Memoriu de calcaul al ambreiajului

MEMORIU DE CALCAUL AL AMBREIAJULUI

1. DETERMINAREA MOMENTULUI DE CALCUL AL AMBREAJULUI

Raportul de transmisie al transmisiei principale:

Raportul de transmitere ale cutiei de viteze:

Masa totala maxima autorizata a autovehicolului: kg

Tipul si dimensiunile anvelopei: 195/70 R150

Pentru ca ambreajul sa transmita momentul maxim dezvoltat de motor fara sa patineze, pe toata durata lui de functionare chiar si dupa uzarea garniturilor de frecare cand valoare fortei de apasare a arcurilor de presiune scade, este necesar ca momentul de frecare al ambreajului sa fie mai mare decat momentul maxim al motorului

Momentul de calcul al ambreajului reprezinta momentul fata de care se dimensioneaza elementele ambreajului.

Acestea se determina cu relatia:

Se adopta β=2

2. DETERMINAREA DIMENSIUNILOR GARNITURILOR DE FRECARE

Raza exterioara a garniturii de frecare se determina cu relatia:

 

Se adopta :

i=2- pentru ambreaj monodisc

n_d - numarul discurilor conduse

Pentru autovehicule, valoarea c=0,55.0,75 [1].      Se adopta c=0,65.

Deoarece dimensiunile garniturilor de frecare ale ambreiajelor sunt standardizate, se adopta conform STAS 7793-83 valorile superioare cele mai apropiate de valoarea calculata.

Dimensiunile garniturilor de frecare alese din standard sunt:

diametrul exterior al garniturii: D_e=225 mm

diametrul interior al garniturii: D_i=150 mm

grosimea garniturii: g=3,5 mm

Raza exterioara a garniturii de frecare .

Raza interioara a garniturii de frecare:

                                                                                      

Raza medie a suprafetei de frecare se determina cu relatia:

3. DETERMINAREA FORTEI NECESARE DE APASARE A ARCURILOR ASUPRA DISCURILOR DE PRESIUNE

Din conditia ca momentul de calcul al ambreiajului M_c sa fie egal cu momentul de frecare al ambreiajului M_a, relatia de calcul a fortei de apasare asupra discului de presiune este:

                                                     

μ=(0,25.0,35).

Se adopta μ=0,3.

- coeficientul ce tine seama de frecarea dintre butucul discului condus si arborele ambreajului.

Pentru ambreaje monodisc c_f=0,90.0,95).

Se adopta c_f=0,9.

4. VERIFICAREA GARNITURII DE FRECARE

a.Verificarea presiunii specifice dintre suprafetele de frecare

Presiunea specifica dintre suprafetele de frecare se determina cu relatia:

Pentru garniturile de frecare din ferodou, valoarea admisibila a presiunii specifice este: p_a=1,5.3,5

Deoarece pp_a garniturile rezista la presiune specifica

b.     Verificarea la uzura a garniturilor de frecare

Aprecierea solicitarii la uzura a garniturilor de frecare se face utilizand lucrul mecanic specific de frecare la patinare Ls in regimul pornirii de pe loc.

Aceasta se determina cu relatia:

                                                               

L este lucrul mechanic de freacare la patinare al ambreajului

                                              

r_r - raza de rulare a rotilor motoare

r₀ - raza libera a rotii

unde din 195/70 R15 => H=195 mm

H/B=70 %

D_j=15 inchi

Valoarea admisibila a lucrului mecanic specific la patinare a ambreiajului este:

.

Deoarece L_S<L_Sa, ambreiajul rezista la uzura.

c.      Verificarea ambreiajului la incalzire

Incalzirea ambreiajului se produce numai in timpul patinarii datorita transformarii lucrului mecanic din frecare in caldura. Verificarea la incalzire se face pentru discul cel mai solicitat termic si se apreciaza prin cresterea de temperatura Δτ.

In cazul ambreiajului monodisc verificarea la incalzire se face pentru discul de presiune deoarece discul condus este izolat termic prin garniturile de frecare.

Cresterea de temperatura se determina cu relatia

                                                                     

γ=0,5 - pentru discul de presiune al ambreiajului monodisc

c - caldura specifica a materialului piesei.

Pentru otel sau fonta

Calculul grutatii se face in ipoteza ca discul de presiune este o placa circulara din fonta, iar marginile acesteia trebuie sa le depaseasca pe cele ale garniturii de frecare cu 2.3mm.

m_p - masa piesei care se verifica

                          

unde:   ρ - densitatea materialului, pentru fonta

h_p - grosimea discului de presiune.

