Materiele utilizate la constructia utiilor de viteze.
Rotile dintate se executa din oteluri aliate. Pentru marirea
duratei de functionare, rotile dintate sint supuse unui tratament
termochimic (cementare sau cianurare), urmat de tratamentul termic
corespunzato. In cazul rotilor dintate care se cementeaza, se
utilizeaza otelurile aliate de tipul 15 CO 8,18 MC 10, 18 MoCN 13X,
21 MoMc 12X, 13 CN 30 X, 21 TMC 12 sau 28 TMC 12 (STAS 791-66).
Pentrurotile dintate care se cianureaza se folosesc, in general
oteluri aliate cuCr-Ni-Mo. Arborii cutiei de viteze sint executati,
in general, din oteluri aliate. Pentru arborii executati dintr-o
bucata cu rotile dintate, se recomanda acelasi material ca si
rotile dintate, iar pentru ceilalti arbori, oteluri aliate cu un
continut mediu de carbon, de tipul: 41 MoC 11X, 40 C 10,50 VC 11
etc.Carterul cutiei de viteze este executat, de obicei, din fonta
cenusie, nealiata de rezistenta medie. Pentru reducerea greutatii
se utilizeaza si cartere din aliaje de aluminiu (Dacia,
Oltcit).Materiale pentru arbori.Materialul pentru arborii din cutia
din viteze trebuie sa asigure conditii complexe de rigiditate,
rezistenta si duritate superficiala. In functie de constructia
arborilor, pentru executarea lor se folosesc diferite oteluri, in
majoritatea lor aliaje. Astfel, la arborii care se executa dintr-o
bucata cu rotile dintate, materialul este cel recomandat pentru
rotile dintate: 18MC 10, 13 CN 30 X 25 MoC 11 X A etc; la ceilalti
arbori se recomanda otelurile aliate cu continut mediu de carbon,
de tipul 40 C10, 41 Mo C11 X, 50VC 11 (STAS 791-66), cu calirea
suprafetei. Fusurile arborilor se trateaza termic la duritatea
minima HRC=53, iar canelurile dupa tratamentui termic trebuie sa
aiba duritatea HRC=5660.
CUTIA DE VITEZE Generaliti
Cutia de viteze realizeaz, prin valori diferite ale rapoartelor
de transmitere numite trepte de vitez, acordarea posibilitilor
energetice ale motorului la cerinele energetice ele automobilului n
micare cu asigurarea unor performane dinamice, de consum de
combustibil i de poluare ct mai bune. Cutiei de viteze, a crei
necesitate este determinat de incapacitatea motorului de a
satisface diversitatea condiiilor de autopropulsare, ndeplinete
urmtoarele funcii:schimbarea raportului de transmitere este func ia
principal a unei cutii de viteze; se realizeaz astfel modificarea
forei de traciune i a vitezei de deplasare n funcie de variaia
rezistenelor la naintare i/sau de regimul de circulaie al
automobilului; n plus ofer posibilitatea autopropulsrii
automobilului cu viteze reduse, ce nu pot fi asigurate n mod direct
de motorul cu ardere intern care are turaia minim stabil relativ
mare;inversor al sensului de mers al automobilului cum sensul de
rotaie al motorului este prin concepie unic, cutia de viteze conine
elemente a cror dispunere permite, cnd este necesar inversarea
sensului de rotaie a arborelui de ieire;decupleaz motorul termic de
ro ile motoare (punct mort) deoarece, prin concepie, ambreiajul nu
poate fi decuplat dect temporar,pentru situaiile n care este
necesar func ionarea motorului cu automobilul imobilizat (ex:
aducerea motorului n regim termic normal de funcionare la pornirea
la rece), lanul cinematic este ntrerupt prin aducerea elementelor
mobile de cuplare ntr-o poziie neutr.
n scopul asigurrii unei bune adaptabiliti a automobilului
condiiilor concrete n care are loc deplasarea, cutia de viteze
trebuie s rspund la o serie de cerinte, printre care s aib
posibilitatea realizrii unui numr ct mai mare de rapoarte de
transmitere, iar mrimea lor s fie determinatn aa fel nct s asigure
o utilizare raional a puterii n condiiile unor performane
economice, dinamice i de poluare optime pentru caracteristica
motorului cu care conlucreaz;
construcia s fie simpl, robust, uoar, s aib un randament mecanic
ridicat i funcionare silenioas ;
n exploatare s prezinte siguran i ntreinere uoar iar manevrarea
s fie simpl, precis i comod; s prezinte o gam larg de utilizare.
Dup modul de modificare a raportului de transmitere, cutiile de
viteze pot fi cu variaia n trepte, cu variaia continu (progresiv),
sau combinate. Dup principiul de funcionare, cutiile de viteze pot
fi mecanice, hidraulice sau electrice.
Cutiile de viteze mecanice sunt cele mai rspndite la
construciile actuale de automobile. Modificarea raportului de
transmitere se face prin intermediul unor angrenaje de roi dinate
(cutii de viteze n trepte), sau prin intermediul unor elemente de
friciune (cutii de viteze continue).
Dup modul de acionare deosebim cutii de viteze cu acionare
manual (neautomate), cutii de viteze semiautomate i cutii de viteze
automate.
Cutia de viteze este un mecanism complex, indispensabil oricarui
vehicul motorizat. In acest articol vei aflacum functioneaza si ce
rol are cutia de viteze, din ce este alcatuita si cum se utilizeaza
corect. La un autovehicul, cutia de viteze face parte dinmecanismul
de transmisie, si practic transmite puterea de la motor la roti,
intr-un mod variabil, controlat, prin schimbarea rapoartelor de
transmisie folosind schimbatorul de viteze. Cutia de viteze este
formata din asa-zisele viteze, adicapinioane(roti dintate) de
diferite marimi, care permit schimbarea raportului dintre viteza de
rotatie a motorului si viteza de rotatie a rotilor. Astfel este
posibila modificarea capacitatii autovehiculului de a se deplasa in
conditii diferite de viteza si tractiune.
Cutiile de viteze sunt de mai multe tipuri, cele mai cunoscute
fiind: cutia de viteze manuala cutia de viteze automata
Principiul de functionare al cutiei de viteze manuale:
La cutiile de viteze manuale, schimbarea treptelor de viteza se
face folosindschimbatorul de viteze(maneta), care actioneazainelele
sincronizatoare(sincroane) din interiorul cutiei prin
intermediultimoneriei(mecansimul de legatura dintre schimbator si
cutia de viteze), cupland astfel pinioanele vitezei respective.
Pentru a schimba vitezele sunt necesare urmatoarele operatiuni:
decuplarea cutiei de viteze de motor, prin intermediul
ambreiajului, apasand complet pedala de ambreiaj; selectarea
vitezei dorite, prin miscarea laterala a manetei de viteze;
cuplarea vitezei(pinionului), prin deplasarea longitudinala a
manetei de viteze, in directia vitezei dorite (indicata in general
pe nuca schimbatorului); cuplarea cutiei de viteze de motorprin
eliberarea progresiva a ambreiajului. Pe un arbore al cutiei de
viteze exista o serie de pinioane, coroane dintate, inele
sincronizatoare, precum si furca de actionare impreuna cu mansonul
de cuplare. La actionarea manetei de viteze, o parghie deplaseaza
furca de actionare in directia indicata de maneta, impingand inelul
sincronizator peste coroana dintata. Rolul inelului sincronizator,
sau sincron cum i se zice in mod popular, este de a sincroniza
turatia arborelui cu turatia acestuia, permitand astfel cuplarea
coroanei dintate cu mansonul de cuplare. In acest mod este conectat
pinionul vitezei dorite cu arborele, fiecare viteza avand cate un
pinion de diametru diferit pe arborele respectiv.
Exista cutii de viteze manuale cu un singur inel sincronizator
sau cu doua (sincronizator dublu). Cele cu sincronizator dublu
permit o cuplare mai usoara a vitezelor, in special a treptelor 1
si 2, care necesita o forta mai mare de actionare a
sincronizatoarelor si de asemenea un timp mai mare. De aceea la
unele masini introducerea in primele trepte de viteza este ceva mai
greoaie, fata de cele superioare. De retinut este faptul ca
majoritatea autovehiculelor nu au sincron pentru introducerea in
mansalier.Din acest motiv masina trebuie sa fie in repaus pentru a
putea cupla corespunzator marsarierul (arborii sa nu se roteasca in
momentul cuplarii). De aceea uneori nu intra din prima in
marsarier, mai ales cand cutia este mai uzata, sau trebuie asteptat
cateva secunde pentru a putea cupla (arborii sa aiba timp sa se
opreasca).
Debreierea dubla:Debreierea dubla reprezinta metoda prin care se
trece dintr-o viteza superioara intr-una inferioara in conditii
optime. Practic, atunci cand retrogradezi vitezele cu una sau chiar
doua trepte,viteza de rotatie a arborelui trebuie maritapentru a se
face o sincronizare cat mai eficienta. De aceea se recomanda ca
dupa ce se scoate din viteza, sa se elibereze pedala de ambreiaj si
sa se accelereze motorul pana la turatia dorita si apoi sa se apese
din nou ambreiajul si sa se cupleze rapid treapta inferioara. Daca
in momentul cuplarii, viteza de rotatie a arborelui este apropiata
de cea ideala, cuplarea se va face foarte usor si rapid. Aceasta
tehnica ajuta foarte mult cutia de viteze, lungindu-i semnificativ
durata de viata. Defectiunile la cutia de vitezese datoreaza in
special utilizarii defectuoase a acestia si a proastei intretineri.
In ciuda faptului ca multi producatori de autovehicule nu
mentioneaza schimbarea uleiului cutiei de viteze la interval
regulat (ci doar completarea), acest lucru este recomandat pentru a
ii prelungi durata de viata!
La fel ca si motorul, cutia de viteze are nevoie de ceva timp
pentru a se incalzi si a functiona la parametri optimi. De aceea se
recomanda ca in primele minute de deplasare, schimbarea vitezelor
sa se faca lent, fara a tura prea mult motorul. La multe masini se
simte cand cutia de viteze ajunge la temperatura normala de
functionare, vitezele schimbandu-se ceva mai usor. In sezonul rece
acest fenomen este cu atat mai accentuat. Cutii de viteze mecanice
n trepte
Structural, cutiile de vitez n trepte sunt formate din lanuri
cinematice paralele (utiliznd i elemente comune), egale ca numr cu
treptele de vitez i constituite din reductoare cu roi dinate i axe
fixe sau mobile (planetare). Aceste reductoare formeaz mecanismul
reductor al cutiilor de vitez.
Funcionarea independent a lanurilor cinematice se asigur prin
montarea n fiecare lan cinematic a ro ii cu cea mai mic turaie
independent de rotaia arborelui de susinere (liber ). Funcionarea
cutiei de viteze ntr-o anumit treapt se obine prin solidarizarea la
rotaie a roii libere cu arborele de susinere. Pentru solidarizare
se utilizeaz mecanisme de cuplare a treptelor.
Comanda cuplrii, selectarea treptei i meninerea treptei cuplate
se face prin mecanismul de acionare.
Organizarea mecanismului reductor al cutiilor de viteze
Organizarea mecanismului reductor al cutiei de viteze este
realizat n concordan cu:
-soluia de organizare a echipamentului de traciune (clasic,
totul fa, totul spate, sau integral);-poziia motorului n raport cu
axa longitudinal a automobilului (transversal sau
longitudinal);
-dispunerea cutiei de viteze fa de motor (n prelungire, sau la
partea inferioar a acestuia);-mrimea fluxului de putere transferat
i cu numrul necesar de trepte de
vitez.La mecanismul reductor al cutiilor de viteze mecanice n
trepte, raportul de transmitere (fig.4.1), se poate realiza prin
participarea:-unui singur angrenaj de roi dinate cu axe fixe, cum
este cazul cutiilor de viteze cu doi arbori (fig.4.1,a);
-a dou angrenaje de roi dinate cu axe fixe, ca n cazul cutiilor
de vitez cu trei arbori (fig.4.1,b);-a trei angrenaje de roi
dinate, dintre care dou cu axe fixe (organizate similar cutiei de
viteze cu trei arbori) i unul cu axe mobile (reductor planetar) ca
n situaia cutiilor de viteze cu multiplicator planetar
(fig.4.1,c).
a)b)c)
.
