Kako funkcionira ručni mjenjač i čemu služi?

Može li motorno vozilo bez mjenjača? Može, ako se pokreče elektromotorom ili parnim strojem. Benzinski i dizelski motori u vozilima ne mogu funkcionirati bez mjenjača

Izmjene stupnjeva prijenosa, polužnim mehanizmom koji pokreće vilice sa sinkronim prstenovima, nužne su zbog nepovoljne momentne karakteristike motora. Naime, elektromotor ima najpovoljniju moguću momentnu karakteristiku, odnosno najveći moment pri najmanjoj brzini vrtnje (radi u kratkom spoju).

Povećanjem brzine vrtnje moment se smanjuje, a budući da je snaga umnožak momenta i kutne brzine, ispada konstantna, što je idealno. Za razliku od njih motori s unutrašnjim izgaranjem (benzinski i dizelski) tu pokazuju velike nedostatke. Pri niskim okretajima imaju vrlo mali okretni moment, u srednjim okretajima stvari se bliže idealnom, ali pri visokim otpori unutar motora naglo rastu te moment pada.

Zbog takve loše radne karakteristike potreban im je sustav prijenosa snage s više prijenosnih omjera, kako bi se izlazna radna karakteristika što više približila idealnoj. Redukcija je najveća u najnižem stupnju pa je vučna sila na kotačima najveća. Kako raste brzina auta, tj. smanjuje se redukcija u mjenjaču, opada i vučna sila na kotačima. Zato auto slabije ubrzava u trećem nego u prvom stupnju prijenosa i još slabije u petom. No, brže se putuje, a snaga je umnožak brzine i sile.

S tim smo prijenosnim omjerima vučnu karakteristiku zapravo približili idealnoj vučnoj sili parnog stroja ili već spomenutog elektromotora, u obliku hiperbole. Mjenjači imaju spojku koja omogućuje odvajanje prijenosa momenta na mjenjač te promjenu stupnja prijenosa bez opterećenja. Iza spojke su, obično na dva ili tri vratila postavljeni, setovi zupčanika, upareni u odgovarajuće prijenosne omjere.

Svaki stupanj prijenosa ima svoj zupčanički par koji je stalno u zahvatu, a vozač ručicom mjenjača aktivira željeni par, odnosno stupanj prijenosa. Da bi se uključivanje para izvelo što lakše, obavlja se sinkronizacija, odnosno usklađivanje brzina vrtnje dijelova koji se uključuju. Otpuštanjem spojke ponovno se spaja pogon i prijenos, ali s drugim prijenosnim omjerom. Rukom upravljani mjenjač u najširoj je upotrebi.

Prednost mu je cijena izrade, jednostavna konstrukcija, mali otpori, a i time potrošnja goriva, dugotrajnosti i pouzdanost. Brzina promjene je oko 0,3 sekunde. Ručni mjenjač obično je sklop koji nadživi sve ostale dijelove vozila. Problemi se mogu javiti nepravilnom upotrebom koja može uništiti sinkrone. Najveći nedostatak nije u mjenjaču već u spojci, odnosno njezinom tarnom elementu (lameli), koja se troši i potrebno ju je mijenjati.

U usporedbi s ostalim vrstama prijenosa, ručni mjenjač je najteži za rukovanje i potrebno je određeno vrijeme za svladavanje tehnike mijenjanja brzina. Upravo je to bio glavni razlog za stvaranje automatskog mjenjača. Što su sinkroni, odnosno prsteni za sinkronizaciju? Mali, ali važan dio mjenjačka! Sinkroni su pomični spojni prstenovi, čiji je zadatak uskladiti, odnosno sinkronizirati, broj okretaja ulaznog vratila i para zupčanika koji se sprema biti uključen u prijenos snage te prenijeti moment nakon spajanja.

Oni omogućuju mekano biranje između određenih parova zupčanika, s time da u tom trenutku spojka mora biti odvojena.

ODABIR STUPNJA – prijenosa izvodi vozač pokretanjem ručice mjenjača, koja preko polužnog mehanizma pokreće vilice s ugrađenim sinkronim prstenovima.

RAD S TRI VRATILA – na glavnoj su osi pogonjeno i pogonsko vratilo. Snaga i moment se s jednog na drugo prebacuju preko paralelno smještenog pomoćnog vratila.

KANDŽASTE SPOJKE – spajaju zupčanike s vratilima, a kako bi se bočno uzubile bez oštećenja, služe među-prstenovi za sinkronizaciju brzina vrtnje.

SINKRONI PRSTEN – odnosno sinkron, je nazubljeni konusni prsten sa žljebovima na unutarnjoj strani, uz pomoću kojih se spaja sa zubima na vratilu.

KONUSNOM POVRŠINOM – nakon aksijalnog pomaka vozačevim izborom stupnja prijenosa, sinkron naliježe na odgovarajući konus, usklađujući brzine vrtnje.

OZUBLJENJE NA GLAVČINI – dodatnim se pomakom spaja sa zubima na sinkronom prstenu uz zupčanički par čime se osigurava prijenos okretnog momenta i snage.