Cutia de viteze - organizarea cutiei de viteze, compunerea mecanismului reductor al cutiei de viteze mecanica in trepte

CUTIA DE VITEZE

1 ORGANIZAREA CUTIEI DE VITEZE

Rolul cutiei de viteze este de a asigura, prin modificarea raportului de transmitere al transmisiei, varierea fortei de tractiune si a vitezei de deplasare in limite impuse de conditii de deplasare.

De asemenea, cutia de viteze asigura mersul inapoi al automobilului fara inversarea sensului de rotatie al motorului si intreruperea legaturii motorului de restul transmisiei cind ambreiajul este cuplat.

In scopul asigurarii unei bune adaptabilitati a automobilului la conditiile concrete in care are loc deplasarea, cutia de viteze trebuie sa raspunda la o serie de cerinte printre care:

- sa asigure automobilului cele mai bune calitati dinamice si economice la o caracteristica exterioara data a motorului;

- sa aiba posibilitatea realizarii unui numar cat mai mare de rapoarte de transmitere iar marimea lor sa fie determinata astfel incat sa asigure o utilizare rationala a puterii, in conditiile unor performante dinamice si de economicitate ridicate;

- constructia sa fie simpla, robusta, usoara, sa aiba un randament mecanic ridicat si functionare silentioasa;

- in exploatare sa prezinte siguranta si intretinere usoara iar manevrarea sa fie simpla, precisa si comoda;

sa prezinte o gama laga de utilizare.

1.1 Clasificarea cutiilor de viteze:

Cutii de viteze automate

Cutia de viteze automata este un sistem automat de cuplare a treptelor de viteza, care efectueaza trecerea dintr-o treapta in alta in functie de parametrii stabiliti de conducatorul auto: pozitia pedalei de acceleratie, viteza autovehiculului etc.

Maneta schimbatorului de viteze este formata astfel: P = pozitia pentru stationare;   R = marsarierul; N = rulare libera; D = pozitie permanenta pentru rulare inainte; 3 = pozitie pentru “portiuni de rulare cu denivelari/ deluroase”; 2 – pozitie pentru portiuni de drum de munte/urcus; 1 - pozitie pentru urcus abrupt.

Cutie de viteze automata DSG

DSG Reprezinta cea mai avansata cutie de viteze automata aflata pe piata. Ea echipeaza anumite modele ce apartin grupului VAG (Audi, Vw, Skoda) si inlocuiesc modelul Tiptronic. DSG este in esenta, un tiptronic cu doua ambreiaje concentrice: unul este responsabil cu cuplarea treptelor impare (1,3,5), iar celalalt cu a treptelor cu a treptelor pare (2,4,6). Beneficiul adus este substantial: timpul de schimbare a treptelor tinde catre zero! Adica la rularea in treapta a V-a (de exemplu), ambreiajul 1 lucreaza, iar ambreiajul 2 a selectat deja treapta a 6-a (care este inca inactiva). Cand soferul comanda trecerea in ultima treapta aceasta este deja selectata asa ca nu se mai pierde timpul cu selectarea ei. Singura operatiune ramane astfel decuplarea treptei a V-a, care se realizeaza aproape instantaneu. Rezultatul final: flux continuu de putere la roata. In cazul Golf V GTI sau Golf V R32, diferentele de demaraj sunt cu cca 0,2 s (0-100 km/h) in defavoarea cutiei manuale. Insa in cazul Skodei Octavia 1.9 TDI, balanta nu se mai inclina in favoarea DSG. Diferentele de demaraj, consum si viteza de top sunt nesemnificative intre DSG si cutia manuala. Cutia manuala este mai simpla (functional) si mai usoara, ceea ce face ca diferentele de performanta sa fie estompate. DSG-ul este mai comod in utilizare si mai rapid la schimbarea treptelor, dar masina echipata astfel este mai lenta la reprize (cand este necesara mentinerea aceleiasi trepte de viteza).

CVT (Continuously Variable Transmission=Cutie de viteza cu Variatie Continua) este un sistem care face posibila varierea progresiva a rapoartelor cutiei de viteze. Asadar, permite selectarea unui numar infinit de trepte de viteza, intre o valoare minima si una maxima stabilite de producator. A fost introdusa pe piata de catre Nissan, actualmente fiind adoptata de mai multi producatori. Cea mai importanta trasatura a CVT este aceea ca, pentru orice viteza a autovehicului, motorul functioneaza la turatia cea mai potrivita. Un procesor coreleaza mai multi factori (viteza autovehiculului, pozitia acceleratiei, turatia motorului, etc.) si alege, in functie de acestia raportul ideal de demultiplicare (treapta ideala de viteza) pe care il variaza continuu, pentru pastrarea eficientei maxime in orice moment (cuplu cat mai mare, consum cat mai mic, regim motor cat mai lejer, emisii minime). Avand in vedere complexitatea sistemului (de tip 'drive by-wire'), pedala de acceleratie nu comanda direct obturatorul, ci comanda un senzor care trimite comanda la computerul central. De acolo, dupa analizarea tuturor parametrilor, pleaca o comanda catre obturator. Pentru analizarea comportamentului CVT, vom lua un caz practic: accelerarea de la 80 la 120 km/h. Soferul accelereaza pana la podea, iar computerul da o comanda interesanta: tureaza motorul pana la cuplul maxim si apoi il mentine acolo crescand viteza din varierea rapoartelor cutiei de viteze. Aceasta asigura cea mai buna exploatare a performantelor motorului, combinata cu o uzura minima si cu emisii scazute. Constructiv, varierea raportului de transmitere al cutiei de viteze se face astfel: arborele principal (solidar cu arborele cotit al motorului) este construit din doua flanse care se pot departa sau apropia una de cealalta. Arborele secundar (condus, solidar cu diferentialul) are o constructie identica. Intre ele, o curea neextensibila (cu lungime fixa) transmite miscarea. Cand cele doua flase de pe arborele principal se apropie, diametrul virtual creste. Cureaua fiind neextensibila, flansele de pe arborele secundar se departeaza, micsorandu-i-se diametrul virtual. Astfel, puterea la roata este mai mare, iar viteza de inaintare mai mica. Pentru obtinerea unei viteze crescute, se inverseaza procesul: flansele de pe arborele primar se departeaza, concomitent cu apropierea celor de pe arborele secundar. Problema cea mai mare a CVT este ca, desi poate genera un numar infinit de trepte de viteza, acestea sunt doar pentru mersul inainte. De aceea, este nevoie de o treapta separata de mers inapoi si de ambreiaj. Dupa cum am vazut atat acum, cat si in editia trecuta a catalogului, cand cumparati o masina aveti posibilitatea de a alege intre mai multe tipuri de cutii de viteze care sa se potriveasca personalitatii si stilului dumneavoastra de condus. Desi diferentele constructive dintre ele sunt mari, toate au acelasi scop: sa transmita miscarea de la motor la roti. Asteptati-va ca in viitorul cel mai apropiat sa apara evolutii ale acestora care sa combine avantajele celor prezentate de noi, eliminand punctele lor slabe. Noi va vom tine la curent cu ele.

CVT

CVT Audi TT 2 quatro

Cutii de viteze cu preselector - soferul poate selecta viteza dorita inainte de a avea nevoie de ea si, cand doreste sa schimbe viteza, apasa pedala de ambreiaj.