Realizarea rapoartelor de transmitere prin angrenaje de roi
dinate a- printr-un angrenaj; b-prin dou angrenaje nseriate; c-prin
mai multeangrenaje
Pentru realizarea treptei de mers napoi (fig.4.2), fa de treapta
de mers nainte, unul din lanurile cinematice ale mecanismului
reductor se realizeaz cu trei roi din ate. Roata intermediar zi,
montat pe un ax suplimentar ce angreneaz simultan cu roata condus
z1 i cea conductoare z2 nu intervine asupra raportului de
transmitere, dar impune pentru acestea un sens identic de
rotaie.
Treapt de mers inainte:Treapt de mers inapoi:
-mrimea fluxului de putere transferat i cu numrul necesar de
trepte de
vitez.La mecanismul reductor al cutiilor de viteze mecanice n
trepte, raportul de transmitere (fig.4.1), se poate realiza prin
participarea:-unui singur angrenaj de roi dinate cu axe fixe, cum
este cazul cutiilor de viteze cu doi arbori (fig.4.1,a);
-a dou angrenaje de roi dinate cu axe fixe, ca n cazul cutiilor
de vitez cu trei arbori (fig.4.1,b);-a trei angrenaje de roi
dinate, dintre care dou cu axe fixe (organizate similar cutiei de
viteze cu trei arbori) i unul cu axe mobile (reductor planetar) ca
n situaia cutiilor de viteze cu multiplicator planetar .
a) b) c)
Realizarea rapoartelor de transmitere prin angrenaje de roi
dinate a- printr-un angrenaj; b-prin dou angrenaje nseriate; c-prin
mai multe angrenaje
Pentru realizarea treptei de mers napoi , fa de treapta de mers
nainte, unul din lanurile cinematice ale mecanismului reductor se
realizeaz cu trei roi din ate. Roata intermediar zi, montat pe un
ax suplimentar ce angreneaz simultan cu roata condus z1 i cea
conductoare z2 nu intervine asupra raportului de transmitere, dar
impune pentru acestea un sens identic de rotaie.
a. Organizarea general a cutiei de viteze cu doi arbori
Cutiile de viteze cu doi arbori se ntlnesc frecvent la
autoturismele i autoutilitarele uoare derivate din acestea cu
motoare dispuse transversal sau longitudinal. Cutiile de viteze cu
doi arbori dispun frecvent de 5 sau 6 trepte de vitez.ntr-o astfel
de organizare cutia de viteze cuprinde:
-arborele primar sau arborele de intrare ce primete micarea de
la arborele cotit al motorului prin intermediul ambreiajului i
include sau susine pinioanele conductoare ale angrenajelor;
-arborele secundar sau arborele de ieire ce sus ine sau include
roile conduse ale angrenajelor i trasmite micarea direct sau
indirect ctre puntea motoare.
Caracteristicile cutiei de viteze cu doi arbori sunt: intrarea i
ieirea se face la o anumit distan (distana ntre axele angrenajelor)
de aceeai parte, n cazul soluiilor de organizare a transmisiei de
tip totul fa (totul spate), cnd n acelai carter cu cutia de viteze
se gsesc nglobate transmisia principal i diferenialul, sau n pri
opuse n cazul soluiei clasice-motor fa, punte motoare spate -soluie
specific autoutilitarelor uoare, derivate din autoturisme; la
transferul fluxului de putere particip un singur angrenaj de roi
dinate, ceea ce determin fa de cutia de viteze cu trei arbori: -un
randament superior n toate treptele, exceptnd priza direct; -o gam
de rapoarte mai restrns pentru o aceeai distan ntre axe; extinderea
gamei este posibil prin adaptarea unui raport subunitar pentru
treptele 5 sau 6 cu valori de 0,7....0,85; n majoritatea cazurilor
treapta de mers napoi este nesincronizat.
Schema cinematic i de funcionare a unei cutii de viteze cu cinci
trepte de vitez pentru mersul nainte i cu una pentru mers napoi
este prezentat n figura 4.3. In reprezentarea cinematic s-au
utilizat simbolurile din tabelul 4.1.
Pe arborele primar aP se g sesc ntre lagre roile fixe 1, 2, 3, 4
i n consol roata liber 5; roile 1, 2, 3, 4 i 5 se afl permanent n
angrenare cu roile 1', 2', 3', 4', montate libere i 5' montat fix
pe arborele secundar as.
n vecintatea roilor libere se gsesc mecanismele de cuplare cu
sincronizare s1,, s2, i s3, ce servesc la solidarizarea acestora cu
arborii pentru
obinerea treptelor de mers nainte.Func ionarea cutiei de viteze
pentru mers nainte ntr-o treapt oarecare are loc astfel: de la
ambreiaj fluxul de putere se transmite arborelui primar ap,
roiidinate conductoare r, roii dinate conduse r' i arborelui
secundar as.
Legtura ntre roata liber i arborele pe care acesta se sprijin se
face prin dantura de cuplare a sincronizatorului s la deplasarea
manonului acestuia din poziia neutr.
Roile dinate 6, fix pe arbore primar, i 6', solidar cu manonul
de cuplare al sincronizatorului s2 servesc la obinerea treptei de
mers napoi. Cuplarea
treptei de mers napoi, posibil numai n poziia neutr a
sincronizatoarelor s1, s2, i s3 se face prin deplasarea roii
baladoare intermediare rb, n poziia n care
angreneaz simultan cu celelalte roi dinate 6 i 6'. Aflarea n
angrenare a celor trei roi determin inversarea sensului de micare
la arborele secundar fa de cazul cuplrii treptelor de mers
nainte.b. Organizarea general a cutiei de viteze longitudinale cu
trei arbori
Cutiile de viteze clasice cu trei arbori se utilizeaz la
automobilele organizate dup soluia clasic sau cele cu traciune
integral cu motorul dispus longitudinal.Arborii cutiei de viteze
sunt: arborele primar sau arborele de intrare primete micarea de la
arborele cotit al motorului prin intermediul ambreiajului; arborele
primar poart pinionul angrenajului permanent;
arborele intermediar conine urmtoarele roi fixe: -roata condus a
angrenajului permanent, ce primete micarea de la arborele
primar;-roile conductoare ale angrenajelor treptelor, cu excepia
treptei de priz
direct;-arborele secundar sau arborele de ieire, care susine
roile conduse ale angrenajelor treptelor i transmite micarea ctre
puntea motoare.Caracteristicile unei astfel de cutii de viteze
sunt: intrarea i ieirea sunt coaxiale i pot fi:-de aceai parte, n
cazul soluiei de organizare a transmisiei de tip totul fa, cnd n
acelai carter se gsesc nglobate i transmisia principal i
diferenialul (solue utilizat pn n anii 80 pe autoutilitarele
Renault Estafette);
-opuse.
Organizarea cinematic si schema de functionare pentru cutia de
viteze cu doi arbori: a-organizarea cinematic; b-lanurile
cinematice de funcionare n treptele 14;
c- lantul cinematic de funcionare n treapta de mers inapoi;
d-lantul cinematic al treptei a 5-a.
CALCULUL SI CONSTRUCTIA CUTIEI DE VITEZE Cutiile de viteze
actuale s-au diferentiat attcaprincipiu de functionare ct si ca mod
de deservire. Din acest punct de vedere trebuie sa sefacadistinctie
ntre agregatul de lucru ca transformator de cuplu si dispozitivul
sau sistemul de actionare prin care se alegeregimul optimde
functionare al cutiei de viteze. Rezistentele la naintarea
autovehiculului variaza mult n functie de conditiile de concrete de
deplasare si corespunzator acestora trebuie sa se schimbe si forta
de tractiune la rotile motoare.Mareamajoritate a automobilelor
actuale sunt echipate cu motoare cu ardere interna, a caror
particularitate consta n faptul ca puterea maxima este dezvoltata
la turatii foarte ridicate. Automobilul necesita puteri mari si la
viteze mici, care nsa nu pot fi asigurate de motor datorita valorii
relativ ridicate a turatiei minime stabile de functionare a
acestuia. n consecinta, automobilul trebuie sa fie nzestrat cu un
dispozitiv care sa permita schimbarea turatiei si momentul rotilor
motoare n timpul mersului si sa asigure utilizarea integrala a
puterii motorului la toate regimurile de functionare. Acestui scop
i serveste cutia de viteze, care ndeplinestefunctia unui variator
de cuplu si turatie n transmisia autovehiculului, asigurnd totodata
posibilitatea mersului napoi si functionarea motorului la regim de
mers ncet, n gol, atunci cnd automobilul sta pe loc.Alegerea
tipului constructivCutia de viteze realizeaza, prin valori diferite
ale rapoartelor de transmitere numite trepte de viteza, acordarea
posibilitatilor energetice ale motorului la cerintele energetice
ale automobilului n miscare cu asigurarea unor performante
dinamice, de consum de combustibil si de poluare ct mai bune.
Cutiei de viteze, a carei necesitate este determinata de
incapacitatea motorului de a satisface diversitatea conditiilor de
autopropulsare, ndeplineste urmatoarele functiuni:
- schimbarea raportului de transmitere:- este functia principala
a unei cutii de viteze; se realizeaza astfel modificarea fortei de
tractiune si a vitezei de deplasare n functie de variatia
rezistentelor la naintare si/sau de regimul de circulatie al
automobilului; n plus ofera posibilitatea autopropulsarii
automobilului cu viteze reduse, ce nu pot fi asigurate n mod direct
de motorul cu ardere interna care are turatia minima stabila
relativ mare;
-inversoral sensului de mers al automobilului:- cum sensul de
rotatie al motorului este prin conceptie unic, cutia de viteze
contine elemente a caror dispunerepermite, cnd este necesara
inversarea sensului de rotatie a arborelui de iesire;- decupleaza
motorul termic de rotile motoare (punct mort):- deoarece prin
conceptie, ambreiajul nu poate fi decuplat dect temporar, pentru
situatiile n care este necesara functionarea motorului cu
automobilul imobilizat, lantul cinematic este ntrerupt prin
aducerea elementelor mobile de cuplare ntr-o pozitieneutra. -
permite stationarea cu motorul pornit fara a apasa pedala de
ambreiaj;atunci cand maneta de viteze este la punctul mort sau pe
liber.