Referat: Ferastrau circular cu masa mobila Referat: Criterii pentru aprecierea rezistentei la foc

Se adopta h_p=0,013m.

- acceleratia gravitationala

                                      

unde:   D_ep,D_ip - diametrul exterior/interior al discului de presiune

Valoarea admisibila a cresterii de temperatura pentru o cuplare la plecarea de pe loc este .

Deoarece Δτ_a<Δτ, ambreiajul rezista la incalzire.

5. CALCULUL ARCURILOR DE PRESIUNE

Arcurile de presiune ale ambreiajului sunt solicitate dupa un ciclu asimetric cu un coeficient de asimetrie R=0,80,9. Deoarece numarul ciclurilor de solicitare in conditii normale de exploatare nu depaseste 5∙10¹⁵ cicluri, distrugerea arcurilor de presiune nu se produce datorita oboselii materialului. Arcurile de presiune periferice elicoidale sunt arcuri cilindrice din sarma trasa de otel carbon de calitate pentru arcuri, sau otel aliat pentru arcuri si au o caracteristica liniara. Calculul acestora consta in determinarea diametrului sarmei, a diametrului de infasurare, a numarului de spire si lungimea arcului in stare libera.

a.     Determinarea diametrului sarmei si a diametrului de infasurare

Se adopta numarul arcurilor de presiune ca multiplu de 3 astfel incat forta de apasare ce revine unui arc sa fie intre Farc= 4080 daN.

Se adopta Farc=80

Se adopta n'_a=9 arcuri.

Forta care este necesara sa o dezvolte un arc este:

                                                                        

O conditie necesara pentru ca manevrarea ambreiajului sa nu fie obositoare pentru conducatorul auto, este ca in momentul in care ambreiajul este decuplat, forta dezvoltata de fiecare arc sa fie cu maxim 10%-25% mai mare decat valoarea corespunzatoare pozitiei cuplate.

Diametrul sarmei arcului se determina din conditia de rezistenta la torsiune a acestuia in pozitia decuplata a ambreiajului cu relatia:

unde:

D - diametrul de infasurare al spirei arcului.

Pentru arcurile elicoidale ale ambreiajelor c=5.8 .

Se adopta c=6.

k-este coeficient de corectie ce depinde de raportul c si se determina cu relatia :

τ_ta - rezistenta admisibila la torsiune a arcului

pentru materialul arcului.

Deoarece dimensiunile pentru sarma trasa din otel pentru arcuri sunt standardizate, se adopta conform STAS 893-67.

Se calculeaza diametrul de infasurare a spirei arcului cu relatia:

d=4,5

D= D=27

b.     Determinarea numarului de spire ale arcului de presiune

Din expresia de calcul a sagetii unui arc elicoidal din sarma cu sectiunea circulara rezulta relatia de calcul a numarului de spire active n_s.

G-modul de elasticitate transversala al sarmei arcului

pentru otel de arc.

rigiditatea arcului

- sageata suplimentara corespunzatoare deformatiilor arcului la decuplarea ambreajului

unde:   -numarul de discuri conduse

j_d - jocul dintre o pereche de suprafete de frecare necesar pentru decuplarea completa a ambreiajului.

j_d=0,75.1,5 mm pentru ambreiaje monodisc .

Se adopta

j' - cresterea grosimii discului condus datorita elementului elastic axial.

j'=0,51,5 mm .

Se adopta

Numarul de spire trebuie sa fie un numar multiplu de 0,5 si mai mare decat 6. Se adopta n_s=8 spire. Deoarece spirele de la capatul arcului nu sunt spire active, numarul total de spire va fi:

Fig. 1.      Jocurile dintre discurile ambreiajului decuplat

Fig. 2.      Caracteristica elastica a arcului de presiune

c.      Determinarea lungimii arcului in stare libera

Se determina cu relatia:

unde L₁ - lungimea arcului comprimat in pozitia decuplata a ambreiajului.

sageata arcului corespunzator pozitiei cuplate

- determina din conditia distanta dintre spire in starea comprimata a arcului sa fie j_S=1 mm cu relatia

                                          

fig.3   Arcul de presiune elicoidal

Pentru a se evita flambajul arcurilor de presiune se recomanda ca

Deoarece arcurile rezista la flambaj.

d.     Determinarea coeficientului de siguranta al ambreiajului dupa uzarea garniturilor

Datorita uzarii garniturilor de frecare arcurile de presiune se desting mai mult si forta de apasare scade de la valoarea la valoarea .