Cutie de viteze hidrostatica, inventia unui colectiv mixt Cluj-Toronto. Cutia de viteze hidrostatica pentru autovehicule, conform inventiei, este prevazuta cu un lant cinematic similar cutiilor de viteze mecanice clasice, format din rotile dintate conjugate (8 si 17) pentru treapta I (22) si roata dintata de pe arborele (38)pentru treapta a II-a, (5 si 24) pentru treapta a III-a si (3 si 25) pentru treapta a IV-a; fiecare treapta de viteze este echipata cu un cuplaj hidrostatic cu role, cu actionare directa. Cuplajele hidrostatice cu role aplicate inlocuiesc mecanismele de sincronizare cu functiune si cuplajele cu gheare utilizate la cutiile de viteze mecanice clasice, permitand schimbarea treptelor de viteze, in mod independent de turatia motorului si viteza de deplasare a vehiculului. Se exclude posibilitatea cuplarilor gresite si fortare, permitandu-se automatizarea simpla a cutiilor de viteze, iar lichidul de comanda al cuplajelor este introdus prin canalele longitudinale (a) prevazute in arbore (33), de la capul distribuitor hidraulic.

Cutia de viteze secventiala Cutia manuala secventiala are tot ambreiaj, insa schimbarea treptelor se face prin comenzi +/-. Este in conceptie pur mecanica, ofera raspuns instantaneu si timpi de schimbare a treptelor foarte redusi, pentru ca permite trecere dintr-o treapta in alta fara apasarea ambreiajului (desi schimbarile in acest fel produc socuri destul de violente). Se folosesc pe toate motocicletele precum si pe automobilele de competitie, de la WRC pana la Formula 1, fiind cea mai performanta solutie.

De exemolu, cutiile SMG de la BMW sunt cutii secventiale ale caror comenzi trec printr-ul calculator. Astfel, comenzile +/- nu sunt legate direct la cutie ci trimit impulsuri catre un calculator ce decide daca respectiva comanda poate fi executata in siguranta, fara a afecta integritatea motorului sau a transmisiei. Acest lucru a facut usoara implementarea unui mod 'automat', in care computerul decide singur cand e cazul sa schimbe treptele, intocmai ca la o cutie automata. Deasemenea, SMG mai beneficiaza si de un ambreiaj controlat hidraulic, astfel ca pedala de ambreiaj nu exista cum ar trebui in mod normal la o cutie secventiala.

Schimbatoarele de viteze combinate reprezinta o asociere intre un schimbator hidraulic si un schimbator in trepte, de regula planetar.

La schimbatoarele cu actionare directa schimbarea treptelor se face manual sau cu ajutorul unui servomecanism;

La schimbatoarele de viteze cu actionare automata, schimbarea vitezelor se face in mod automat, in functie de conditiile de mers, asigurand automobilului regimul optim de miscare, in ceea ce priveste calitatile dinamice si economice.

1.2 Constructia cutiilor de viteze

Din punct de vedere constructiv, cutiile de viteze se compun din mecanismul reductor, mecanismul de cuplare a treptelor si mecanismul de actionare.

a)     Cutiile de viteze mecanice in trepte

Sunt formate din lanturi cinematice paralele, egale ca numar cu treptele de viteza si constituite din reductoare cu roti dintate si axe fixe sau mobile (planetare). Acesea formeaza mecanismul reductor al cutiei de viteze.

Functionarea independenta a lanturilor cinematice se asigura prin montarea in fiecare lant cinematic a rotii cu cea mai mica turatie independenta de rotatia arborelui (roata libera). Functionarea cutiei de viteze intr-o anumita treapta se obtine prin solidarizarea la rotatie a rotii libere cu arborele de sustinere. Pentru solidarizare se utilizeaza mecanismul de cuplare a treptelor.

Comanda cuplarii, selectarea treptei si mentinerea treptei cuplate se face prin mecanismul de actionare.

1.     Organizarea generala a cutiei de viteze cu doi arbori

Cutiile de viteze cu doi arbori se intalnesc frecvent la autoturismele si autoutilitarele usoare derivate din acestea cu motorul dispus transversal sau longitudinal. Ele dispun frecvent de 5 sau 6 trepte de viteza si contin:

arborele primar (de intrare) care primeste miscarea de la arborele cotit al motorului prin intermediul ambreiajului si include sau sustine pinioanele conducatoare ale angrenajelor;

arborele secundar (de iesire) sustine sau include rotile conduse ale angrenajelor si transmite miscarea direct sau indirect catre puntea motoare.

Caracteristici:

intrarea si iesirea se fac la o anumita distanta de aceeasi parte, in cazul solutiilor de organizare „totul fata” sau „totul spate”, cand in acelasi carter cu cutia de viteze se gasesc inglobate transmisia principala si diferentialul, sau in parti opuse in cazul solutiei clasice;

la transferul fluxului de putere participa un singur angrenaj de roti dintate : randament sporit; gama de rapoarte mai restransa (treapta 5 cu 0,70,85);

treapta de mers inapoi este nesincronizata.

Schema cinematica si de functionare a unei cutii de viteze cu 5+1 trepte este prezentata in figura 1.

Functionarea cutiei de viteze pentru mers inainte intr-o treapta oarecare: ambreiaj-roata dintata conducatoare AP- roata condusa AS.

Legatura intre roata libera si arborele pe care se sprijina se face prin dantura de cuplare a sincronizatorului, la deplasarea mansonului acestuia din pozitia neutra.

Cuplarea treptei de mers inapoi se face prin deplasarea rotii baladoare intermediare r_bb, in pozitia in care angreneaza simultan cu rotile dintate 6 si 6`. Aflarea in angrenare a celor trei roti determina inversarea sensului de miscare la arborele secundar fata de cazul cuplarii treptelor demers inainte.

2. Organizarea generala a cutiei de viteze longitudinale cu trei arbori

Se utilizeaza la automobilele organizate dupa solutia „clasica”. Cei 3 arbori:

arborele primar (arborele de intrare) primeste miscarea de la arborele cotit al motorului prin intermediul ambreiajului; pe el se afla pinionul angrenajului permanent;

arborele intermediar cu roata condusa a angrenajului permanent si rotile conducatoare ale treptelor cu exceptia treptei de priza directa;

arborele secundar (arborele de iesire) sustine rotile conduse ale angrenajelor treptelor si transmite miscarea catre puntea motoare.

Caracteristici:

intrarea si iesirea sunt coaxiale si pot fi de aceeasi parte (la solutia „totul fata” sau opuse;

exista posibilitatea cuplarii directe a Ap cu AS (priza directa) cu randament maxim si zgomot minim;

rapoartele de transmitere ale treptelor (cu exceptia prizei directa) se obtin prin doua angrenaje: angrenajul permanent si angrenajul treptei respective. Rezulta largirea gamei de valori pentru rapoartele de transmitere, dar scde randamentul;

daca CV este fixata direct pe carterul ambreiajului, Ap coincide cu arborele ambreiajului.