Decuplarea spontana din vitezase produce din cauza uzurii
dispozitivului de fixarea treptelor sau din cauzauzurii mari a
danturii de cuplare a pinioanelor.La autoturisme se folosesc de
obicei cutii de viteze mecanice cu 5-6 trepte,iar la autocamioane
cu 7-8 trepte.Exista si multe autovehicule cu cutii de viteze
automate,la care nu este nevoie de interventie soferului pentru
schimbarea treptelor de viteza decat la mersul cu spatele si la
plecarea de pe loc.La unele cutii automate este posibila si
schimbarea manuala a treptelor, fara pedala de ambreiaj, prin
impingerea schimbatorului de viteze in fata sau in spate.Arborele
interemediaral unei cutii de viteze, la unele autocamioane,
andreneaza deobicei sipompahidraulica a instalatiei de
basculare.
n scopul asigurarii unei bune adaptabilitati a automobilului
conditiilor concrete n care are loc deplasarea, cutia de viteze
trebuie sa raspunda la o serie de cerinte, prin care:- sa aiba
posibilitatea realizarii unui numar ct mai mare de rapoarte de
transmitere, iar marimea lor sa fie determinata n asa fel nct sa
asigure o utilizare rationala a puterii n conditiile unor
performante economice, dinamice si de poluare optime pentru
caracteristica motorului cu care se conlucreaza;- constructia sa
fie simpla, robusta, usoara, iar manevrarea sa fie simpla, precisa
si comoda;- n exploatare sa prezinte siguranta si ntretinere usoara
iar manevrarea sa fie simpla, precisa si comoda;- sa prezinte o
gama larga de utilizare.Dupa modul de modificare a raportului de
transmitere, cutiile de viteze pot fi cu variatia n trepte, cu
variatia continua (progresiva), sau combinate.Dupa principiul de
functionare, cutiile de viteze pot fi mecanice, hidraulice sau
electrice.Cutiile de viteze mecanice sunt cele mai raspndite la
constructiile actuale de automobile. Modificarea raportului de
transmitere se face prin intermediul unor angrenaje de roti dintate
(cutii de viteze n trepte), sau prin intermediul unor elemente de
frictiune (cutii de viteze continue).Dupa modul de actionare
deosebim cutii de viteze cu actionare manuala, (neautomate), cutii
de viteze semiautomate si cutii de viteze automate.Structural,
cutiile de viteza n trepte sunt formate din lanturi cinematice
paralele (utiliznd si elemente comune), egale ca numar cu treptele
de viteza si constituite din reductoare cu roti dintate si axe fixe
sau mobile (planetare).Aceste reductoare formeaza mecanismul
reductor al cutiilor de viteza.Functionarea independenta a
lanturilor cinematice se asigura prin montarea n fiecare lant
cinematic a rotii cu cea mai mica turatie independenta de rotatia
arborelui de sustinere (libera).Functionarea cutiei de viteze ntr-o
anumita treapta se obtine prin solidarizarea la rotatie a rotii
libere cu arborele de sustinere. Pentru solidarizare se utilizeaza
mecanisme de cuplare a treptelor.Comanda cuplarii, selectarea
treptei si mentinerea treptei cuplate se face prin mecanismul de
actionare. Organizarea mecanismului reductor este realizata n
concordanta cu:- solutia de organizare a echipamentului de
tractiune;- pozitia motorului n raport cu axa longitudinala a
automobilului;- dispunerea cutiei de viteze fata de motor;- marimea
fluxului de putere transferat si cu numarul necesar de trepte de
viteza. La mecanismul reductor al cutiilor de viteze mecanice n
trepte, raportul de transmitere se poate realiza prin
participarea:- unui singur angrenaj de roti dintate cu axe fixe,
cum este cazul cutiilor de viteze cu doi arbori (fig.7.1,a);- a
doua angrenaje de roti dintate cu axe fixe, ca n cazul cutiilor de
viteza cu trei arbori (fig.7.1,b);- a trei angrenaje de roti
dintate, dintre care doua cu axe fixe (organizate similar cutiei de
viteze cu trei arbori) si unul cu axe mobile (reductor planetar) ca
n situatia cutiilor de viteze cu multiplicator planetar
(fig.7,c).
Lund ca elemente de baza arborii fata de care sunt dispuse
angrenajele mecanismului reductor, cele mai frecvente solutii de
organizare cinematica, functie de numarul acestora, sunt:-
mecanismul reductor cu doi arbori: primar si secundar;- mecanismul
reductor cu trei arbori, dispus longitudinal: primar, intermediar
si secundar.Cutiile de viteze cu doi arbori se ntlnesc frecvent la
autoturismele si autoutilitarele usoare derivate din acestea cu
motoare dispuse transversal sau longitudinal.Cutiile de viteze cu
doi arbori dispun frecvent de 5 sau 6 trepte de viteza. Organizare
arborilor cutiei de viteze cuprind:- arborele primarsau arborele de
intrare ce primeste miscarea de la arborele cotit al motorului prin
intermediul ambreiajului si include sau sustine pinioanele
conducatoare ale angrenajelor;- arborele secundarsau arborele de
iesire ce sustine sau include rotile conduse ale angrenajelor si
transmite miscarea direct sau indirect catre puntea motoare.
Caracteristicile cutiei de viteze cu doi arbori sunt:- intrarea si
iesirea se face la o anumita distanta (distanta ntre axele
angrenajelor) de aceeasi parte, n cazul solutiilor de organizare a
transmisiei de tip totul fata, cnd n acelasi carter cu cutia de
viteze se gasesc nglobate transmisia principala si diferentialul,
sau n parti opuse n cazul solutiei clasice - motor fata, punte
motoarespate - solutie specifica autoutilitarelor usoare, derivate
din autoturisme;
Organizarea cinematica a mecanismului reductorArborii cutiei de
viteze Arborii cutiilor de viteze se monteaza pe carter tinnd seama
de organizarea ansamblului si de particularitatile de functionare
ale fiecaruia dintre arbori. Ei sunt considerati arbori lungi.
Lungimea lor este determinata de solutia constructiva aleasa, de
numarul de trepte de viteza, de dimensiunile elementelor de cuplare
si de felul etansarilor. De aceea, la proiectare trebuie realizata
posibilitatea dilatarilor termice, pentru a nu se influenta marimea
jocurilor din lagare.Lund n considerare deformatiile termice precum
si necesitatea preluarii eforturilor axiale, rezultate din
utilizarea angrenajelor cu roti dintate cu dantura nclinata si din
mecanismele de cuplare, rezulta ca regula generala faptul ca
lagarele pe care se sprijina arborii se monteaza unul fix n
directie axial, pentru preluarea fortelor axiale, iar celalalt
liber n directie axiala, pentru preluarea deformatiilor
termice.Asamblarea componentelor ce urmeaza a fi solidarizate cu
arborii (roti dintate, butuci ai sincronizatoarelor etc.) se
realizeaza prin caneluri. Cel mai utilizat tip de caneluri este cel
cu profil evolventic. Centrarea elementelor asamblate pe arbori se
face pe canelurilor sau pe diametrul exterior. Centrarea pe
flancuri este utilizata pentru componentele fara miscare relativa
fata de arbore (roti fixe); centrarea pe diametrul exterior se
utilizeaza n cazul rotilor montate liber.Arborele primarprimeste
miscarea de la arborele cotit al motorului prin intermediul
ambreiajului, n cazul cutiilor de viteze transversale, sau prin
intermediul ambreiajului si arborele primar are o constructie
similara arborelui intermediar al cutiilor de viteza cu trei
arbori.
n cazul cutiilor de viteze pentru autoturisme de talie mica si
medie, rotile dintate sunt fixate pe arbore. Daca diametrele
rotilor si arborelui sunt compatibile cu tehnologia de forjare, ele
fac corp comun; daca diametrele sunt foarte diferite, rotile
dintate sunt fixate prin fretare sau prin sudura prin frictiune.n
cazul cutiilor de viteze ncarcate de momente de torsiune mari numai
rotile treptelor inferioare (I, II) si mers napoi - caracterizate
de diametre mici - fac corp comun cu arborele, celelalte fiind
montate liber.De regula lagarul anterior preia numai sarcinile
radiale, iar lagarul posterior si sarcinile axiale. n functia de
marimea sarcinii axiale, lagarul posterior poate fi realizat cu
rulmentul radial-axial cu bile (n cazul cutiilor de viteze
transversale), sau cu rulment special dublu, cu bile sau role
conice, ce poate prelua eforturile n ambele sensuri.n partea din
fata antrenarea arborelui primar de catre discul condus de ambreiaj
sau de catre arborele ambreiaj se face prin caneluri
evolventice.Arborele secundaral cutiilor de viteze destinate
autoturismelor organizate dupa solutia totul fata transversal sau
longitudinal face corp comun cu pinionul cilindric sau conic al
angrenajului transmisiei principale.Pe arborele secundar sunt
montate liber rotile dintate conduse ale angrenajelor si fix radial
si axial elementele imobile ale sincronizatoarelor.Arborele
secundar se sprijina pe carter pe doua lagare, al caror tip
constructiv depinde de tipul transmisiei principale (cilindric
conic) si de momentul de ncarcare.Lagarul anterior, situat n
imediata vecinatate a pinionului transmisiei principale, este un
lagar radialLagarul posterior este un lagar ce poate prelua n
ambele sensuri si sarcinile axiale dezvoltate n angrenajele
treptelor si angrenajul transmisei principale.
Simboluri utilizate n schemele cinematice ale cutiilor de
viteze
Elementul cutiei deSimbolulObservaii
viteze
Roata dinat 1 nu are nici o mobilitate fa
Roat dinat fixde arborele 2
Roata dinat 1 are o mobilitate (de
rotaie) fa de arborele 2. Cuplarea roii
Roat dinat libercu arborele se face prin elementele de
cuplare. Se utilizeaz n cazul roilor
permanent angrenate cu roata cojugat 3.
Roat dinatRoata dinat 1 are o mobilitate (de
translaie n sensul sgeii) fa de arborele
baladoare2.Cuplarea ei cu roata conjugat 3 se face
prin deplasare axial.
Elementul de cuplare 3 balador pe arborele
2, prin deplasare axial n sensul sgeii pe
ntr-unarborele 2 pn cnd dantura sa exterioar
angreneaz cu dantura interioar de
Elementsenscuplare a roii libere 1, anuleaz
demobilitatea roii libere 1 fa de arborele 2.
cuplare
Similar cazului anterior, cu deosebirea c
n ambeleprin deplasarea spre stnga sau spre
sensuridreapta elementul de cuplare 3 poate fixa
roile 1 sau 1 pe arborele 2
de-
Lagrrostogolire
de-
alunecare
Circulaiafluxului de
putere ncutia deIndic intrarea fluxului de putere
viteze
Indic ieirea fluxului de putere
70
exist posibilitatea cuplrii directe a arborelui primar cu
arborele secundar realiznd astfel priza direct, situaie n care:
-randamentul mecanic este maxim, deoarece fluxul de putere se
transmite direct, fr intervenia angrenajelor; -zgomotul ansamblului
este minim; rapoartele de transmitere ale tuturor treptelor, cu
excepia treptei de priz direct se obin prin intermediul a dou
angrenaje: angrenajul permanent i angrenajul treptei respective;
aceasta determin lrgirea gamei de valori pentru
rapoartele de transmitere, n schimb se produce diminuarea
randamentului mecanic;
n cazul n care cutia de viteze este fixat direct pe carterul
ambreiajului, arborele primar al cutiei de viteze coincide cu
arborele ambreiajului.
Schema cinematic i de funcionare a unei cutii de viteze cu trei
arbori cu cinci trepte de vitez sincronizate pentru mers nainte i
una pentru mers napoi este prezentat n figura 4.4.
Arborele primar ap (ce constituie i arborele ambreiajului
fig.4.4,a) antreneaz permanent arborele intermediar ai prin
perechea de roi dinate p-p'. Pe
arborele intermediar, solidare la rotaie cu el, se afl roile
dinate 1, 2, 3 i 5, ce angreneaz permanent cu roile 1', 2', 3' i 5'
de pe arborele secundar as, formnd
astfel perechi de roi dinate corespunztoare treptelor de vitez:
I-a, a II -a, a III -a i a V -a.Angrenajul p -p', comun n toate
lanurile cinematice de realizare a treptelor enumerate mai sus se
numete angrenaj permanent.
Cuplarea uneia dintre treptele de mers nainte se face prin
intermediul mecanismelor de cuplare cu sincronizare s1, s2, sau s3
(fig 4.4, b). Raportul de
transmitere se ob ine astfel prin dou angrenaje: angrenajul
permanent i angrenajul treptelor I, II, III sau V.
Datorit coaxialitii ntre arborele primar ap i cel secundar as,
prin deplasarea axial ctre stnga a manonului de cuplare al
sincronizatorului s2 se
obine o legtur direct ntre cei doi arbori numit priz direct (cu
raport de transmitere unitar i fr participarea angrenajelor de roi
dinate). Aceast situaie corespunde treptei a IV-a (fig. 4.4,c).
Cuplarea treptei de mers napoi se face similar construc iei cu
doi arbori prin deplasarea axial a roii baladoare intermediare rb,
din poziia neutr n poziia n care angreneaz simultan cu celelalte
dou roi 4 i 4'.Lagarele cutiei de vitezeSunt componente prin
intermediul carora arborii mecanismului reductor se sprijina pe
carter pentru a le permite: fixarea si ghidarea, rotatia si
preluarea eforturilor n timpul functionarii.Principalele cerinte
functionale sunt: functionarea silentioasa, capacitate portanta
mare la un gabarit minim, durabilitate, reglaje minime n exploatare
si sa permita variatiile de lungime ale arborilor.n constructia
cutiilor de viteze sunt utilizate lagare cu alunecare (lagare
fluide) si lagare cu rostogolire (rulmenti).