Momentul de frecare al ambreiajului dupa uzarea garniturilor de frecare este:

unde

unde:  

unde:   f - sageata corespunzatoare arcului in pozitia cuplata a ambreiajului

Δu - destinderea corespunzatoare uzurii tuturor garniturilor de frecare pana la limita maxima admisibila

unde Δu₁ - uzura admisibila pentru o garnitura de frecare,

Se adopta .

Coeficientul de siguranta al ambreiajului dupa uzarea garniturilor de frecare este:

Deoarece reulta ca ambreiajul va transmite fara patinare momentul motor si dupa uzarea garniturilor de frecare.

e.     Determinarea lucrului mecanic necesar debreierii

Lucrul mecanic necesar debraierii este lucrul mecanic produs de fortele elastice pentru comprimarea arcurilor de presiune cu sageata si se determina cu relatia:

unde:   - randamentul mecanismului de actionare. .

Se adopta .

Valorile recomandate ale lucrului mecanic necesar debraierii stabilite astfel incat sa nu apara o solicitare intensa a conducatorului auto sunt de: pentru autoutilitara. Valoarea L_d determinata se incadreaza in limitele recomandate.

6. CALCULUL ARBORELUI AMBREAJULUI

Arborele ambreiajului este supus solicitarii de torsiune cu un moment egal cu momentul de calcul al ambreiajului si solicitari de intindere si forfecare la nivelul canelurilor de-a lungul carora culiseaza discul condus.

Fig 4. Arborele ambreiajului

Din conditia de rezistenta la torsiune se determina diametrul interior al arborelui ambreiajului cu relatia:

                                                        

unde: - rezistenta admisibila la torsiune.

Materialul din care se confectioneaza arborele ambreiajului este otel aliat pentru cementare 21MoCr12 STAS 791-80.

Acesta are .

Deoarece arborii canelati au dimensiuni standardizate, se alege din STAS 1770‑68 urmatoarele dimensiuni:

diametrul interior al canelurii d_i=2,6 [cm]

diametrul exterior al canelurii d_e=3,2 [cm]

numarul de caneluri z=10 caneluri

latimea canelurii b=0,4 [cm]

Verificarea la strivire a canelurilor arborelui ambreiajului se face cu relatia:

                                                 

unde:   l - lungimea butucului discului condus. Pentru conditii obisnuite de exploatare l=d_e

h - inaltimea canelurii arborelui

Rezistenta admisibila la strivire pentru canelurile arborelui ambreiajului este: . Deoarece rezulta ca arborele rezista la strivire.

Verificare la forfecare pentru canelurile arborelui ambreiajului se face cu relatia:

                                                 

Rezistenta admisibila la forfecare pentru arborele ambreiajului este .

Deoarece rezulta ca arborele ambreiajului rezista la forfecare.

7. CALCULUL DISCURILOR AMBREAJULUI

f.       Calculul elementului de fixare si ghidare ale discurilor de presiune

Discul de presiune este solidar la rotatie cu volantul motorului, avand in acelasi timp posibilitatea deplasarii axiale. Legatura dintre acesta si volant se face prin intermediul carcasei ambreiajului.

Carcasa ambreiajului este prevazuta cu mai multe ferestre in care patrund niste rezeme prelucrate pe discul de presiune.

Fig5. Elementele de fixare si ghidare ale

discului de presiune in coroana ambreiajului

Calculul elementelor de fixare si ghidare consta in verificarea la strivire a suprafetelor de contact dintre discul de presiune si carcasa. Presiunea specifica in acest caz se determina cu relatia

                                                      

unde:   R - raza cercului pe care sunt dispuse reazemele discului de presiune

Se adopta R=10,5 [cm].

z - numarul de reazeme

Se adopta z=6 reazeme.

A - aria unei suprafete de contact solicitata la strivire

Se adopta l=1,5 [cm].

Se adopta a=0,3 [cm].

Valoarea rezistentei admisibile la strivire conform literaturii de specialitate este . Deoarece rezulta ca elementele de fixare si ghidare rezista la strivire.

g.     Calculul discului condus

Calculul niturilor de fixare a discurilor propriu-zise de butuc

Niturile de fixare a discului propriu-zis pe flansa butucului sunt confectionate din OL38 si sunt solicitate la forfecare si strivire.