Schema cinematica si de functionare a unei CV cu trei arbori si 5 trepte pentru mers inainte si una pentru mers inapoi:

Cuplarea uneia dintre treptele de mers inainte se face prin intermediul mecanismelor de cuplare sincronizate. Datorita coaxialitatii intre AP si AS, prin deplasare axiala la stanga a mansonului de cuplare a sincronizatorului s₂ se obtine o legatura directa intre cei doi arbori, numita priza directa (i = 1, fara r.d.) Aceasta situatie corespunde treptei IV. Cuplarea treptei de mers inapoi se face similar constructiei cu doi arbori.

CV Peugeot 504

1-AP; 2-AS; 3-AI; 4-ax; 5-furca pentru selectarea treptelor; 6-pinion antrenare vitezometru; 7-roata pentru MI;8-roata pentru tr. I; 9-sincronizator I-II; 10- roata pentru tr. II; 11-roata pentru tr. III; 12-sincronizator III-IV; 13- roata pentru MI

CV AK-80

1-AP; 2-rulment AP; 3-pinion AP; 4-capac SV; 5-tija; 30,6,8,9,11 si 13- r.d. de pe AS; 7,10 si 12- furci de comanda pentru trepte;14-rulment AS; 15-AS; 16 si 29-rulmenti AI; 18,20,21,24,25 si 27-r.d. de pe AI; 17-r.d. de pe ax MI; 19-mufa de cuplare cu gheare pemtru III-IV; 26- mufa de cuplare cu gheare pemtru V-VI; 28-carterul CV

3.     Organizarea generala a cutiei de viteze transversale cu trei arbori

Solutia adoptata de firmele RENAULT si VOLVO urmareste: sporirea momentului capabil de transmis, sincronizarea MI si cresterea numarului de viteze in conditiile unei constructii foarte compacte.

Are un AP si doi AS paraleli, situati de o parte si de cealalta a AP.

arborele primar (de intrare) primeste fluxul de putere prin intermediul ambreiajului. El include sau sustine rotile conducatoare ale angrenajelor;

arborii secundari (condusi) sunt: AS inferior si AS superior (dupa pozitia pe care o au fata de AP). Ei sustin sau includ rotile conduse aflate permanent in angrenare si transmit direct sau indirect miscarea catre transmisia principala.

Caracteristici:

la transmiterea fluxului de putere participa un singur angrenaj de r.d.;

tote treptele au sincron;

lungimea ansamblului este redusa, chiar daca exista sase trepte.

Pe arborele primar se gasesc rotile fixe 1,2,5 si rotile libere 3 si 4, aflate permanent in angrenare cu rotile 1`, 2` (libere) si 3`,4` (fixe) ale ASI, respectiv 5` situata pe ASS. Intre rotile libere se afla sincronizatoare care servesc la solidarizarea acestora cu arborii pentru obtinerea treptelor IIV de mers inainte.

Treapta a V-a (de suprapriza) este realizata prin angrenajul 5-5`, cand aceasta din urma este solidarizata cu ASS de catre sincronizator.

Treapta de MI se obtine prin angrenarea simultana a rotii intermediare duble 1`- 6 cu pinionul conducator 1 fix pe Ap si roata libera 6` solidarizata cu AS prin deplasarea mansonului balador al sincronizatorului s₃ catre dreapta.

Pentru transmiterea fluxului de putere catre mecanismele puntii cei doi arbori secundari sunt solidarizati cu doua pinioane cilindrice cu dinti inclinati, ce angreneaza simultan cu coroana transmisiei principale.

4.     Organizarea generala a cutiei de viteze longitudinale cu arbori multipli

Referat: Constructii sigure la cutremure - antecalculare statica a caselor din manta din beton pentru zonele seismice Referat: Abateri admisibile pentru elemente de beton si beton armat

Provine dintr-o CV longitudinala cu trei arbori, completata cu un multiplicator de viteze.

Schema cinematica si de functionare a unei CV (TOYOTA) cu trei arbori si 5x2 trepte sincronizate de mers inainte si 1x2 trepte de MI este prezentata in a doua figura.

COMPUNEREA MECANISMULUI REDUCTOR AL CUTIEI DE VITEZE MECANICA IN TREPTE

Arborii cutiilor de viteze 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 regula ei se sprijina pe doua lagare: unu fix pe directie axiala pentru preluarea fortelor axiale si celalalt liber pentru preluarea deformatiilor termice.

Componentele care urmeaza a fi solidarizate cu arborii (r.d., butucii sincronizatoarelor) se asambleaza pe arbori prin caneluri, de regula de profil evolventic.

Arborele primar al CV cu trei arbori face corp comun cu pinionul angrenajului permanent si serveste drept reazem arborelui secundar.

Lagarul anterior permite deplasarea arborelui in vederea compensarii deformatiilor termice, dar nu preia forte axiale. Poate fi dispus in volantul motorului (radial cu bile) sau in arborele cotit (rulment cu ace sau role, fara inel interior, sau cu bucsa antifrictiune).

Lagarul posterior, din carterul CV, preia fortele axiale. De regula este rulment radial cu bile. Se prevede solutie pentru etansarea carcasei, constand intr-o manseta de etansare. Dimensiunile lagarului posterior al AP se adopta de cele mai multe ori din considerente constructive, astfel incat arborele primar impreuna cu pinionul sa poata fi introdus prin alezajul din carter.

Arborele intermediar al CV cu trei arbori poate fi realizat cu r.d. fixe (fixate sau corp comun). Este montat pe carter in partea inferioara prin intermediul rulmentilor. Cea mai utilizata solutie de lagare pentru AI o constituie rulmentii radiali-axiali cu role conice montati in X.

Arborele secundar al CV cu trei arbori se sprijina pe partea anterioara pe AP, iar cu partea posteriora in carterul CV. El poarta rotile libere ale angrenajelor si butucii mecanismelor de cuplare.

Lagarul anterior este cu rulmenti cu role sau cu ace fara inele, sau este o bucsa antifrictiune. Lagarul posterior preia fortele axiale si este prevazut cu solutie completa de etansare.

Arborele primar al CV cu doi arbori primeste miscarea de la arborele cotit prin intermediul ambreiajului la CV transversale, sau prin intermediul ambreiajului si arborelui ambreiaj la CV longitudinale. De cele mai multe ori are o constructie similara AI al CV cu trei arbori. R.d. sunt fixe pe arbore. In cazul CV mari, numai rotle treptelor inferioare (I, II si MI) sunt corp comun, celelalte fiind montate liber.

De regula lagarul anterior preia numai sarcini radiale, iar lagarul posterior si sarcini axiale, fiind rulment radial-axial cu bile (CV transversale) sau cu rulment special dublu, cu bile sau role conice, ce pot prelua eforturi in ambele sensuri.

In partea din fata antrenarea AP de catre discul de ambreiaj sau de catre arborele ambreiaj se face prin caneluri evolventice.

Arborele secundar al CV cu doi arbori la solutiile de organizare „totul fata” face corp comun cu pinionul cilindric sau conic al transmisiei principale.

Pe AS sunt montate liber r.d. conduse si sunt fixate elementele imobile ale sincronizatoarelor.

Lagarul anterior este radial cu bile sau cu role si preia de regula numai incarcari radiale. Lagarul posterior poate prelua in ambele sensuri sarcinile axiale.

Lagarele CV sunt componente de sprijin pentru arbori, permitand fixarea si ghidarea, rotatia si preluarea eforturilor pe timpul functionarii.