Alegerea tipului de lagar se face n functie de:
- organizarea transmisiei - carter comun al cutiei de viteze si
al puntii motoare;
- pozitia motorului (transversal sau longitudinal), ce implica
utilizarea unui angrenaj cilindric sau conic pentru transmisia
principala;
- pozitia cutiei de viteze - n prelungirea motorului sau n
partea inferioara a acestuia;
- tipul si marimea ncarcarilor - radiale, radial-axiale.Lagarele
cu alunecare(fluide) pentru sprijinirea arborilor mecanismului
reductor pe carter sunt utilizate n constructia cutiilor de viteza,
deoarece necesita o ungere din abundenta (sub presiune),
realizabila, obligatoriu prin utilizarea unei pompe de
ulei.Avantajele acestui tip de lagar sunt: suporta sarcini radiale
foarte mari la un gabarit minim (0,001 fata de 0,0015 n cazul
rulmentilor cu bile, sau 0,003.0,005 pentru rulmenti cu role).
Utilizate cu preponderenta ca lagare la arborele cotit al
motorului au fost adoptate si n constructia cutiilor de viteze
amplasate transversal, n partea inferioara ale acestora. Ungerea
comuna a motorului si cutiei de viteze se realizeaza de catre pompa
de ulei.Lagarele cu rostogolire(rulmenti) sunt cele mai raspndite n
constructia cutiilor de viteze, deoarece se adapteaza perfect
ungerii prin barbotare.Tipuri de rulmenti utilizati n cutiile de
viteza
n corelatie cu prezentarile de mai nainte si cu recomandarile
din tabelul 7.1. n figura 7.4 se prezinta o sinteza a lagarelor cu
rostogolire utilizate n cutiile de viteze.
Rulmentii au n componenta elemente de rostogolire - bile, role,
ace - montate ntre inelul interior si inelul exterior. Inelele sunt
solidarizate cu elemente fixe, respectiv mobile, ale lagarului.n
cazul n care gabaritul disponibil este minim, unul dintre inele
rulmentilor cu role cilindrice sau cu ace poate sa lipseasca,
astfel nct corpurile de rostogolire sunt n contact direct cu un
element exterior (ex. roata libera), sau interior (ex. arbore
secundar).n acest caz aceste cai de rulare neconventionale
ndeplinesc cerintele severe de calitate si duritate necesare bunei
functionari.Montarea rulmentilor este dependenta de tipul lor. La
rulmentii cu bile sau cu role cilindrice nu se monteaza niciodata
cu strngere ambele inele, deoarece exista riscul deteriorarii
lagarului prin diminuarea jocului de functionare. Pentru arbore
(cazul general al rulmentilor cutiei de viteze) inelul interior se
monteaza cu "strngere", iar inelul exterior cu "cu
alunecare".Rulmentii cu role conice, n general, se monteaza pe
arbore n pereche si n opozitie, n "X".Fortele axiale pot fi
preluate si printr-un rulment compus - rulment biconic.Conceptia
acestui tip de rulment simplifica constructia ansamblului. Jocul de
functionare, determinat constructiv, este marcat pe rulment, fara a
se putea intervenii asupra marimii lui.Rotile dintate
Rotile dintate utilizate la cutiile de viteze au dantura
nclinata, cu profil n evolventa. Rotile dintate cu dinti drepti
sunt simple si ieftine dar functioneaza zgomotos si se uzeaza
rapid. Utilizarea lor este limitata de realizarea treptei de mers
napoi, cnd se folosesc angrenaje decuplabile cu roti
baladoare.Dantura nclinata se foloseste ntotdeauna cnd rotile
dintate sunt n angrenare permanenta. Fata de cele cu dinti drepti
sunt mai rezistente, permit micsorarea distantei ntre axe,
functioneaza uniform si cu zgomot redus. Ca dezavantaje utilizarea
danturii nclinate determina aparitia fortelor axiale cu necesitatea
preluarii lor, iar n utilizarea angrenajelor permanente determina
aparitia reducerea randamentului, prin frecarile suplimentare
dintre roti si arbore, si lungimea cutiei, prin introducerea
elementelor de cuplare. Unghiul de nclinare are valori cuprinse
ntre 20.300, crescatoare de la prima spre ultima treapta de
viteza.Profilul utilizat pentru dantura este profilul n evolventa,
deoarece asigura sporirea capacitatii portante a danturii, permite
corectarea danturii si realizeaza functionarea fara zgomot.Toate
angrenajele cutiei de viteze sunt corectate pe naltime prin
deplasarea profilului sculei n raport cu cercul de divizare al
rotii. n acest caz, naltimea totala a dintelui ramne neschimbata,
schimbndu-se numai raportul ntre naltimea capului si a piciorului
dintelui. n cazul angrenajului, deplasarea pozitiva a sculei se
aplica rotii dintate de diametru mai mic. n raport cu deplasarea
normala, la care linia mediana a naltimii profilului sculei este
tangenta la cercul de divizare al rotii, la dantura corectata scula
este departata cu distantamde cercul de divizare, spre exterior.
Coeficientulm, care exprima raportul dintre deplasarea radiala a
liniei mediane a sculei si modulul danturii, se numeste coeficient
de deplasare specifica. Prin deplasare specifica pozitiva, la
aceeasi naltime totala a dintelui, ca n cazul danturii normale,
creste naltimea capului dintelui; n schimb naltimea piciorului
dintelui se reduce. n consecinta, razele cercurilor interior si
exterior s-au marit; dintele este flancat de alte portiuni de
evolventa, mai departate de cercul de baza, cu raze de curburi mai
mari, respectiv cu forma mai plata. n felul acesta dintele a
devenit mai robust la baza si mai ngust la periferie, iar grosimea
dintelui masurata pe cercul de divizare a devenit mai mare dect
jumatatea pasului. Rezulta ca la corijarea prin deplasarea pozitiva
a sculei se obtine un dinte mai rezistent.La roata dintata cu
diametrul mai mare se aplica deplasarea negativa a sculei, la care
linia ei mediana se apropie de centrul rotii ramnnd distantata
cumfata de cercul de divizare. n acest caz rezulta un dinte mai
gros la periferie, nsa piciorul slabit.La rotile dintate ale
treptelor superioare, unde rapoartele de transmitere sunt reduse si
rotile au dimensiuni apropiate, se foloseste uneori corectarea
danturii prin modificarea unghiului de angrenare de la 200la 17030'
sau la 140.Prin reducerea unghiului de angrenare, gradul de
acoperire creste iar presiunea normala pe dinte scade.n constructia
cutiei de viteze, rotile dintate pot fi montate dependente de
rotatia arborelui, sau independente (libere) de aceasta. S-a aratat
ca rotile dependente pot fi executate mpreuna cu arborele, sau se
monteaza pe arbori prinmbinaridemontabile sau nedemontabile.Rotile
dintate libere, care prin rigidizare cu arborele secundar formeaza
diferitele trepte de viteza, se monteaza fie rezemate direct pe
arbore, fie rezemate prin lagare de alunecare, sau lagare de
rostogolire (fig.7.5.).n figura 7.5.a. se prezinta solutia de
montare a rotii libere direct pe canelurile arborelui intermediar.
Pentru diminuarea frecarilor, zona de rezemare a rotii pe arbore
este unsa fortat de uleiul centrifugal din canalele din arbore la
rotirea arborelui. La solutia din figura 7.5.b., roata libera se
monteaza pe arborele intermediar prin lagar de alunecare. ntre
roata dintata si arbore se introduce o bucsa de bronz, care nlatura
fiecare dintre piesele deotel. n figura 7.5.c. roata libera se
monteaza pe arbore prin intermediul unui rulment cu ace ntr-o
solutie constructiva asemanatoare cazului precedent.Ungerea
lagarului este facuta printr-un sistem de canale practicat n
roti.Deoarece rotile libere participa la realizarea treptelor de
viteza prin solidarizarea lor cu arborele de sustinere prin
intermediul mecanismelor de cuplare, rotile libere sunt prevazute
cu danturi de cuplare. n vederea unei cuplari usoare, danturile de
cuplare se executa cu module mici, astfel cala diametre de divizare
reduse sa se dispuna de un numar ct mai mare de dinti.Rotile
dintate din cutiile de viteze se executa dinotelaliat, respectiv
otel aliat superior, la care se aplica diferite tratamente termice
sau termochimice. Miezul dintelui trebuie sa fie tenace, pentru a
suporta sarcinile mari de soc, si suficient de rezistent la
ncovoiere, iar suprafetele de contact sa fie dure, spre a rezista
la uzura.
Sincronizatorul cu blocare BORG-WARNERn figura 7.5. se prezinta
constructia unui asemenea sincronizator. Sincronizatorul este
dispus pe arborele secundar 9, ntre rotile dintate libere1 si 8.
Rotile dintate sunt prevazute cu suprafete de lucru tronconice si
cu danturi de cuplare.Mansonul 5 al sincronizatorului, centrat pe
canelurile arborelui secundar, este fix n directie axiala. Pe
circumferinta mansonului sunt practicate, la distante egale, trei
goluri axiale, n care patrund penele de 4 ale fixatorului.Mansonul
5 este prevazut cu dantura exterioara, cu care cupleaza dantura
interioara a mufei 3, care, prin deplasare axiala, poate angrena cu
danturile de cuplare ale rotilor 1 sau 8. Penele de fixare 4 sunt
prevazute n mijloc cu niste proeminente care se plaseaza ntr-un
canal strunjit la mijlocul mufei de cuplare 3. Cele trei piese ale
fixatorului sunt sustinute n mufa de cuplare de arcurile de
expansiune 6.Inelele de sincronizare 2 si 7 sunt piese din bronz.
Ele sunt prevazute cu o dantura exterioara (dantura de blocare)
identica cu danturile de cuplare si cu trei canale frontale, n care
patrund piesele 4 ale fixatorului, mpiedicnd rotirea inelului fata
de mansonul 5.Folosind notatii din figura 7.5. n figura 7.6. sunt
prezentate fazele de functionare ale sincronizatorului.Daca mufa de
cuplare 3 este deplasata axial, prin fixatorul 4 si arcurile 6 este
antrenat si inelul de sincronizare 7 (din partea deplasarii), care
vine n contact cu suprafata de tronconica a rotii libere 8 (figura
7.6.a.). Deoarece latimea frezarilor din inele de sincronizare este
mai mare dect a pieselor 4 ale fixatorului si anume cu jumatate din
grosimea unui dinte de cuplare, sub actiunea momentului de frecare
are loc o deplasare tangentiala a inelului de sincronizare fata de
mansonul 5.Aceasta deplasare face ca dantura de blocare a inelului
de sincronizare sa se interpuna n fata danturii mufei mpiedicnd
naintarea ei (figura 7.6.b.). n momentul egalizarii vitezelor
unghiulare, datorita fortelor tangentiale ce apar ntre dantura de
blocare si dantura mufei, inelul se roteste si permite deplasarea
axiala a mufei pna angreneaza cu dantura de cuplare a rotii libere
(figura 7.6.c.).
