Boční pásma jsou od fZ od sebe vzdálena o hodnotu rotorové frekvence (fR), která je dána otáčkami hřídele.

V automobilové převodovce se nachází více ozubených soukolí, která se mohou ve spektrech také projevit např.: soukolí zpětného chodu (případ převodovky MQ 100

Obr. 34 Typické vzory hluku od ozubeného kola [1]

– vložené kolo zpětného chodu je ve stálém záběru s hnacím hřídelem), stálý převod, ložiska, rotory atd. Při identifikaci závady pomocí vibrodiagnostiky proto můžeme narazit na problém bližšího určení zdroje dané frekvence vibrací. Je nutné počítat s tím, že i soukolí, která nepřenáší moment, jsou nuceně roztáčena. Pokud jsou ozubení těchto soukolí opotřebována nebo u nové převodovky vadně opracována, mohou vykazovat vibrace o vlastní harmonické frekvenci i při zařazeném jiném rychlostním stupni. V neposlední řadě je nutné také počítat s projevem ložisek a také stálého převodu, který se projevuje při každém zařazeném převodu. [23]

2.2.2 Ukázka naměřených hlukových spekter

První ukázka se týká prvního rychlostního převodu převodovky MQ 100, kde nebyly výrazně dodrženy hlukové tolerance parametrů ozubení. Překročeny jsou parametry fHβ o 50μm a fHα o 10μm. Na obr. 34 je naměřené spektrum celkové – MIX v tahu. Obrázek umožňuje vidět rozdíl mezi tímto případem (červená křivka) a sériovým měřením nezávadných převodovek ze stejného dne (černé linie).

Naměřené spektrum vykazuje poměrně zvýšené celé spojité spektrum. První harmonická frekvence (14 Ord) odpovídající prvnímu rychlostnímu převodu je v porovnání s nezávadnými převodovkami v normě, ale již druhá (28 Ord) a třetí (42 Ord) harmonická frekvence tohoto převodu jsou oproti ostatním zvýšené až o 10dB.

Obr. 35 Hlukové spektrum 1-S (MIX)

Druhý příklad se týká vynechané operace. Na montážní linku bylo propuštěno ozubené kolo třetího rychlostního stupně, kde nebyla provedena dokončovací operace ozubení (broušení) – ozubení tedy bylo pouze frézováno. Tato závada se hodně výrazně projevila v celém průřezu naměřených spekter převodovky. Hladina hluku byla zvýšena nejen při zátěži daného třetího převodu (obr. 35), ale také ve všech ostatních převodech, i když třetí nebyl zatížen. V naměřeném spektru přímo třetího převodu se projevily zvýšené harmonické frekvence včetně zvýrazněných postranních řádů.

Obr. 36 Hlukové spektrum 3-S (MIX)

V ostatních převodech byly výrazně patrné harmonické frekvence patřící právě třetímu rychlostnímu stupni. Pro ukázku je zde uvedeno spektrum MIX při zařazené páté rychlosti v tahu (obr. 36). Je patrné, že projev první (35 Ord - 106dB) a druhé (75 Ord - 103db) harmonické frekvence závadného převodu je shodný s tím, když byl převod pod zatížením – viz předchozí obrázek.

Obr. 37 Hlukové spektrum 5-S (MIX)

3. VÝROBA A ZKOUŠKY PŘEVODOVEK

3.1 PROBLEMATIKA VÝROBY PŘEVODOVKY V ZÁVODĚ VK

Výrobu převodek v závodě VK provázejí ve všech fázích výroby různé výrobní problémy. Ty jsou způsobeny různými faktory ovlivňující výslednou kvalitu výrobku – – hlučnost převodovky.

3.1.1 Výrobní závady

Špatně provedená operace – Jedná se o nejčastější chybu výroby. Mezi nejčastější nedostatky výrobku vyplývající ze špatně provedené operace patří: špatná geometrie, špatná drsnost, házení, zbytkový přídavek, nevyšlý materiál a další. Na špatně provedenou operaci má významný vliv nástroj, jeho geometrie a nastavení významně ovlivňuje výsledný tvar výrobku. Hlavně u operace ševingování je důležité nastavení nástroje pro správný parametr fHβ. Díky opotřebení nástroje může také dojít ke zkrácení evolventy (nástroj nemá dostatečný rozměr, aby provedl úběr materiálu).