1. Lagarele de alunecare sunt putin utilizate la CV deoarece necesita o pompa de ulei pentru asigurarea ungerii. Au fost adoptate la primele CV asezate transversal, in partea inferioara a acestora, avand ungere comuna cu motorul (PEUGEOT 104, 204, 205, CITROEN Bx sau RENAULT R1).

2. Lagarele de rostogolire (rulmenti) sunt cele mai raspandite la CV deoarece se adapteaza ungerii prin barbotare.

Clasificarea rulmentilor CV si caracteristicile lor sunt prezentate in tabelul urmator:

Montarea rulmentilor depinde de tipul lor. La rulmentii cu bile sau cu role cilindrice, inelul interior se monteaza cu strangere iar inelul exterior cu alunecare, pentru evitarea deteriorarii lagarului prin diminuarea jocului de functionare.

Rulmentii cu role conice se monteaza in general pe arbore, in opozitie in X.

Fortele axiale pot fi preluate si printr-un rulment compus –rulmentul biconic, care simplifica constructia.

Rotile dintate au dantura inclinata, cu profil in evolventa, care asigura sporirea capacitatii portante a danturii, permite corectarea danturii si realizeaza functionarea fara zgomot.

Rotile dintate cu dinti drepti sunt simple si ieftine dar functioneaza zgomotos si se uzeaza rapid. De regula se folosesc la realizarea treptei de mers inapoi, cand se utilizeaza angrenaje decuplabile cu roti baladoare.

Dantura inclinata se foloseste intotdeauna cand r.d. sunt in angrenare permanenta. Avantaje: sunt rezistente, permit micsorarea distantei intre axe, functioneaza uniform si cu zgomot redus. Dezavantaje: determina aparitia fortelor axiale care trebuiesc preluate; se reduce randamentul, datorita frecarilor suplimentare dintre roti, precum si dintre roti si arbore; creste lungimea CV prin introducerea elementelor de cuplare.

Unghiul de inclinare are valori cuprinse intre 2030^o, crescatoare de la prima spre ultima treapta de viteza.

Pentru rotile AI, prin alegerea corespunzatoare a inclinarii danturii, incarcarile axiale pot fi anulate sau mult reduse.

Conform figurii urmatoare, daca notam:

cu indicele k – elementele rotii conducatoare a angrenajului permanent

cu indicele p – elementele conduse a angrenajului permanent,

din conditia de anulare a fortelor F_a obtinem:

F_ap = F_ak;sau F_tp.tg _p = F_ak.tg _k (1)

echivalenta cu:

M. i_p. tg _p/r_p = M. i_p. tg _k/r_k (2)

de unde rezulta:

tg _p/ tg _k = r_p/r_k (3)

unde:

_p si _k sunt unghiurile de inclinare ale rotilor p si k;

R_p si r_k – razele de rostogolire;

F_tp si F_tk – fortele tangentiale din angrenajul permanent, respectiv angrenajul treptei k;

M – momentul de intrare in cutia de viteze.

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 20^o la 17^o30’ sau la 14^o. Prin reducerea unghiului de angrenare , gradul de acoperire creste iar presiunea normala pe dinte scade.

Deoarece rotile libere participa la realizarea treptelor de viteza prin solidarizarea lor cu arborele de sustinere prin intermediul mecanismelor de cuplare, ele sunt prevazute cu danturi de cuplare. In vederea unei cuplari usoare, danturile de cuplare se executa cu module mici, astfel ca la diametre de divizare reduse sa se dispuna de un numar cat mai mare de dinti.

Rotile dintate din CV se executa din otel aliat, respectiv otel aliat superior, la care se aplicadiferite tratamente termice sau termochimice. Miezul dintelui trebuie sa fie tenace, pentru a suporta sarcinile mari de soc si suficient de rezistent la incovoiere, iar suprafetele de contact sa fie dure, spre a rezista la uzura.

Mecanismele de cuplare a treptelor

Servesc pentru solidarizarea rotilor libere cu arborii pentru realizarea treptelor de viteza asigurand egalarea vitezelor unghiulare ale rotilor conducatoare si condusa inaintea cuplarii.

In functie de gradul de perfectiune, un sincronizator este compus din : dispozitivul de cuplare, dispozitivul de fixare, dispozitivul de sincronizare si dispozitivul de blocare (interzicere a cuplarii).

Dupa complexitatea constructiei sincronizatoarele pot fi clasificate conform schemei urmatoare.

Carterul CV:

reuneste elementele ansamblului CV si le mentine in pozitie de functionare;

protejeza organele interne de mediul exterior;

conserva uleiul necesar ungerii si racirii elementelor aflate in miscare relativa;

permite fixarea ansamblului transmisiei pe carterul motorului in cazul grupului motopropulsor compact;

inglobeaza mecanismele centralew ale puntii motoare (transmisia centrala si diferentialul) in cazul transmisiilor organizate dupa solutia „totul in fata”.

Cerinte:

sa fie rigid, usor, etans si bine ventilat;

sa asigure antifonare;

sa evite amplificarea vibratiilor provenite de la angrenaje si de la motor (prin nervurarea corespunzatoare a peretilor ansamblului);

sa evacueze rapid caldura pe timpul functionarii.

Clasificare:

Materiale

Complexitatea, forma si aspectul pieselor variaza in functie de: materialele utilizate (aluminiu sau fonta) si procedeul de turnare a semifabricatelor.

Alegerea materialului depinde atat de aspecte functionale, de incarcare si de zgomot cat si de aspecte tehnologice.

Carterele CV ale autoturismelor si autoutilitarelor usoare se toarna din aliaje de aluminiu: AS 10U4 la turnarea sub presiune a pieselor de serie mare; AS 9U4 la turnarea in cochila metalica a pieselor de serie medie; AS 5U3 la turnarea in forme de nisip a pieselor prototip si serie foarte mica.

Ventilatia carterului

In carterul Cv temperatura poate urca pana la 150 0CC si poate atinge 170 ^oC la nivelul suprafetelor de frecare ale sincronizatoarelor. Datorita acestui fapt are loc o dilatare a aerului si crestere a presiunii.

Pentru a se veita scurgerile de ulei, CV sunt echipate cu o supapa de aerisire, ce permite iesirea sau intrarea aerului, dar opreste trecerea particuleor solide sau lichide.

Amplasarea supapei se face in partea superioara a carterului, intr-o zona in care aceasta este protejata de stropii de ulei.

Etansarea carterului CV

In general, etansarea AP se realizeaza sub forma de labirint simplu in spirala cu filet dreapta, pentru capac si filet stanga pentru arbore, deoarece motoarele de automobil se rotesc spre dreapta. In majoritatea cazurilor, spirala (santul de eliminare a uleiului) se executa pe capacul anterior., dar sunt si cazuri in care se executa pe arbore. Labirintul este umplut cu unsoare consistenta. Acest tip de etansari functioneaza eficient la turatii ridicate.

Datorita faptului ca AS comunica in general cu exteriorul, iar treptele inferioare au o viteza unghiulara mai redusa, labirintul simplu nu mai corespunde. Din aceasta cauza, la toti arborii care comunica cu exteriorul au atansare cu elementi-manseta, confectionati dintr-un material sintetic rezistent la ulei (cauciuc sintetic sau piele crom), mentinute apasate pe arbori prin intermediul unui arc inelar. Aceste elemente poarta denumirea de simeringuri.