Carterul cutiei de vitezeCarterul mecanismului reductor reuneste
elementele ansamblului cutiei de viteze si le mentine n pozitia de
functionare; protejeaza organele interne de mediul exterior si
conserva uleiul necesar ungerii si racirii elementelor aflate n
miscare relativa; permite fixarea ansamblului transmisiei pe
carterul motorului n cazul grupului motopropulsor compact; n cazul
transmisiilor organizate dupa solutia totul fata, nglobeaza
mecanismele centrale ale puntii motoare: transmisia principala si
diferentialul.Carterul cutiei de viteze trebuie sa ndeplineasca
urmatoarele cerinte: sa fie rigid si usor, etans, dar bine ventilat
pentru a evita suprapresiunea interna la cresterea temperaturii n
functionare, putin mai zgomotos prin evitarea amplificarii
vibratiilor provenite de la angrenaje si de motor, sa evacueze
rapid caldura n timpul functionarii.Concepte tehnologiceConceptia
carterului cutiei de viteze se face tinnd seama de: satisfacerea
rolului functional; tipul de organizare a echipamentului
motopropulsor si pozitia cutiei (longitudinala, transversala);
seria de fabricatie; posibilitatile tehnologice; derivatele
optionale ale cutiei de baza (4x2 fata, spate sau integrala).Desi
carterul poate satisface poate diferite cerinte de fabricare, el
poate fi necorespunzator din punct de vedere al zgomotului n
functionare. Aceasta se datoreaza n general vibratiilor emise de
angrenaje, vibratii care pot fi amplificate prin efectul de
"membrana" al unora dintre partile laterale ale
carterului.Diminuarea zgomotului se face printr-o nervurare
corespunzatoare a peretilor ansamblului.n stare de proiect,
carterul cutiei de viteze nu satisface dect rolurile principale
enumerate. Tehnologia adoptata de constructor poate sa-i confere n
plus un raport de calitate/pret optim.Complexitatea, forma si
aspectul pieselor variaza n functie de: materialele utilizate
(aluminiu sau fonta) procedeul de turnare a
semifabricatelor.Alegerea materialului depinde att de aspecte
functionale - ncarcare, zgomot, ct si de aspecte tehnologice -
productia zilnica, procedeul de turnare si tehnologia de uzinare
disponibila etc.De regula, n constructia unui carter al cutiei de
viteze, datorita dificultatilor de obtinere a calitatilor
suprafetelor la uzinare cu aceeasi viteza de aschiere si
modificarii diferentiate a formei si dimensiunilor la cresterea
temperaturii, se utilizeaza un singur tip de material.Carterele
cutiilor de viteze ale autoturismelor si autoutilitarelor usoare se
toarna din aliaje de aluminiu. Compozitia chimica depinde de
procedeul de turnare.Astfel se utilizeaza aliajul:AS10U4 la
turnarea sub presiune a pieselor de serie mare;AS9U4 la turnarea
statica n cochila metalica a pieselor de serie medie;AS5U3 la
turnarea n forma de nisip a pieselor prototip si serie foarte
mica.Ventilatia carteruluiFrecarile dintre elementele aflate n
miscare relativa sporesc temperatura interna, ceea ce determina
dilatarea aerului si cresterea presiunii; la valori mari cresterea
presiunii poate deforma garniturile de etansare, provocnd pierderi
de ulei. Temperatura poate urca pna la 1500C si poate atinge chiar
1700C (la nivelul suprafetelor de frecare ale
sincronizatoarelor).Pentru a evita scurgerile de ulei, cutiile de
viteze sunt echipate cu o supapa de aerisire, ce permite iesirea
sau intrarea aerului, dar opreste trecerea particulelor solide sau
lichide.Amplasarea supapei se face n partea superioara a
carterului, ntr-o zona n acre aceasta este protejata de stropii de
ulei.Etansarea carterului cutiei de vitezeLa asamblarea elementelor
ce constituie cutia de viteze exista doua tipuri de etansari:-
etansari ntre elementele statice (ce formeaza carterul cutiei de
viteze);- etansari ntre elementele cu miscare relativa (arbori, axe
si carter).Tipul de etansare ntre elementele statice depind de
abaterile admise ntre componentele ansamblului.n cazul preciziei
necesare mari (ex.: semicartere) se utilizeaza o pasta de
elastomer, ce formeaza un filtru etans ntre microneregularitatile
suprafetelor frezate aflate n contact. n cazul etansarii
capace/carter se utilizeaza garnituri din:- hrtie (ex.: carter
ambreiaj/carter cutie de viteze la DACIA 1310);- elastomer de forma
toroidala (ex.: capac treapta a V-a/carter cutie de viteze la DACIA
Nova);- mastic de etansare n cazul unor capace din tabla
ambutisata.
Cnd este necesara etansarea arborilor de transmisie intrare -
iesire sau a axelor de comanda se apeleaza la mansetele de etansare
cilindrice cu una sau cu doua margini de etansare.
Materialele utilizate n constructia acestora sunt dependente de
regimul termic maxim al ansamblului cutiei de viteze: nitril
(900C), poliacrilat (1200C) etc.
Constructia carterului cutiei de viteze
Carterul asamblat (fig.7.8) reprezinta o solutie specifica
transmisiilorautoturismelor si autoutilitarelor usoare organizate
dupa solutia totul fata, cu motorul amplasat longitudinal sau
transversal. Uzinarea este mai complexa dect cazul carterului
monobloc, deoarece se are n vedere existenta unor suprafete
suplimentare - cele de asamblare si cele de centrare a elementelor
componente. Este compus din mai multe elemente, care sunt uzinate
mpreuna pentru a forma "carterul asamblat".
Carterul asamblat reprezinta o alta solutie ce poate fi obtinut
prin turnare sub presiune a elementelor componente. Turnarea sub
presiune confera pieselor finite: precizie mare, rigiditate
satisfacatoarele si masa redusa.
Carterul asamblat al cutiilor de viteze longitudinale
(fig.7.8.a.) satisface toate solutiile de organizare a transmisiei
care sunt folosite cnd motorul este amplasat longitudinal: clasica,
totul fata sau integrala. Constructia este realizata din doua
semicartere ce contin n planul de asamblare axele arborilor.
a)b)Fig.7.8.Constructia carterului asamblatFixarea pe motor a
cutiei de viteze se face fie printr-o flansa ce delimiteaza
carterul ambreiaj, fie printr-un carter ambreiaj separat.
Carterul asamblat al cutiilor de viteze transversale
(fig.VII.8.b.) este constituit din doua sau din trei elemente care
au suprafetele de asamblare perpendiculare pe axele arborilor.
Solutia cu doua elemente este specifica cutiilor de viteze cu
doi arbori si cinci trepte (ex. DACIA Nova), sau trei arbori si
sase trepte (VOLVO M56, OPEL Calibra). Solutia cu trei elemente
este specifica cutiilor de viteze cu doi arbori si sase trepte
(FIAT Punto).
Elementele ansamblului sunt: carter ambreiaj si mecanismele
centrale ale puntii motoare; carter mecanism reductor cutie de
viteze si capac treapta a V-a (doi arbori, cinci trepte) sau carter
treptele a V-a si a VI-a (doi arbori, sase trepte).
Organizarea general a cutiei de viteze transversale cu trei
arbori
Gama cutiilor de viteze destinate echiprii autoturismelor i
autoutilitarelor uoare cu motoare transversale s-a mbogit n ultimii
ani cu o nou variant: cutia de viteze cu trei arbori.
Obiectivele principale ale apariiei acestei noi generaii de
cutii de viteze au fost: sporirea momentului capabil de transmis,
sincronizarea treptei de mers napoi, creterea numrului de trepte n
condiiile unei construcii foarte compacte, similar cutiilor de
viteze cu doi arbori ce dispun de patru trepte de vitez.
Organizarea cinematic si schema de funcionare pentru cutia de
viteze cu trei arbori: a-organizarea cinematic; b-lanurile
cinematice de funcionare n treptele de mers nainte; c-lanul
cinematic de funcionare n treapta de mers inapoi; d-lanul cinematic
al prizei directePentru satisfacerea acestor obiective, firmele
RENAULT i VOLVO au apelat la o nou soluie de organizare: construc
ia cu trei arbori - un arbore primar i doi arbori secundari
paraleli, situai de o parte i de alta a acestuia.
Arborele primar, sau arborele de intrare, primete fluxul de
putere al motorului prin intermediul ambreiajului. El include sau
susine roile conductoare ale angrenajelor.
Arborii secundari, sau arborii condui, numii dup poziia pe care
o au fa de primar - secundar inferior i secundar superior, susin
sau includ roile conduse aflate permanent n angrenare i transmit
direct sau indirect micarea ctre coroana transmisiei principale a
punii motoare.Caracteristicile unor astfel de cutii de viteze
sunt:
la transferul fluxului de putere particip un singur angrenaj de
roi dinaate; schimbarea tuturor treptelor se face cu sincronizare;
lungimea ansamblului este redus chiar n situaia existenei celei
de-a asea trepte. Schema cinematic i de funcionare a unei cutii de
viteze (VOLVO M56) cu trei arbori i 5+1 trepte sincronizate este
prezentat n figura 4.5. Pe arborele primar ap se gsesc roile fixe
1, 2, 5 i roile libere 3 i 4 aflate
permanent n angrenare cu ro ile 1', 2' (libere) i 3', 4' (fixe)
ale arborelui secundar inferior respectiv 5' situat pe arborele
secundar superior. ntre roile libere 1' i 2' i 3 i 4 se afl
sincronizatoarele s1 i s2 care servesc la solidarizarea acestora
cu
arborii pentru obinerea treptelor de mers nainte I, II, III, i
IV.Treapta a V-a (de suprapriz) este realizat prin angrenajul 5-5',
format din roata dinat 5, fixat pe arborele primar i roata liber
5', cnd aceasta este solidarizat cu arborele secundar superior de
sincronizatorul s3.
Treapta de mers napoi se obine prin angrenarea simultan a roii
intermediare duble 1'-6 cu pinionul conductor 1 fix pe arborele
primar i roata liber 6' solidarizat cu arborele secundar prin
deplasarea manonului balador al sincronizatorului s3 ctre
dreapta.
Pentru transmiterea fluxului de putere ctre mecanismele punii
cei doi arbori secundari sunt solidarizai cu dou pinioane
cilindrice cu dini nclinai, ce angreneaz simultan cu coroana
transmisiei principale.
d. Organizarea general a cutiei de viteze longitudinale cu
arbori multipli
O asemenea cutie de viteze este dezvoltat dintr-o cutie de
viteze longitudinal cu trei arbori, completat cu un multiplicator
de viteze.Obiectivul principal ale apariiei acestei noi generaii de
cutii de viteze a fost creterea numrului de trepte n condiiile unei
construcii foarte compacte, similar cutiilor de viteze
longitudinale cu trei arbori.
Schema cinematic i de funcionare a unei cutii de viteze (TOYOTA)
cu trei arbori i 5x2 trepte sincronizate de mers nainte i 1x2
trepte de mers napoi este prezentat n figura 4.6.
Organizarea cinematic i schema de funcionare pentru cutia de
viteze transversal cu trei arbori:
a-organizarea cinematic; b- lan urile cinematice de funcionare n
trepta a V-a; c-lanul cinematic de funcionare n treapta de mers
napoi;
d- lanul cinematic de funcionare n prima treapt de vitez
Organizarea cinematic i schema de funcionare pentru cutia de
viteze longitudinal cu arbori multipli
a-organizarea cinematic; b-lanurile cinematice de funcionare n
treptele reduse (R); c-lanul cinematic de funcionare n treaptele
normale (N)
Elemente constructive ale mecanismului reductor
a. Arborii cutiilor de viteze. Arborii cutiilor de viteze se
monteaz pe carter innd seama de organizarea ansamblului i de
particularitile de funcionare ale fiecruia dintre arbori. Ei sunt
considerai arbori lungi. Lungimea lor este determinat de soluia
constructiv aleas, de numrul de trepte de vitez, de dimensiunile
elementelor de cuplare i de felul etanrilor. De aceea, la
proiectare trebuie realizat compensarea dilatrilor termice, pentru
a nu influena mrimea jocurilor din lagre.
Lund n considerare deformaiile termice precum i necesitatea
prelrii eforturilor axiale, rezultate din utilizarea angrenajelor
cu ro i dinate cu dantur nclinat i din mecanismele de cuplare,
rezult ca regul general faptul c lagrele pe care se sprijin arborii
se monteaz unul fix n direcie axial, pentru preluarea for elor
axiale, iar cellalt liber n direcie axial, pentru preluarea
deformaiilor termice.
