Miten voimansiirtojärjestelmät vaikuttavat ajoneuvon suorituskykyyn ja tehokkuuteen?

Voimansiirtojärjestelmän, kytkimen ja vetoakselin tehtävänä on siirtää moottorin mekaaninen liike akselille ja pyörille. Näiden komponenttien rooli ei kuitenkaan rajoitu vain liikkeen välittämiseen, vaan niillä on myös muita, yhtä tärkeitä tehtäviä. Moottorin pyörimisnopeus ei ole yleensä sama kuin pyörän toivottu pyörimisnopeus, ja momentti täytyy muuntaa pyörimissuuntaan, joka tuottaa tarvittavan vetovoiman pyörille. Tämä tehtävä kuuluu voimansiirtojärjestelmälle, joka tekee myös mahdolliseksi pyörien kääntämisen eri suuntiin, mahdollistaen ajoneuvon liikkumisen eteen- ja taaksepäin.

Voimansiirtojärjestelmään kuuluu myös usein voimansiirtoja, jotka voidaan liittää ajoneuvon runkoon ja kytkin, joka asennetaan moottorin ja voimansiirron väliin. Kytkin on olennainen osa moottorin käynnistämisessä, pysäyttämisessä ja vaihteen vaihtamisessa. Kun moottori käynnistetään, sillä on vaikeuksia pitää itseään käynnissä, joten voimansiirto, joka vastustaa moottorin pyörimistä, irrotetaan kytkimellä. Samoin ajoneuvon pysähtyessä moottori jatkaa käyntiä tyhjäkäynnillä, ja kytkin irrottaa moottorin, jolloin ajoneuvo pysähtyy kokonaan.

Mikä on jakavat vaihteet ja niiden merkitys ajoneuvon voimansiirrossa?

Jakavat vaihteet ovat tärkeä osa ajoneuvojen voimansiirtoa, erityisesti silloin, kun tarvitaan tarkempaa vaihteenvalintaa erityisissä ajo-olosuhteissa, kuten raskaasti kuormattuna tai jyrkällä mäellä ajettaessa. Jakavan vaihteen tehtävänä on tarjota välikohtia päävaihteiston vaihdevaiheiden välillä, mikä mahdollistaa pienemmän vaihdevälin. Näin ollen ajoneuvo voi valita tarkemmin vaihteen, joka parhaiten sopii kulloiseenkin ajotilanteeseen. Jakavan vaihteen vaihe on tyypillisesti puoliksi päävaihteiston vaihdevaiheen arvoinen.

Yksi tapa toteuttaa jakotoiminto on käyttää kahta eri hammaspyöräparia, jotka pyörittävät vastusholkkia. Tällöin ensimmäinen hammaspyöräpari, joka ohjaa vastusholkkia, tunnetaan nimellä "vakio". Tämä mahdollistaa sen, että valitsemalla joko ensimmäisen tai toisen vakion, voidaan valita kaksi erilaista vaihteen suhdetta. Jakotoiminto voidaan suorittaa myös päävaihteiston sisällä, jolloin jakamiseksi ei voi erottaa selkeästi päävaihteistoa ja jakovaihteistoa.

Toinen esimerkki ajoneuvon voimansiirrosta on planeettahammashammasvaihteisto eli epäsuoravälyksellinen hammasvaihteisto. Tässä järjestelmässä aurinkopyörä sijaitsee voimansiirron keskellä, ja planeettapyörät pyörivät sen ympäri. Planeettahammashammasvaihteisto on erityisen kompakti ja pystyy siirtämään suuria vääntömomentteja, sillä useampi hammaspyörä on samanaikaisesti kytketty. Yleisesti ottaen kevyemmissä voimansiirroissa on kolme planeettapyörää, kun taas raskaammissa voimansiirroissa niitä on jopa viisi.

Planeettahammashammasvaihteisto toimii seuraavalla kaavalla, joka perustuu pyörimisspeedeihin:

Tämä yhtälö kuvastaa pyörimisspeedejä aurinkopyörän, planeettapyörien ja kantajan välillä. Planeettahammashammasvaihteistossa huomioidaan myös, kuinka elementtien pyörimisspeedit suhteutuvat toisiinsa ja miten ne vaikuttavat toisiinsa.

Jos kantaja ja rengaspyörä yhdistetään, planeettahammashammasvaihteisto pyörii yhtenä kokonaisuutena eikä tuota vaihdetta. Tällöin range-ryhmän osuus voimansiirron välityssuhteeseen on 1. Jos rengaspyörä on kiinteä (kiinnitetty voimansiirron koteloon), saadaan suuri vaihteenvaihtosuhde, joka voi olla esimerkiksi 4,4, kuten esimerkissä, jossa renkaassa on 85 hammasta ja aurinkopyörässä 25 hammasta.

Range-ryhmä ei kuitenkaan aina ole epäsuoravälyksellinen järjestelmä. Se voidaan myös toteuttaa perinteisellä suorahammashammasvaihteistolla samalla tavoin kuin päävaihteisto.

Ajoneuvojen voimansiirron monivaiheisuus ja tarkka vaihteenvalinta ovat välttämättömiä etenkin raskaan kaluston ja erityisesti mäkisten alueiden ajossa. Tällöin jakavat vaihteet tarjoavat suurta etua, sillä ne mahdollistavat paremman vaihteiden soveltamisen vaihdeaskeleiden hienosäätöön. Planeettahammashammasvaihteistojen etu puolestaan on niiden kyky siirtää suuria vääntömomentteja kompaktiin tilaan, mikä on hyödyllistä etenkin ajoneuvoissa, jotka tarvitsevat suuren vetokyvyn ja suuren vääntömomentin.