Capacele carterului CV

Capacul superior serveste la montarea mecanismului de actionare al SV, la sistemul de actionare directa.

Capacul anterior serveste la fixarea lagarului posterior al AP si la ghidarea mansonului rulmentului de presiune al ambreiajului.. Centrarea capacului fata de arbore se face pe inelul exterior al rulmentului.

Capacul posterior serveste la fixarea lagarului posterior al arborelui secundar. In el se gasesc montate elementele de etansare si dispozitivul de actionare al vitezometrului..

Capacele laterale servesc la inchiderea ferestrelor de control ale prizei de forta, sau la unele SV cu actionare directa, la montarea mecanismului de actionare.

COMPUNEREA SISTEMULUI DE ACTIONARE AL CUTIEI DE VITEZE

Sistemul de actionare al CV in trepte este un ansamblu de elemente mecanice prin intermediul carora, conducatorul auto impune un anumit mod de functionare al acesteia.

Serveste la cuplarea si decuplarea treptelor de viteza. Algerea treptei de viteza, respectiv a raportului de transmitere, pentru diferite conditii de deplasare se poate face manual, de catre conducatorul auto, semiautomat sau automat.

Cerinte:

simplitate cinstructiva;

siguranta in functionare;

pret de cost scazut;

efort minim din partea conducatorului;

intretinere usoara.

Sistemul de actionare directa se utilizeaza la automobilele la care cutia de viteze este in apropierea postului de conducere (la autoturismele organizate dupa solutiile „clasica” sau „totul in fata”). La acest sistem, maneta de actionare este dispusa pe capacul schimbatorului de viteze.

Constructia si organizarea elementelor sistemului de actionare a CV sunt in concordanta cu pozitia postului de conducere fata de CV (la distanta sau suprapuse) si cu pozitia grupului motopropulsor (transversal sau longitudinal).

Principalele elemente componente ale sistemului de actionare directa a CV sunt prezentate in figura urmatoare:

Sistemul de actionare directa a CV

1-maneta; 2-arc; 3,4-furci de cuplare; 5,6-tijele furcilor de cuplare; 7-capac;

8-articulatie sferica

Aceasta solutie nu este recomandata in cazul autobuzelor si autocamioanelor mari, deoarece efortul necesar actionarii este foarte mare.

Maneta (levierul de comanda) poate fi montata la podea, deasupra CV, pe coloana volanului sau in bord. Serveste pentru a comanda deplasarea in mod independent a mansoanelor baladoare alemecanismelor de cuplare din CV.

Miscarea levierului se face dupa doua directii: una perpendiculara pe axa longitudinala a automobilului ce realizeaza selectarea vitezei, iar cealalta paralela cu axa longitudinala a automobilului ce realizeaza cuplarea sau decuplarea treptei (deplaseaza axial mansonul balador).

Furcile de comanda determina deplasarea axiala a fiecarui manson balador al sincronizatoarelor in vederea cuplarii sau decuplarii treptelor de viteza.

Miscarea de translatie a mansoanelor poate fi realizata de catre furca prin deplasare axiala (furci culisante) sau prin miscare de rotatie (furci articulate). Ultimele se folosesc cand sunt necesare deplasari mari pentru elementele baladoare. Transmiterea miscarii de la furca aflata in miscare pendulara la mansonul balador se face prin intermediul unor patine oscilante, montate la extremitatea bratelor.

Furcile se confectioneaza prin turnare din otel, fonta alama sau aluminiu si se asambleaza cu axul prin stift elastic sau surub. In acest caz patinele sunt acoperite cu molibden sau mase plastice.

Furcilemai pot fi cinfectionate si prin ambutisare din tabla de otel care se fixeaza pe ax prin sudare. Patinele din masa plastica sunt fie injectate direct pe suportul metalic, fie montate prin clipsare.

Tijele furcilor de cuplare au forma cilindrica. Sunt confectionate din otel si au se monteaza in carterul CV paralel cu arborii. Ghidarea fata de carterul Cv se face fie prin bucsi de bronz grafitat, sinterizate, fie prin ghidaje cu bile care asigura reducerea efortului de manevrare.

Pe suprafata axului, in majoritatea cazurilor, sunt practicate canalele dispozitivelor de fixare a furcii si dispozitivelor de zavorare a axelor.

Dispozitivul de fixare a treptelor are rolul de a mentine CV intr-o anumita treapta sau la punctul mort, pana la interventia conducatorului auto. El actioneaza de regula asupra tijelor furcilor, evitand deplasarea accidentala a acestora sub efectul inertiei sau al vibratiilor.

Pentru fixarea treptelor, fiecare tije culisanta are la partea superiora trei locase semisferice in care intra o bila apasata de unarc. Locasurile extreme corespund celor doua trepte care se obtin cu furca respectiva, iar cel din mijloc pnctului mort.

Dispozitive de fixare a treptelor

a-disozitiv cu bile; b-dispozitiv cu bolt conic

1-bila (bolt); 2-arc; 3-tije

Dispozitivul de blocare (zavorare) a treptelor indeplineste urmatoarele functii:

nu permite cuplarea simultana a doua sau mai multe trepte;

nu premite cuplarea unei alte trepte cand schimbatorul de viteze se afla intr-o treapta oarecare.

Pentru satisfacerea acestor conditii, la trecerea de la o treapta la alta, maneta de actionare trebuie sa treaca prin punctul mort.

Dispozitivul de blocare a treptelor poate fi cu disc, cu stift, cu potcoava, etc.

Zavorarea cu cu disc este simpla. Pentru utilizarea unui singur element intermediar (zavorul disc), axele furcilor sunt asezate echidistant. Fiecare dintre axe dispune de o degajare: pentru pozitia neutra a CV ele sunt fata in fata (fig. a); in aceste degajari se aseaza discul de zavorare.

Zavorarea cu disc

a-punctul mort; b-treapta cuplata

Diametrul discului este astfel ales incat daca discul intra complet in doua dintre degajari, cea de-a treia ramane libera.

In cazul deplasarii uneia dintre axe (fig. b), discul are tendinta de a intra in degajarile celorlalte doua. Fiind fixat axial intr-un canal practicat in carter, axele neutilizate sunt asfel zavorate.

Zavorarea cu stifturi este cea mai utilizata solutie, deoarece este adaptabila oricarui mod de dispunere a axelor (figura urmatoare).

In cazul dispunerii in triunghi a axelor (fig. a), dispunerea stifturilor nu este in acelasi plan, fapt ce ofera mari avantaje tehnologice in ceea ce priveste posibilitatile de practicare a alezajelor acestora.

La deplasarea unui ax, stifturile aflate intre el si celelalte doua se deplaseaza axial catre acestea, patrund in degajarile lor si le blocheaza, impiedicandu-le miscarea.

Zavorarea cu stifturi

a-axe dispuse in triunghi; b-axe dispuse coplanar

In cazul dispunerii coplanare a axelor (fig. b), un stift traverseaza alezajul practicat in axul central (B), determinand si blocarea axului (C), cand axul (A) este blocat.

Sistemul de actionare directa cu servomecanism

Este utilizat in cazul autobuzelor si autocamioanelor grele, pentru reducerea efortului necesar schimbarii treptelor de viteza.