Asamblarea componentelor ce urmenz a fi solidarizate cu arborii
(roi din ate, butuci ai sincronizatoarelor etc.) se realizeaz prin
caneluri. Cel mai utilizat tip de caneluri este cel cu profil
evolventic. Centrarea elementelor asamblate pe arbori se face pe
flancurile canelurilor sau pe diametrul exterior. Centrarea pe
flancuri este utilizat pentru componentele fr micare relativ fa de
arbore (roi fixe); centrarea pe diametrul exterior se utilizeaz n
cazul roilor montate liber.Arborele primar al cutiilor de viteze cu
trei arbori este i arborele condus al ambreiajului, asigurnd
legtura cinematic ntre arborele cotit al motorului i cutia de
viteze. El face corp comun cu pinionul angrenajului permanent i
servete drept reazem arborelui secundar. Se sprijin pe dou lagre:
unul anterior, fixat pe fusul din vecintatea motorului, i unul
posterior, situat n carterul cutiei de viteze.
Lagrul anterior al arborelui primar este n aa fel ales, nct
permite acestuia deplasarea axial n vederea compensrii deformaiilor
termice; el nu preia fore axiale. Este dispus n volantul motorului
cnd, este realizat cu rulment radial cu bile, sau n arborele cotit,
cnd este realizat cu rulment cu ace sau role fr inel interior, sau
cu buc antifriciune. Ungerea este asigurat cu unsoare consistent, n
cazul lagrelor cu rostogolire, respectiv de grafit nglobat prin
sinterizare n buca antifriciune n cazul lagrelor de
alunecare.Lagrul posterior, din carterul cutiei de viteze, preia
forele axiale n ambele sensuri i este prevzut cu soluii de etanare
contra migrrii uleiului din carterul cutiei de viteze n carterul
ambreiajului. De cele mai multe ori, acest lagr este realizat cu
rulmeni radiali cu bile. Inelul interior al rulmentului se fixeaz
pe arborele primar, sprijinndu-se ntr-o parte pe un umr al
arborelui, iar n cealalt este fie strns cu ajutorul unei piulie
crenelate asigurate cu o siguran, fie rezemat pe un inel de siguran
montat ntr-un canal. Inelul exterior este fixat axial ntre carterul
cutiei i capacul de nchidere al lagrului prin blocarea direct ntre
capac i un inel de sprijin interior.
Dimensiunile lagrului posterior al arborelui primar se adopt de
cele mai multe ori din considerente constructive, astfel nct
arborele primar mpreun cu pinionul s poat fi introdus prin alezajul
din carter.
n imediata vecintate a fusului lagrului din dreapta, n
exteriorul cutiei de viteze, n capacul lagrului se monteaz
elementul de etanare.
Suprafaa de contact a arborelui cu maneta de etanare este
caracterizat de o rugozitate mic i o duritate sporit.Arborele
intermediar al cutiei de viteze cu trei arbori, realizat cu roile
dinate fixate (sau fac corp comun) cu arborele, este montat pe
carter n partea inferioar prin intermediul rulmenilor
n general roile din ate ale treptelor inferioare (cu diametre
reduse) fac corp comun cu arborele, iar ro ile dinate ale treptelor
superioare sunt executate separat i solidarizate la rota ie de
acestea cu ajutorul unor asamblri demontabile (caneluri) sau
nedemontabile (sudur prin friciune, fretare). Fixarea n direcie
axial a roilor care nu fac corp comun cu arborele se face prin
intermediul inelelor interioare ale rulmenilor. Acestea, la rndul
lor, pot fi fixate cu ajutorul a dou piulie, sau combinat piuli i
inel de siguran montate la capete, n cazul rulmen ilor radiali, sau
prin ajustare cu strngere, n cazul rulmenilor radiali axiali cu
role conice.
Cea mai utilizat solu ie de lagre pentru arborele intermediar o
constituie rulmenii radiali-axiali cu role conice monta i n ''X ''.
Reglarea jocului n rulmenii conici se poate face fie cu ajutorul
unor cale de reglaj montate ntre capac i inelul exterior
corespondent al unuia din lagre, fie cu ajutorul unei piulie ce
acioneaz asupra unui inel exterior.
Arborele secundar al cutiilor de viteze cu trei arbori se
sprijin cu partea anterioar pe arborele primar, iar cu partea
posterioar n carterul cutiei de viteze. El poart roile libere ale
angrenajelor i butucii mecanismelor de cuplare
(sincronizatoarelor).
Lag rul anterior al arborelui secundar, liber axial, este un
lagr cu rulmeni cu role sau cu ace, n general, fr inel interior i
exterior, sau avnd o buc antifriciune. Lagrul posterior al
arborelui secundar se asigur ntotdeauna complet, n aa fel ca el s
preia forele axiale provenite din utilizarea angrenajelor cu dantur
nclinat . Dac prin acest lagr se realizeaz ieirea arborelui
secundar n exterior, lagrul este prevzut cu soluie complet de
etanare.Arborele primar al cutiei de viteze cu doi arbori primete
micarea de la arborele cotit al motorului prin intermediul
ambreiajului, n cazul cutiilor de viteze transversale, sau prin
intermediul ambreiajului i arborelui ambreiaj n cazul cutiilor de
viteze longitudinale. De cele mai multe ori acest arbore primar are
o construcie similar arborelui intermediar al cutiilor de vitez cu
trei arbori.
n cazul cutilor de viteze pentru autoturisme de talie mic i
medie, roile dinate sunt fixate pe arbore. Dac diametrele roilor i
arborelui sunt compatibile cu tehnologia de forjare, ele fac corp
comun; dac diametrele sunt foarte diferite, roile dinate sunt
fixate prin fretare sau prin sudur prin friciune.
n cazul cutiilor de viteze ncrcate de momente de torsiune mari
numai roile treptelor inferioare (I, II) i mers napoi -
caracterizate de diametre mici - fac corp comun cu arborele
celelalte fiind montate liber.
Arborele primar se sprijin pe dou lagre situate n carterul
cutiei deviteze.De regul lagrul anterior preia numai sarcinile
radiale, iar lagrul posterior i sarcinile axiale. n funcie de
mrimea sarcinii axiale, lagrul posterior poate fi realizat cu
rulmentul radial-axial cu bile (cazul cutiilor de viteze
transversale), sau cu rulment special dublu, cu bile sau role
conice, ce poate prelua eforturile n ambele sensuri.
n partea din fa antrenarea arborelui primar de ctre discul de
ambreiaj sau de ctre arborele ambreiaj se face prin caneluri
evolventice.Arborele secundar al cutiilor de viteze destinate
autoturismelor organizate dup soluia totul fa transversal sau
longitudinal face corp comun cu pinionul cilindric sau conic al
angrenajului transmisiei principale.
Pe arborele secundar sunt montate liber roile dinate conduse ale
angrenajelor i fix radial i axial elementele imobile ale
sincronizatoarelor.
Arborele secundar se sprijin pe carter pe dou lagre, al cror tip
constructiv depinde de tipul angrenajului transmisiei principale
(cilindric, conic) i de momentul de ncrcare.
Lagrul anterior, situat n imediata vecintate a pinionului
transmisiei principale, este un lagr radial cu bile sau cu role i
preia de regul numai ncrcri radiale.
Lagrul posterior este un lagr ce poate prelua n ambele sensuri i
sarcinile axiale dezvoltate n angrenajele treptelor i angrenajul
transmisiei principale.
b. Lagrele cutiei de viteze sunt componente prin intermediul
crora arborii mecanismului reductor se sprijin pe carter pentru a
le permite: fixarea i ghidarea, rotaia i preluarea eforturilor n
timpul funcionrii.
Principalele cerine funcionale sunt: funcionare silenioas,
capacitate portant mare la un gabarit minim, durabilitate, reglaje
minime n exploatare i s permit variaiile de lungime ale
arborilor.
n construcia cutiilor de viteze sunt utilizate lagre cu
alunecare (lagre fluide) i lagre cu rostogolire (rulmeni).Alegerea
tipului de lagr se face n funcie de:-organizarea transmisiei -
carter comun al cutiei de viteze i al punii motoare;- poziia
motorului (transversal sau longitudinal), ce implic utilizarea unui
angrenaj cilindric sau conic pentru transmisia principal;
- poziia cutiei de viteze - n prelungirea motorului sau n partea
inferioar a acestiua;-tipul i mrimea ncrcrilor - radiale,
radial-axiale;Lag rle cu alunecare (fluide) pentru sprijinirea
arborilor mecanismului reductor pe carter sunt puin utilizate n
construcia cutiilor de vitez, deoarece necesit o ungere din abunden
(sub presiune), realizabil, obligatoriu prin utilizarea unei pompe
de ulei.
Avantajele acestui tip de lag r sunt: suport sarcini radiale
foarte mari la un gabarit minim iar coeficientul de frecare este
minim (0,001 fa de 0,0015 n cazul rulmenilor cu bile, sau
0,003....0,005 pentru rulmeni cu role).
Utilizate cu preponderen ca lagre la arborele cotit al motorului
au fost adoptate i n construcia cutiilor de viteze amplasate
transversal, n partea inferioar ale acestora. Ungerea comun a
motorului i cutiei de viteze se realiza de ctre pompa de ulei.
Soluia a fost adoptat n cazul unei prime generaii de cutii de
viteze transversale ce au echipat autoturisme PEUGEOT (104, 204,
205),CITROEN Bx sau RENAULT R14. Sunt frecvent ntlnite n cazul
roilor dinate montate liber pe arbori.Mecanisme de cuplare a
treptelor
La angrenajele de ro i dinate aflate permanent n angrenare,
solidarizarea roii libere pentru realizarea treptei de vitez se
face prin mecanisme de cuplare. Necesitatea mecanismelor de cuplare
este impus de caracteristicile de funcionare ale cutiei de viteze
la schimbarea treptelor de vitez, cnd ntre elementele anterior
cuplate i cele care urmeaz a se cupla apar viteze unghiulare de
rota ie diferite. In aceste condiii, pentru evitarea solicitrilor
dinamice de impact la cuplarea treptelor, prin egalizarea vitezelor
unghiulare este psibil numai prin manevre de conducere efectuate de
conductor. Pentru a ilustra aceste manevre, n figura 4.11 este
considerat un model simplificat de realizare a dou trepte
succesive, k i k+1, ntr-o cutie de viteze cu doi arbori i este
artat secvena corespunztoare celor dou trepte n diagrama de etajare
a cutiei de viteze.Sincronizatorul PORSCHE este o soluie de
sincronizator far blocare, deoarece elasticitatea inelului de
sincronizare permite cuplarea treptei chiar dac sincronizarea nu
este realizat. Construcia i funcionarea sincronizatorului sunt
prezentate in figura 4.13. Sincronizatorul servete la solidarizarea
la rotaie a roilor libere 3 i 10 cu arborele 4. Ro ile 3 i 10
montate prin intermediul rulmenilor cu ace 9, fac corp comun la una
din extremiti cu un butuc cu canelur exterioar.
Constructia sincronizatorului Porsche
Elementul de cuplare 8, asamblat prin caneluri (cu strngere) pe
pinionul liber, dispune, la periferie, de dantur exterioar de
cuplare. Intr-o astfel deconstrucie, diametrul suprafe ei de
frecare (sincronizare) este independent de dimensiunile pinionului,
deci i de numrul su de dini. n partea opus danturii de cuplare este
practicat un prag 16, sub forma unei creteri de diametru. Manonul
(butucul) 6 al sincronizatorului este montat prin canelurile 14 pe
arbore avnd acelai regim de rotaie cu acesta; exteriorul se
limiteaz la trei zone de ghidare 7, pe care culiseaz manonul
balador de cuplare1.
Inelul de sincronizare 12, de forma unui segment circular,
constituie partea esenial a dispozitivului de sincronizare; la
exterior, profilul este compus dintr-o suprafa conic racordat unei
suprafee cilindrice. n canalul inelului ptrunde pintenul 16. Poziia
axial fa de elementul de cuplare 8 este asigurat de ctre un inel de
siguran 15.
Manonul balador 1 este prevzut la exterior cu un canal circular
n care ptrunde furca de cuplare 13; la interior este prevzut cu
dantura de cuplare 11, utilizat i pentru antrenare de ctre cele
trei extremiti ale butucului sincronizatorului. Diametrul interior
al coroanei dinate a manonului balador 1 este ceva mai mic dect
diametrul exterior al inelelor de sincronizare 12, cnd acestea se
gsesc n stare liber.