Dále pokud je špatně provedena operace frézování – rozměry obrobku po této operaci jsou mimo stanovenou toleranci, tak poté může dojít k selhání dokončovací operace ševingování, kde i po této operaci zůstanou na bocích zubů viditelné stopy po posuvu frézy. Všechny tyto závady mají za příčinu následnou hlučnost převodovky.

Poškození dílu manipulací – Obvykle dojde k poškození ozubení nebo funkčních ploch.

To má za příčinu nešetrná manipulace, chybná montáž nebo nedodržení technologické kázně.

Záměna dílu – Tento problém se vyskytuje nejen u procesu montáže, ale také obrábění. Na jedné operaci je např. díl „X“ bude obroben jako díl „Y“, což může mít za příčinu mj. nepřipravenost nástrojů pro daný typ na danou operaci nebo také nedodržení technologické kázně. Tento problém vzniká u dílů, které se vyrábějí v různých variantách. (Např. ozubená kola se vyrábějí v několika variantách, které se od sebe liší – průměrem, modulem, počtem zubů a dalšími specifickými parametry) Chybná montáž – chybné zapolohování součásti, špatná vůle pojistných kroužků, záměna dílu, cizí předmět v převodovce, neúplná montáž atd.

Vynechaná operace – Dochází k vynechání dokončovací operace ozubení broušení či ševingování nebo operace vyrovnání hřídelových dílů.

Dále jsou zde významně zastoupeny tyto závady: koroze dílu, mechanické poškození, vada svaru, dvakrát provedena jedna operace a dále také chyba polotovaru – nevyšlý materiál, dutina, prasklina.

3.1.2 Výrobní problematika ozubení

Dokončovací operace ozubení - ševingování je prováděna před TZ.

Tím, že obrobek projde TZ a dalšími s tím spojenými procesy, tak dochází k materiálové deformaci. Dojde k “natočení“ šroubovice ale také evolventy. Tedy dojde především ke změně parametrů fHα a fHβ a ke zvětšení průměru a Mdk – obrobek v radiálním směru „nabyde“. Tyto tepelné deformace jsou pravidelně sledovány (každých 1000 ks) a jejich velikost se liší druhem obrobku, materiálovou tavbou a také druhem kalící pece. Sledován je tak, že je provedena zkouška: tentýž obrobek (skupina obrobků) je změřen před a po TZ (od stejného zubu, který je mechanicky označen – důlčíkem) – poté se podle zjištěných odchylek nastavuje sériová výroba. Parametr sklonu šroubovice fHβ je možné změnit nastavením nástroje, ale fHα je převážně dán samotnou geometrií nástroje, podle toho jak je naostřen. Proto je nutné tyto odchylky vědět dopředu, protože po operaci ševingování se už žádná úprava ozubení neprovádí.

Parametry před TZ musí být v takovém rozmezí, aby po TZ byly ve výkresové toleranci.

Tam kde se ozubení dokončuje „za tvrda“ (po TZ) – např. broušením nebo honováním, dostává ozubení konečný tvar až po TZ. Zde je nutné toto sledovat pouze z hlediska velikosti zbytkového přídavku.

3.2 VÝROBKOVÉ ZKOUŠKY HLUČNOSTI PŘEVODOVKY

V jednotlivých fázích výroby převodovky se provádí testy na hlučnost. Ve fázi výroby ozubení je po dokončovací operaci provedena na obrobku zkouška hlučnosti odvalem. Na konci kompletace převodovky je na montážní lince opět provedena zkouška hlučnosti, tentokrát však již kompletní převodovky. Obě tato testování se provádí se stoprocentní četností. Poslední fází je montáž převodovky přímo do automobilu a tam se namátkově, popř. na vyžádání, provádějí jízdní zkoušky.