Cele mai utilizate sunt servomecanismele pneumatice care utilizeaza chiar reteaua de aer comprimat a sistemului de franare. Sub actiunea aerului comprimat admis, pistonul cu tija tubulara se deplasaeza in cilindru. In interiorul tijei tubulare se afla o alta tija care are capatul anterior legat cu maneta pentru schimbarea treptelor.

In pozitia neutra a manetei SV, ambele camere ale cilindrului, separate de piston sunt in legatura cu atmosfera.

La schimbarea treptelor, selectarea se face manual cu maneta, impreuna cu care se deplaseaza tija plina si mansonul anterior, care provoaca rotirea parghiei legata de el in raport cu axul.

Una din parghiile fixate pe tirant actioneaza asupra supapei care intrerupe legatura uneia dintre camerele cilindrului cu atmosfera si o pune in legatura cu rezervorul de aer comprimat. Pistonul, sub actiunea aerului comprimat, deplaseaza tija tubulara care realizeaza cuplarea treptei, prin intermediul unei parghii ce actioneaza tija culisanta.

Servomecanism pneumatic pentru actionarea SV

La decuplarea treptei, functionarea este asemanatoare ca si la cuplare, numai ca functioneaza alta supapa care leaga rezervorul de aer comprimat cu cealalta camera a cilindrului.

Sistemul de actionare de la distanta a SV

In cazul in care SV este dispus departe de conducator se utilizeaza sistemul de actionare de la distanta.

Sistemul mecanic de actionare de la distanta a SV

Elementele componente ale sistemului mecanic de actionare de la distanta a SV formeaza timoneria. Constructia si organizarea timoneriei se face in concordanta cu dispunerea CV si a levierului de comanda al postului de conducere.

Scheme de principiu pentru actionarea la distanta, pe cale mecanica,

a schimbatoarelor de viteze

1-maneta; 2-tija; 3-tije culisante; 4-manivela; 5-ax; 6,9-tuburi; 7,8-leviere; 10-manivela

Sisteme de actionare semiautomata a schimbatorului de viteze

Simplifica manevrele de schimbare a treptelor. Presupune automatizarea ambreiajului la schimbarea treptelor de viteza.

Automatizarea ambreiajului necesita utilizarea unui servomecanism care sa foloseasca energia deja disponibila pe automobil (depresiunea din conducta de admisie, energia electrica, energia hidraulica, etc.)

De asemenea mai sunt prevazute schimbatoare preselective la care conducatorul alege si pregateste trecerea dintr-o treapta in alta, iar schimbarea se face ulterior fara a mai manevra maneta pentru actionare. Preselectionarea se face cu ajutorul manetei, iar efectuarea trecerii dintr-o treapta in alta se realizeaza cand conducatorul auto apasa pedala ambreiajului. Debreierea se face cu ajutorul unui servomecanism, iar schimbarea treptei se face cu ajutorul unui al doilea servomecanism.

In figura urmatoare se prezinta schema de functionare a sistemului de actionare semiautomata Hydrak al firmei Mercedes-Benz. Cand ambreiajul este cuplat (fig. a), servocilindrul 18 este pus de catre supapa de comanda 12 in legatura cu presiunea atmosferica, iar membrana 19 nu actioneaza asupra tijei 17 de decuplare a ambreiajului. In acest caz depresiunea din galeria de admisie se transmite prin supapa de comanda 12 numai rezervorului 8.

In momentul in care conducatorul actioneaza maneta 9 de schimbare a treptelor de viteza se inchide contactul 10, iar curentul electric ajunge in electromotorul 11 si impinge spre stanga supapa 13 (fig. b), care intrerupe legatura cilindrului 18 cu presiunea atmosferica si il pune in legatura cu depresiunea din rezervorul 8. Datorita acestei depresiuni membrana 19 va deplasa tija de comanda 17 care produce decuplarea ambreiajului monodisc.

Sistem de actionare semiautomata care utilizeaza depresiunea din galeria de admisie

1-arbore cotit, 2-ambreiaj hidrodinamic; 3-ambreiaj monodisc uscat; 4-SV;

5-transmisie longitudinala; 6-punte spate; 7-regulator; 8-rezervor de depresiune;

9-maneta; 10-contact electric; 11-electromagnet; 12-supapa de comanda; 13-supapa; 14-supapa de reductie; 15,19-membrane; 16-electromagnet; 17-tija comandaambreiaj;

18-servocilindru; 20-galerie de admisiune

Dupa schimbarea treptei, circuitul electromagnetic 11 se intrerupe, iar supapa 13 este readusa de catre arcul ei in pozitia initiala, intrerupand legatura cilindrului 18 cu depresiunea si punandu-l in legatura cu atmosfera.

Caracterul progresiv al cuplarii ambreiajului este asigurat de faptul ca aerul la inceput intra in cilindrul 18 prin supapa de reductie 14, care la o anumita diferenta de preiune se inchide, iar aerul patrunde prin niste orificii calibrate. In felul acesta presiunea in cilindrul 18 creste treptat iar ambreiajul se cupleaza lin.

La trecerea de la o treapta superioara la una inferioara automobilul se va deplasa cu o deceleratie, iar carterul 6 al puntii din spate, suspendat pe reazeme de cauciuc se inclina si inchide contactul 7 al circuitului electromagnetului 16 care prin tija membranei 15, va mentine supapa de reductie 14 inchisa, impiedicand cuplarea brusca a ambreiajului.

In cazul in care scade depresiunea din galeria de admisie, alimentarea servomecanismului cu vacuum se realizeaza dela rezervorul 8.

Demarajul lin al automobilului se mareste prin utilizarea in transmisie a ambreiajului hidrodinamic 2. la unele solutii, in locul hidroambreijului se utilizeaza un ambreij centrifugal.

La automobilele echipate cu servofrana pneumatica cu presiune, este indicat ca pentru actionarea ambreiajului sa se utilizeze un servomecanism cu aer comprimat care are o presiune relativ mare.

Fata de un schimbator de viteze cu actionare mecanica directa, pretul de cost al actionarii semiautomate este maimare cu ..4% din pretul de cost al autoturismului.

CUTII DE VITEZE PLANETARE

Mecanismele planetare realizeaza rapoarte mari de transmitere la dimensiuni mici de gabarit. Pot fi cu roti cilindrice cu dinti drepti sau inclinati.

In figura urmatoare sunt prezentate unitati planetare utilizate in compunerea CV:

Unitati planetare utilizate in compunerea cutiilor de viteze

a-unitate planetara simpla; b- unitate planetara cu sateliti simpli;

c- unitate planetara dubla

In constructia CV, unitatea planetara nu se poate folosi individual, ci se folosesc combinatii de mai multe asemenea grupe. Cuplarea treptelor de viteze in cazul CV planetare se realizeaza cu ambreiaje polidisc si cu frane cu banda. Ambreiajele polidisc se folosesc pentru solidarizarea in rotatie a doua elemente ale cutiei de viteze aflate in miscare relativa de rotatie, iar franele cu banda pentru legarea la baza a elementelor fixe.

Utilizarea elementelor cu frictiune pentru cuplarea treptelor de viteza asigura, prin progresivitatea cuplarii, schimbarea fara soc si demarajul lin al automobilului; de asemenea, dispare necesitatea ambreialului principal si a sincronizatoarelor, iar procesul de schimbare a treptelor este mult simplificat.