In figura se prezint etapele de cuplare ale unei trepte cu
ajutorulsincronizatorului Porsche. La
inceputul cuplrii sub apsarea
furcii de comand, manonul
balador 1 se deplaseaz ctre
pinionul liber i intr n
contact cu poriunea conic a
ineluluidesincronizare1,2a)b)c)
determinndcomprimarea
acestuia. (fig, a).Fig. 4.14. Fazele de functionare ale
sincronizatorului Porsche
Subaciunea
a-intrarea n contact; b-comprimarea inelului de
momentului de frecare ceia
sincronizare; c-pozitia cuplat
naterentresuprafeelede
frecare, inelul de sincronizare,
solidar n rotaie cu roata liber prin elementul de cuplare 8 (din
fig.), datorit faptului c are diametrul exterior mai mare dect
diametrul de trecere al manonului balador 1 n tendina de nchidere
apas suplimentar asupra dinilor manonului balador. Forele de
frecare care apar n planul de alunecare determin deschiderea
inelului, care mrete cuplul de frecare i, prin deformarea inelului
de sincronizare, mpiedic manonul balador s nainteze ctre dantura de
cuplare a elementului anexat pinionului liber. Rezult c
sincronizatorul Porsche prezint un efect de autoamplificare,
meninut pn la egalizarea vitezelor unghiulare ale arborelui i roii
care se cupleaz.Dup egalizarea vitezelor unghiulare ale pinionului
i arborelui, neexistnd micare relativ, manonul balador poate
comprima inelul de sincronizare i nainta (fig.b) ctre pinionul
liber, realiznd cuplarea (fig,c).
Sincronizatorul RENAULT face parte tot din categoria
sincronizatoarelor cu blocare. Constructia unui astfel de
sincronizator este prezentat n figura 4.18. Ro ile 1 i 5 sunt
libere pe arborele 7. Inelul de sincronizare 1 (4 ), prin pintenii
8 capt mobilitate parial fa de ro ile dinate att n translaie, ct i
n rotaie. Butucul 6 este fix fa de arborele 7 unghiular prin
caneluri i axial prin inele de siguran, astfel c poate fi
considerat ca parte a arborelui. Manonul balador 3 conine conurile
conjugate de frecare i dantura interioar de cuplare cu butucul 6,
fa de care poate culisa axial pentru cuplare cu danturile de
cuplare ale roilor libere 1 i 5.
In pozi ia neutr (punct mort), cei trei pinteni ai inelului de
sincronizare sunt aezai n degajrile pinionului liber, iar inelul
este deprtat de pinion prin aciunea arcului circular. Deplasarea
axial este limitat de contactul pintenilor cu butucul.
La punct mort, manonul de cuplare este n poziia median a
butucului i nu este n contact cu nici un alt element. La cuplarea
treptei, manonul de cuplare este elementul asupra cruia intervine
conductorul pentru selectarea raportului, prin intermediul
levierului cutiei de viteze, i deplasez manonul spre pinionul
liber. Folosind notaii din figura 1, n figura 2 sunt prezentate
fazele de funcionare ale sincronizatorului Renault.
n timpul deplasrii axiale, conul manonului vine in contact cu
conul inelului de sincronizare (fig.2,a). Dac vitezele de rotaie
sunt diferite, apare un cuplu de frecare ntre conuri, ce creeaz un
cuplu rezistent.
Fig. 1. Constructia sincronizatorului Renault
a)b)
Fig. 2. Fazele de funcionare ale sincronizatorului Renault
a-interzicerea cuplrii; b-poziia cuplat
Acesta antreneaz inelul de sincronizare n rotaie i aplic una
dintre feele nclinate ale pintenilor pe anfrenul degajrii
pinionului liber. Inelul nu poateavansa ctre pinionul liber i deci
se opune naintrii manonului spre dantura de cuplare a roii
libere.Aceast interdicie de cuplare dispare la egalizarea vitezelor
celor dou elemente n contact.Cnd vitezele sunt egalizate, dispare i
cuplul rezistent. Pintenii i inelul se deplaseaz spre pinion iar
manonul cupleaz cu dantura pinionului liber (fig.4.19, b). Se
realizeaz legatura: arbore - butuc - manon - pinion liber prin
manonul ce leag pinionul de butuc i prin butucul ce leag manonul de
arbore.
Revenirea la "punctul mort" se face cnd se acioneaz asupra
manonului n sens invers. Danturile de cuplare nu se mai gsesc n
contact. Pinionul redevine liber pe arbore; arcul circular reaeaz
inelul de sincronizare n poziia de lng butuc i sistemul se gsete n
poziia iniial.
e) Sincronizatorul NEW PROCESS (PEUGEOT) este un sincronizator
cu boluri de blocare. Construcia unui sincronizator Peugeot este
prezentata n figura 4.
Fig. 4.Construcia sincronizatorului New Process (Peugeot)
Pentru cuplarea uneia dintre roile libere 1sau 8 de pe arborele
9,
manonul baladoar 4, solidar la rotaie cu arborele 9 prin butucul
canelat 10, fa de care are mobilitate relativ de translaie, este
deplasat axial spre stnga. Inelele de sincronizare 3 i 6 sunt
legate ntre ele ntr-o poziie invariabil prin trei boluri 5 nituite
la capete de inalele de sincronizare. Bolurile traverseaz mansonul
de cuplare iar pentru a interzice cuplarea naintea sincronizrii
sunt realizate cilindrice cu diametrul n trepte. Ansamblul este
completat de un arc circular 11 poziionat n
canalul mansonului.
Folosind notaii, n figura 4. sunt prezentate fazele de
funcionare ale sincronizatorului.
Poziia neutr (fig. 4 a), se obine cnd manonul balador 4 este
meninut de furca de comand a selectorului vitezei n poziie neutr.
Arcul circular 11, aezat n cresttura bolului 5, menine inelele de
sincronizare 6 n poziie neutr fa de discurile conjugate de frecare
7.
La deplasarea axial a manonului datorit legturii elastice
realizat prin fixatorul format din arcul 11 sunt antrenate i
inelele de sincronizare 3 i 6, pn cnd inelul 6 vine n contact cu
suprafaa conic de frecare 7 a roii 8 (fig.4., b). Prin frecarea ce
ia natere ntre suprafeele din contact se realizeaz egalizarea
vitezelor unghiulare ale mufei 4 i roii 8. Pentru ca deplasarea
spre dreapta a manonului i angrenarea lui cu dantura de cuplare a
ro ii 8 s fie permis numai dup egalizarea vitezelor unghiulare se
folosesc bolurile de blocare 5. Atta timp ct exist
vitez relativ ntre suprafeele n contact (fig.4, c), sub aciunea
momentului de frecare apare o descentrare a bol ului 5 fa de
alezajul su din manonul 4. n acest fel, deplasarea n continuare
este oprit de umrul bolului 5 , chiar dac fora axial de acionare
depete fora capabil a fixatorului elastic 11.La egalizarea
vitezelor unghiulare, sub aciunea forei axiale de acx ionare,
bolurile se centreaz (fig.4., d) i mufa 4 poate avansa spre stnga
pn intr n angrenare cu dantura de cuplare a roii 8 (fig. 4., e i
f).
Calculul de rezistenta si verificare angrenajelorde roti
dintateFortele din angrenaje
Angrenajele cutiilor de viteze se verifica prin calcul la
ncovoierea dintilor si la presiunea de contact, n conditiile
solicitariisub actiunea sarcinilor de regim si sarcinilor dinamice
(sarcini de vrf).Pentru calculul danturii exista mai multe metode,
dintre care cea mai frecvent folosita este metoda lui Lewis.Aceasta
metoda considera ca ntregul moment se transmite prin intermediul
unui dinte, considerat ca o grinda ncastrata si ca asupra dintelui
actioneaza forta normala Fndupa linia de angrenare N-N si este
aplicata la vrful dintelui.Forta nominala se distribuie pe fsia de
contact dintre dintii aflati n angrenareproducnd ca solicitare
principala presiuni specifice de contact.Functie de momentul de
torsiune Mcal arborelui, forta tangentiala se determina cu
relatia:unde: Mc -momentul la arborele rotii conducatoare a
angrenajului.Fig. 7.11.Definirea fortelor din rotile dintate
cilindrice cu dantura nclinataForta nominala se calculeaza cu
formula:Componenta radiala se calculeaza cu formula:si solicita
dintele la compresiune.Componenta axiala, care se calculeaza cu
formula:nu determina solicitari asupra dintelui. Calculul de
rezistenta la ncovoierePe baza ipotezelor aratate, efortul unitar
efectiv de ncovoiere este dat de relatia:unde:- z - numarul de
dinti ai rotii conducatoare;-=1,85-i- coeficient de repartizare al
efortului.Coeficientul de repartizare al efortului tine cont de
gradul de acoperire, iar pentru aceasta calculam gradele de
acoperire frontal si suplimentar.Pentru calculul gradului de
acoperire frontal se utilizeaza relatia:iar pentru gradul de
acoperire suplimentar, utilizam relatia:unde:- Re1, Re2- razele
cercurilor de vrf ale rotilor din angrenajul de calculat;- Rb1,
Rb2- razele cercurilor de baza;
Pentru calculul la sarcini nominale de regim, la determinarea
valorii efective a efortului unitar de ncovoiere, momentul de
calcul este determinat de momentul maxim al motoruluiMmaxsi de
raportul de transmitere de la motor la angrenajul calculat prin
relatia:n cazul metodei Lewis, cnd se considera ca ntreg momentul
de torsiune se transmite printr-un singur dinte si se neglijeaza
efectul compresiunii axiale dat de componenta radiala a fortei
normale, rezulta o supradimensionare a danturii. Pentru evitarea
supradimensionarii, n calculul de verificare valorile efective ale
efortului unitar se compara cu eforturile admisibile la ncovoiere
pentru materialul utilizat; efortul admisibil de ncarcareaise
adopta, n mod conventional, cu valori mai ridicate celor definite
din conditia de rezistenta la valoarea nominala a momentului:unde:-
c=1,5 - coeficient de siguranta.La calculul de verificare al
rotilor dintate la sarcini dinamice maxime (care apar la cuplarea
brusca a ambreiajului si la frnarea brusca cu ambreiajul cuplat),
momentul de calcul Mcse determina cu relatia:unde:- MM- momentul
maxim al motorului;- i't- raportul de transmitere de la motor la
angrenaj;- kd=1,5 - coeficientul dinamic.Valorile efective ale
efortului unitarefse compara n acest caz cu efortul unitar de
curgerecal materialului rotilor dintate. Calculul de rezistenta la
presiunea de contactSub actiunea solicitarilor de contact de pe
flancurile dintilor poate aparea oboseala straturilor de suprafata
(sub forma de ciupituri, sfarmari si mai rar cojire) si deformarea
plastica a flancurilor dintilor (sub forma de laminare, ciocanire,
ncretire, ridare).Determinarea presiunii de contact la sarcini
nominale (de regim) se face utiliznd relatia lui Hertz:unde:- ym-
coeficientul de material;- yfc- coeficient de forma n punctul de
rostogolire;- yc- gradul de acoperire asupra capacitatii
flancurilor.Deformarea permanenta a flancurilor dintilor la
solicitarile de contact are loc cnd eforturile unitare de contact,
fie datorita unor suprasarcini, fie datorita ungerii sau
randamentului termic necorespunzator, depasesc limita de
curgere.Pentru calculul de rezistenta la presiunea de contact sub
actiunea sarcinilor de vrf, momentul Mcse nlocuieste cu momentul
dinamic Md. Verificarea la durabilitate a angrenajelorn afara unei
rezistenteinsuficiente la sarcini nominale sau de vrf, scoaterea
din functiune a angrenajelor n exploatare apare frecvent datorita
depasirii limitei de rezistenta a materialului, provocata de
sarcini periodice variabile. Durabilitatea angrenajelor este
caracterizata de capacitatea de functionare ndelungata pna la
atingerea valorilor maxime permise ale uzurilor si pna la aparitia
oboselii materialului.Pentru efectuarea calcului de durabilitate se
considera ca motorul dezvolta un moment mediu echivalent Mech, la o
turatie medie echivalentaech.Momentul mediu echivalent se