Verificarea niturilor la forfecare se face cu relatia:

                                              

unde:   r_n - raza cercului pe care sunt dispuse niturile de fixare; se recomanda r_n=5.8 [cm]

Se adopta .

- diametrul niturilor; se recomanda

Se adopta .

z_n - numarul de nituri; se recomanda

Se adopta

Valoarea rezistentei admisibile la forfecare pentru niturile de fixare este . Deoarece rezulta ca niturile de fixare rezista la forfecare.

Verificare niturilor la strivire se face cu relatia:

Se adopta .

Rezistenta admisibila la strivire pentru niturile de fixare este

Deoarece rezulta ca niturile de fixare rezista la strivire

Calculul arcurilor elementului elastic suplimentar

Arcurile elementului elastic suplimentar sunt arcuri elicoidale si au rolul de a reduce rigiditatea transmiterii in scopul prevenirii socurilor. Totodata acestea contribuie la evitarea rezonantei la frecvente inalte ale oscilatiilor de torsiune din transmisie.

Conditia pentru o functionare corespunzatoare a elementului elastic suplimentar este ca momentul de torsiune necesar pentru comprimarea arcurilor acestora pana la opritori, sa fie egal cu momentul produs de forta de aderenta a rotilor motoare pe un drum uscat cu coeficinetul de aderenta , redus la arborele ambreiajului in treapta I-a de viteza.

La automobile arcurile utilizate la elementul elastic suplimentar au urmatoarele caracteristici:

diametrul sarmei arcului: d=3,0.4,0 [mm]

Se adopta d=3,0 mm.

diametrul spirei arcului: D=14.19 [mm]

Se adopta D=14 mm.

numarul total de spire ale arcului n_s=6 spire.

numarul arcurilor elementului elastic suplimentar: z_e=6.8 pentru D_e<250 mm

Se adopta z_e=8, pentru ca diametrul exterior este 250 mm.

Montarea arcurilor in butucul discului se face pretensionat prin comprimare cu o sageata de 10-13 % din lungimea libera a arcului.

8. CALCULUL MECANISMULUI DE ACTIONARE

Schema mecanismului de actionare este

1 - Carcasa ambreiajului

2 - Disc de presiune

3 - Parghii de debraiere

4 - Rulment de presiune

5 - Furca de decuplare

6 - Dispozitiv de reglare a jocului dintre rulmentul de presiune si parghiile de debraiere

7 - Cablul de actionare al ambreiajului

8 - pedala ambreiajului

Fig 6.   Schema mecanismului de actionare al ambreiajului

a.     Calculul fortei de actionare a pedalei ambreajului

Raportul de transmitere al mecanismului de actionare mecanica se determina cu relatia:

       

unde:   i_p - raportul de transmitere al parghiilor de debraiere

i_t - raportul de transmitere al pedalei si furcii ambreiajului

a=150 mm, b=30 mm, c=100 mm, d=25 mm, e=50 mm, f=25mm

Se adopta: a=150 mm ; b=30 mm ; c=100 mm ; d=25 mm ; e=50 mm ; f=25 mm.

Randamentul mecanismelor de actionare mecanice ale ambreiajului este conform recomandarilor din literatura de specialitate .

Se adopta .

Forta de actionare a pedalei ambreiajului se determina cu relatia:

Valorile recomandate in literatura de specialitate pentru forta la pedala este de pentru autoutilitara.

b.     Calculul cursei pedalei de actionare

Cursa pedalei de actionare a ambreiajlui se determina cu relatia:

unde:   s₁ - cursa libera a rulmentului de presiune, .

Se adopta s₁=2 mm.

Valorile recomandate in literature de specialitate pentru cursa pedalei ambreajului sunt:

s=150...180 mm pentru autoutilitara.

BIBLIOGRAFIE

Gh.Fratila-Calculul si constructia automobilelor E.D.P. 1977

Untaru- Automobile E.D.P. 1968

Stoicescu A.P.-Dinamica autovehiculelor vol.I      Ed. U.P.B. 1973

A.Tudor,I.Marin-Ambreiaje si cuplaje de siguranta cu frictiune.Indrumar de

proiectare I.P.B.1985

Inufa Katalog

Ligia Petrescu-Elemente de grafica computerizata-AutoCAD-U.P.B. 1998

Ligia Petrescu-Grafica inginereasca - U.P.B. 1997

George Dragomir-Calculul si constructia autovehiculelor (notite de curs)