CV planetare asigura posibilitatea cuplarii rapoartelor de transmitere fara intreruperea fluxului de putere pentru autopropulsare si dau o durabilitate sporita constructiei, datorita rgiditatii mari a arborilor si datorita numarului mare de dinti aflati simultan in angrenare.

In schimb, CV planetare au o constructie mai complicata care implica costuri mai ridicate si intretinere pretentioasa.

CALCULUL SCHIMBATORULUI DE VITEZE

Alegerea schemei de organizare a CV:

In cadrul calculului de predimensionare efectuat la studiul dinamic se stabilesc rapoartele de transmitere ale cutiei de viteze. In schema de organizare, la alegerea pozitiei rotilor dintate fata de lagarele arborilor, este necesar sa se adopte initial, prin comparatie cu realizari similare existente, urmatoarele elemente: latimea rotilor dintate, latimea sincronizatoarelor, distantele dintre rotile dintate, jocul dintre rotile dintate si latimea lagarelor.

In figura urmatoare este prezentata schema de organizare de ansamblu a unei CV cu patru trepte.

Schema de organizare de ansamblu a unei CV cu patru trepte

Conform notatiilor din figura, se pot scrie relatiile:

l₁ = B/2 + j₁ + b_1,2/2

l₂ = b_1,2/2 + j₂ + l_s + j₃ + b_3,4/2

l₃ = b_3,4/2 + j₄ + b_5,6/2

l₄ = b_5,6/2 + j₅ + b_5,6 + j₆ + b_7,8 + j₇ + b_7,8/2

l₅ = b_7,8/2 + j₈ + B/2

in care: B-latimea lagarului; j₁ si j₈- jocurile dintre rotile dintate si carter; j₂ si j₃- jocurile dintre rotile dintate si sincronizator; j₄, j_5, j₆ si j₇- jocurile dintre rotile dintate; b_1,2, b_3,4b_7,8 – latimea perechilor de r.d. care formeaza un angrenaj; l_s – latimea sincronizatorului.

In tabelul urmator sunt date valorile orientative ale acestor elemente la trei tipuri de schimbatoare de viteza:

Calculul distantei dintre axe si a greutatii schimbatorului de viteze

Distanta C dintre axele arborilor se predimensioneaza cu relatia:

C = 26. [mm]

relatie in care M_max se exprima in daN.m. Distanta rezultata din calcul urmeaza a se definitiva la calculul rotilor dintate.

Greutatea schimbatorului de viteze (fara carterul ambreiajului), se calculeaza orientativ cu relatia:

G_sv = a. C³ [daN]

relatie in care a este un coeficient care tine seama de tipul schimbatorului de viteza, iar C – distanta dintre axe masurata in cm.. Pentru autoturisme a = 0,084 daN/cm³ iar pentru autocamioane a = 0,045 daN/cm

In general, greutatea CV (impreuna cu carterul ambreiajului) reprezinta: la autoturisme 23% din greutatea autoturismului, iar la autocamioane 2,55% din greutatea sasiului.

2.2.2 Calculul rotilor dintate

Calculul rotilor dintate consta in determinarea numarului de dinti si definitivarea rapoartelor de transmitere; calculul danturii la incovoiere; verificarea danturii la oboseala; verificarea danturii la presiunea superficiala.

a) Determinarea numarului de dinti si definitivarea rapoartelor de transmitere ale schimbatorului de viteze

La determinarea numarului de dinti ai rotilor dintate trebuie sa fie indeplinite urmatoarele cerinte:

- realizarea pe cat posibil a rapoartelor de transmitere determinate la etajarea schimbatorului de viteze, tinand seama ca rotile dintate au un numar intreg de dinti;

- alegerea pentru pinioanele cu diametrele cele mai mici a numarului de dinti apropiat de numarul minim de dinti admisibil, pentru a se asigura compactitatea schimbatorului de viteze.

Distanta C dintre axele arborilor poate fi exprimata in functie de razele rotilor dintate aflate in angrenare:

C = r_d1 + r_d1’ = r_d2 + r_d2’ = r_d3 + r_d3’ = r_d4 + r_d4’ = r_d5 + r_d5’

in care r_d este raza cercului de diviziune.

Daca tinem seama de relatia dintre raza r_d, modulul m si numarul de dinti z al unei roti dintate, relatia anterioara pentru dinti drepti devine:

C = 0,5.m_1,1’.(z₁ + z_1’) = 0,5.m_2,2’.(z₂ + z_2’) = 0,5.m_3,3’.(z₃ + z_3’) = 0,5.m_4,4’.(z₄ + z_4’) = 0,5.m_5,5’.(z₅ + z_5’)

sau daca toate rotile au acelasi modul:

z₁ + z_1’ = z₂ + z_2’ = z₃ + z_3’ = z₄ + z_4’ = z₅ + z_5’

C = 0,5 m_1,1’/cos _1,1’ (z₁ + z_1’) = 0,5 m_2,2’/cos _2,2’ (z₂ + z_2’) = 0,5 m_3,3’/ cos _3,3’ (z₃ + z_3’) = 0,5 m_4,4’/cos _4,4’ (z₄ + z_4’) = 0,5 m_5,5’/cos _5,5’ (z₅ + z_5’)

relatie in care m_i,i’ sunt modulele normale ale perechilor respective de roti dintate; _i,i’ – unghiurile de inclinare ale dintilor perechilor de roti dintate.

Daca toate rotile au acelasi modul normal, relatia anterioara devine:

(z₁ + z_1’)/ cos _1,1’ = (z₂ + z_2’)/ cos _2,2’ = (z₃ + z_3’)/ cos _3,3’ = (z₄ + z_4’)/ cos _4,4’ = (z₅ + z_5’)/ cos _5,5’ = 2C/m = C₁

Pentru schimbatoarele de viteze ale automobilelor se recomanda ca valoarea constantei C₁ sa fie cuprinsa intre 40…68 de dinti (valorile inferioare pentru autoturisme si cele superioare pentru autocamioane).

Determinarea numarului de dinti, pentru schimbatorul de viteze se face pornind de la expresiile rapoartelor de transmitere si tinand seama de consideratiile facute.

La proiectarea CV, se ia in consideratie cea mai mica roata pentru care, valoarea minima a numarului de dinti este:

z_min = 17. cos _’

Din STAS 822-82 se adopta valoarea pentru modul valoarea si corespunzator unghiul maxim de inclinare al danturii _’.

In cazul rotilor cu profil in evolventa, avand unghiul de angrenare  = 20^o, numarul minim de dinti este: la rotile cu dantura corectata z_min = 14; iar la rotile cu dantura necorectata z_min = 17.

Cunoscand raportul de transmitere al angrenajului permanent, putem calcula numarul de dinti z_1’ ai rotii conduse, aflata pe arborele secundar:

z_1’ = z₁. i_cv1

Valoarea obtinuta se rotunjeste la numar intreg.

In acest moment se poate determina cu precizie marimea distantei dintre axe, folosind relatia:

C = m. (z₁ +z_1’)/2. cos₁

In baza datelor obtinute, folosind relatia urmatoare, rezulta rapoartele de transmitere finale:

i_cvk = z_k’/z_k

b) Calculul geometric al angrenajului

Expresia modulului frontal m_f este data de relatia:

m_fk = m/cos _

iar pentru coeficientul inaltimii capului de referinta normal f_om adoptam valoarea f_om = 1.