calculeaza cu relatia:unde:- Mrmed- momentul mediu la rotile
motoare;- icvmed- raportul de transmitere mediu al cutiei de
viteze;-t- randamentul mecanic al transmisiei.Pentru calculul
momentului mediu la rotile motoare se utilizeaza
relatia:unde:-forta specifica medie la rotile motoare;- Ga-
greutatea automobilului;- rr- raza de rulare a rotii;- i0- raportul
de transmitere al transmisiei principale.Raportul de transmitere
mediu al cutiei de viteze icvmedse determina cu relatia:unde:-k-
timpul relativ de utilizare a treptei de viteze;- icvk- raportul de
transmitere n treapta k de viteza;- n - numarul de trepte ale
cutiei de viteze.Turatia medie echivalenta se calculeaza cu
relatia:unde:-- viteza medie de deplasare a automobilului.Numarul
de solicitari la care este supus un dinte, pe durata exploatarii
ntre doua reparatii capitale (considerat ca durabilitate necesara),
se determina cu relatia:unde:-- timpul relativ de utilizare a
treptei respective;- S - spatiul parcurs de automobil ntre doua
reparatii capitale;- i"t- raportul de transmitere de la rotile
motoare pna la angrenajul calculat;- rr- raza de rulare a
rotii.Calculul la solicitarea de oboseala la ncovoiereDeterminarea
efortului unitar efectiv de ncovoiere la solicitarea de oboseala se
determina, prin nlocuirea momentului Mccu Mechi't, Mechfiind
determinat si i'traportul de transmitere de la motor la angrenajul
calculat.Eforturile unitare efective obtinute la calculul la
oboseala a danturii se compara cu efortul unitar la oboseala la
ncovoiere dupa ciclul pulsatorN, dat de relatia:unde:--1- efortul
unitar pe ciclu simetric;--r- efortul unitar de rupere;- N -
numarul de cicluri pentru roata dintata care se
calculeaza;Angrenajele verificate sunt considerate sunt considerate
corespunzatoare din punctul de vedere al rezistentei la oboseala
daca este satisfacuta inegalitatea:unde:- k' - coeficientul de
siguranta la calculul la oboseala; coeficientul k' se poate calcula
cu relatia:unde:-- coeficient de dinamicitate;- c - coeficientul de
siguranta, se determina cu relatia:- k1- coeficient ce tine seama
de concentratia sarcinii pe lungimea dintelui;- k2- coeficient care
tine seama de siguranta necesara de functionare;- k3- coeficient
care tine seama de precizia metodelor de calcul;-- coeficienti care
tin seama de precizia de prelucrare si de calitateasuprafetelor
flancurilor dintilor Calculul la oboseala la solicitarea de
contactEfortul unitar efectiv de contact de contact, pefc, se
determina, n acest caz cu relatia (7.14), unde forta tangentiala
Ft=Ft ech, care se ia n calcul, corespunde momentului mediu
echivalent, Mech, dezvoltat la o turatie medie
echivalentaech.Valorile eforturilor unitare efective de contact
pefccalculate nu trebuie sa depaseasca efortul unitar admisibil de
contact pacpentru asigurarea durabilitatii impuse.Efortul unitar
admisibil la contact este dat de relatia:unde:- pNc- efortul unitar
de contact la oboseala, pentru un anumit numar de cicluri
echivalente Nech;- c' - coeficient de siguranta;Efortul unitar de
contact pentru calculul de oboseala se determina cu relatia:n cazul
n care sunt cunoscute eforturile admisibile de contact, pacale
otelurilor din care sunt executate rotile dintate, pentru calculul
la oboseala al flancurilor dintilor, aceste eforturi trebuie
corectate cu ajutorul coeficientului durabilitatii la solicitarea
de contact knc,dat de relatia:unde:- Nb- numarul ciclurilor
durabilitatii de baza;- Nech- numarul de cicluri de solicitare
corespunzatoare durabilitatii cerute.n tabelul 7.8. sunt prezentate
valorile efortului unitar efectiv de ncovoiere la solicitarea de
oboseala la contact pentru fiecare treapta din cutia de viteze.
Verificarea rigiditatiiSolicitarile de ncovoiere si de rasucire
ale arborilor determina aparitia unor deformatii elastice, care
conduc la suprasolicitari ale dintilor rotilor n angrenare,
modifica legile angrenarii si reduc gradul de acoperire.n cazul
unor deformatii mari ale arborilor, polul angrenarii executa o
miscare oscilatorie n jurul unei pozitii teoretice, determinnd,
pentru arborele condus, o miscare de rotatie neuniforma si o
functionare zgomotoasa pentru cutia de viteze.Din aceste
considerente, dupa dimensionarea arborilor din conditia de
rezistenta la solicitari compuse (torsiune si ncovoiere) se face si
verificarea rigiditatii (calculul deformatiilor). Pentru calculul
sagetii arborilor se considera arborele de sectiune constanta,
ncarcat cu o singura forta. Folosind relatiile de calcul din
tabelul 7.7., se pot determina sagetile n plan orizontal, fy, si n
plan vertical fz. n cazul n care asupra arborelui actioneaza
simultan mai multe forte, sageata rezultanta, n sectiunea si n
planul considerat, este data de suma algebrica a sagetilor ce apar
sub actiunea fortelor luate individual.Cunoscnd valoarea sagetii n
plan orizontal si vertical se determina sageata rezultanta cu
relatia:unde:- famax=0,13.0,15[mm] - sageatamaximaadmisibila pentru
treptele superioare;- famax=0,15.0,25[mm] - sageata maxima
admisibila pentru treptele inferioare.Calculul de alegere a
lagarelor cutiei de vitezen majoritatea cazurilor lagarele cutiilor
de viteze sunt lagare de rostogolire.n calculul de determinare a
rulmentilor se tine seama de caracterul sarcinilor, de conditiile
de montaj si de durata de functionare.Dependenta dintre aceste
marimi este data de relatia:unde:- C - capacitatea de ncarcare
dinamica necesara a rulmentului;- D - durabilitatea necesara
rulmentului;- Fe- forta echivalenta medie;- p - exponent ce tine
cont de tipul rulmentului (p=3, pentru rulmenti cu bile; p=10/3,
pentru rulmenti cu role).Durabilitatea necesara a rulmentului,
egala pentru toate lagarele cutiei de viteze, se da n kilometrii
parcursi. Pentru obtinerea durabilitatii n milioane de rotatii se
utilizeaza relatia:unde:- icv med- raportul de transmitere mediu al
cutiei;- D - durabilitatea necesara a rulmentului;- i0- raportul de
transmitere al puntii motoare;- i - raportul de transmitere de la
motor la arborele al carui lagar se calculeaza- rr- raza de rulare
a rotii motoare.La determinarea fortei echivalente medii Fese tine
seama de fortele axiale si radiale ce apar n lagare n fiecare
treapta a cutiei de viteze. Ea se determina cu relatia:unde:- Fk-
forta echivalenta corespunzatoare treptei k de viteza;-k- timpul
relativ de utilizare a treptei k de viteza;-ech- viteza unghiulara
echivalenta a motorului.Forta Fkse determina cu relatia:unde:--
forta radiala din lagar, corespunzatoare treptei k de viteze;- zk,
yk- reactiunile din lagar;- xk- forta axiala din lagar;- X -
coeficientul de transformare a sarcinii locale Rkn sarcina
circumferentiala;- Y - coeficientul de transformare a sarcinii
axiale n sarcina radiala- V - coeficientul de rotatie.Coeficientii
X si Y se aleg din cataloagele de rulmenti, n functie de tipul
rulmentului si de ncarcarea lagarului.Valorile fortelor radiale
sunt date n tabelul 7.14.
C0=3750 [daN].
Defecte in exploatare ale cutiei de viteze si inlaturarera
lorDefectele in exploatare ale cutiei de viteze se pot manifesta
sub forma:blocarea cutiei de viteze, raminerea cutiei intr-o
treapta, fara posibilitatea de a mai cupla alta, autodecuplarea
cutiei de viteze, schimbarea cu zgomot a treptelor la demaraj, cu
ambreiajul decuplat complet, zgomot continuu mai puternic la mersul
in plina sarcina, zgomot asemanator unui huruit puternic sau unei
trosnituri, cu intentii de blocare a cutiei de viteze, bataie
ritmica: schimbarea greoaie a treptelor. Blocarea cutiei de
viteze.Defectul se manifesta mai ales, la pornirea din loc sau la
mersul inapoi, ca urmare a deteriorarii dispozitivului de zavorire
a treptelor sau din cauza ruperilor de dantura. Defectarea
dispozitivului de zavorire a treptelor poate duce la cuplarea a dou
trepte in acelasi timp rezultind o blocare a cutiei de viteze.
Defectul se elimina prin inlocuirea pieselor uzate. Ruperea
dintilor pinioanelor conduce la blocarea cutiei de viteze, atunci
cind fragmente din dantura sparta se intepenesc intre dintii
pinioanelor. Cauzele ruperii dintilor pinioanelor pot fi:
solicitari mari, datorita ambreierilor bruste, manevrari gresite
ale manetei de comanda, oboseala materialului si uzuri avansate.
Inlaturarea defectului se poate face numai intr-un atelier de
reparartii prin inlocuirea pinioanelor cu dintii rupti. Raminerea
cutiei de viteze intr-o treapta, fara posibilitatea de a mai cupla
alta.Defectul se datoreste mai multor cauze, mai importante fiind:
ruperea manetei de schimbare a treptelor, ruperea furcilor de
cuplare sau tijelor culisante, defectarea dispozitivului de
zavorire si congelarea uleiului pe timp de iarna.Ruperea manetei de
schimbare a treptelor de viteze se poate datora oboselii
materialului sau manevrarilor bruste, indeosebi iarna, cind uleiul
de transmisie di carter este prea viscos.Daca maneta s-a rupt
deasupra articulatiei sferice,pentru a se putea continua drumul
pina la atelierul de reparatie, se va folosi o cheie tubulara ori o
teava-introdusa pe capatul manetei-cu ajutorul careia se vor
schimba treptele. Daca maneta s-a rupt sub articulatia sferica,
trebuie demontat capacul cutiei de viteze si scos capatul rupt al
manetei pentru a preveni producerea unei avarii:se introduce, apoi,
in treapta intii sau a doua de viteza cu ajutorul unui levier,dupa
care se monteaza la loc capacul, si, debreind, se porneste motorul,
continuindu-se, apoi, drumul pina la atelierul de reparatie, fara a
se mai schimba treapta. Ruperea furcilor de cuplare sau a tijelor
culisante se produce datorita oboselii materialului, schimbarilor
bruste sau manevrarilor fortate cind uleiul este congelat. Defectul
se constata prin faptul ca desi maneta se poate manevra, totusi nu
se realizeaza cuplarea treptelor. Daca se produce ruperea unor
bucati din furca, acestea pot cadea in carterul cutiei de viteze,
putind sa patrunda intre rotile dintate, distrugind dantura sau
chiar fisurind carterele.Pentru a se preveni producerea unor astfel
de deteriorari, la imposibilitatea cuplarii pinioanelor se
debreiaza si se opreste motorul. Autodecuplarea cutiei de viteze
(sare din viteza)defectulse poate datora urmatoarelor
cauze:defectarea dispozitivului de fixare a treptelor,danturilor
pinioanelor si danturilor de cuplare (crabotii) uzate
accentuat,rulmenti cu jocuri mari,jocuri axiale mari ale
pinioanelor pe arborele secundar.Defectarea dispozitivului de
fixare a treptelor se produce ca urmare a slabirii arcurilor sau a
iesirii bilelor din locasurile lor, precum si uzarii tijelor
culisante. Defectiunea conduce la autodecuplarea treptei. Defectul
se elimina inlocuindu-se partile uzate ale dispozitivului de
fixare. Uzura excesiva a rulmentilor conduce la jocuri mari care
determina neparalelismul cutiei de viteze. Defectul se datoreste
unui numar mare de cauze: ungerea insuficienta, existenta unor
impuritati in ulei, montaj prea strins, centrarea incorecta a
cutiei d