Cunoscand aceste marimi se poate efectua calculul propriuzis al angrenajului pentru fiecare treapta in parte.

Diametrele de divizare:

D_dk = m_fk. z_k = m. z_k/cos _k

D_dk’ = m_fk. z_k’ = m. z_k’/cos _k

Diametrele exterioare:

D_ek = D_dk + 2.m.(1 + _)

D_ek’ = D_dk’ + 2.m.(1 + _k’)

Diametrele interioare:

D_ik = D_dk - 2.m.(f_om + _)

D_ik’ = D_dk’ - 2.m.(f_om + _k’)

Inaltimea dintilor:

h = 0,5.(D_e – D_i)            

Am optat pentru urmatoarele valori ale lui 

- pentru treapta I  pentru treapta II  pentru treptele III -V [Fratila]

Tab 2.2

Dimensiunile geometrice ale angrenajului

c)     Calculul de rezistenta si de verificare al angrenajelor de roti dintate

1)     Calculul danturii la incovoiere

Pentru calculul danturii la incovoiere am utilizat metoda Lewis, care este cea mai raspandita pentru calculul la incovoiere al danturii angrenajelor schimbatoarelor de viteze ale automobilelor.

In cazul rotilor dintate cu dantura inclinata, solicitarea la incovoiere in sectiunea periculoasa este data de relatia:

_i = F_t1/(b₁.p₁.y)

Daca inlocuim: b₁ = b/cos ; p₁ = p. cos ; F_t1 = F_t/ cos 

obtinem:

_i = F_t/(b.p.y. cos )

relatie in care:

- F_t reprezinta forta tangentiala maxima, care solicita dintele la incovoiere.

F_t = M_t/r_d1

cu: M_t – momentul maxim transmis de motor ; r_d1 – raza de divizare a rotii cu cel mai mic numar de dinti.

- b reprezinta latimea danturii.

- p este pasul danturii. Valoarea lui se determina cu relatia:

p = b/adoptand pentru valoarea 2 [frat].

- y este un coeficient de forma a dintelui. Se adopta pentru acest coeficient valoarea 0,6 [nutu].

_i _a.

2)     Calculul danturii la presiunea de contact

Presiunea superficiala sau efortul unitar de contact are o mare influenta asupra duratei de functionare a rotilor dintate. Rezistenta cea mai mare la prsiunea de contact o au pinioanele cementate.

Efortul maxim unitar de contact se determina cu formula lui Hertz:

p_max = 0,418

relatie in care:

Ft – forta tangentiala; E = 2,1. 10⁶ daN/cm² (modulul de elasticitate pentru otel);  = 20^o – unghiul de angrenare;  - razele de curbura care se calculeaza cu relatiile:

_ = r_d1.sin / cos²

_ = r_d2.sin / cos²

Efortul unitar admisibil de contact este dat de relatia:

p_a = p_N/c

in care:

p_N este efortul unitar de contact la oboseala pentru un anumit numar de cicluri echivalente N_c;

c – coeficient de siguranta; c = 1,2 [fratila].

Efortul unitar p_N se calculeaza cu relatia:

p_N = k. H.

unde:

k este un coeficient care tine seama de calitatea materialului. Pentru otelurile aliate cu Cr si Ni, k = 265…310 [fratila]. Se adopta valoareak = 290

H –duritatea danturii. H = 62;

Nb – numarul de cicluri de baza. N_b = 10⁷;

Nc - numarul de cicluri echivalente. Nc = 101.10⁴ cicluri.

p_max p_a.

Calculul arborilor

a)     Determinarea schemei de incarcare si calculul reactiunilor

Schema de incarcare generala

Calculul reactiunilor arborelui primar

Se utilizeaza urmatoarele relatii de calcul, in care elementele utilizate sunt cele calculate sau adoptate anterior:

L₁ = l₁ + l₂

F_t = M_t/r_dk

F_r = F_t. tg /cos          

F_a = F_t. tg                            

R_AH = F_tk. l₂/L₁

R_AV = (F_rk. l₂ + F_ak. r_dk)/L₁          

R_A = (R²_AH +R²_AV)^1/2

R_BH = F_tk. l₁/L₁                             

R_BV = (F_rk. l₁ - F_ak.r_dk)/L₁

R_BA = F_ak

R_B = (R²_BH +R²_BV + R²_BA)^1/2  

Calculul reactiunilor arborelui secundar

L₂ = l₃ + l₄ + l₅                

M_c = M_max. i_cvk . i_o. _t   

F’_t = 2. M_c/m_fk. z’_k                     

F’_a = F’_t.(tg . sin _k + sin _mk. cos _k)/cos _mk

F’_r = F’_t.(tg . cos _k - sin _mk. sin _k)/cos _mk 

R_CV = [F’_tk. l₅ + F’_rk.(l₂ + l₃) – F’_ak. r’_dmk – F’_ak. r_dk]/L₂

R_CH = [F _tk. l₅ – F_t.(l₂ +l₃ )]/L₂

R_DV = (F _tk. l₄ – F_tk. l₃) /L₂           

R_DH = (F’_rk. l₄ + F’_ak .r’_k – F’_r. l₃ + F’_a. r_dm)/L₂

R_DA = F’_ak - F_ak                      

Deoarece solicitarile maxime se intalnesc in treapta I a schimbatorului de viteze, de regula, se face calculul numai pentru aceasta treapta.

Schema de incarcare a arborelui primar

Fig. 2.4 Schema de incarcare a arborelui secundar

2.2.4 Calculul momentelor                               

Si in cazul momentelor facem calculul numai pentru treapta I care este cea mai solicitata.

Arborele primar

In planul vertical xoz:

M_A = 0

M_1S = -R_AV. l₁

M_1D = - R_BV. l₂

M_B = 0

In planul orizontal xoy:

M_AH = 0

M₁ = R_AH. l₁

M_BH = 0

M_iA = (M_1AV² + M_1AH²)^1/2

M_1B = 0

Diagrama de eforturi pentru arborele primar

Arborele secundar

Diagrama de eforturi pentru arborele secundar

In planul vertical xoz:

M_DV = 0

M_1D = R_DV. l₅

M_1S = R_DV. l₅ – F_a1. r’_d1

M_CV = R_DV.. l₂ – F_a1. l₄

M_ZV = -F_a. r_dm

In planul orizontal xoy:

M_DH = 0

M_1H = - R_DH.l₅

M_CH = - R_DH. l₅ + F’_t1. l₄

M_iD = 0

M_1S = (M²_1SV + M²_1SH)^1/2

2.2.5 Verificarea rigiditatii arborelui

a)     Arborele primar

f_H = F_t1 .l₁² .l₂²/L₁ .E .I

cu E = 2,1 .10⁵ N/mm²

I = . d⁴/64

f_V = F_r1 .l₁² .l₂²/L₁ .E .I

f_I = (f_H² + f_V²)^1/2

b)     Arborele secundar

f_H = F _t1 .l₄² .l₅²/L₁ .E .I

cu E = 2,1 .10⁵ N/mm²

I = . d⁴/64

f_V = F’_r1 .l₄² .l₅²/L₁ .E .I

f_I = (f_H² + f_V²)^1/2