Necesitatea transmisiei

NECESITATEA TRANSMISIEI

Transmisia are un rol deosebit in constructia unui autovehicul propulsat de un motor cu ardere interna. Acest rol deriva din urmatoarele cauze obiective:

este necesara asigurarea transmiterii fluxului de putere debitat de motor catre rotile autovehiculului (deziderat realizat cu concursul intregii transmisii);

motorul furnizeaza un cuplu ce variaza in limite inguste, de asemenea intr-o plaja relativ ingusta de turatii; in acelasi timp, rezistentele la inaintarea autovehiculului in conditii reale de deplasare, precum si vitezele de deplasare variaza in limite foarte largi, care nu pot fi acoperite doar de caracteristicile functionale ale motorului (deziderat realizat in foarte mare masura de cutia de viteze si, in cazuri speciale, de cutia de distributie atunci cand autovehiculul este echipat cu asa ceva);

motorul cu ardere interna nu poate fi pornit in sarcina; pentru pornirea lui este necesara decuplarea de la rotile autovehiculului (este periculoasa si total contraindicata practica unor conducatori auto de a porni motorul in sarcina, tara decuplarea lui de la roti cu ajutorul ambreiajului sau prin aducerea cutiei de viteze la 'punctul mort'); acest deziderat este indeplinit de ambreiaj sau de cutia de viteze;

cuplarea diferitelor trepte de viteza, la cutiile de viteze cu craboti de cuplare, nu se poate face sub sarcina (deziderat realizat de ambreiaj);

uneori este necesar ca autovehiculul sa fie oprit sau stationat dar cu motorul in functionare, decuplat de la roti (deziderat realizat de ambreiaj, in cazul opririlor foarte scurte, sau de cutia de viteze in cazul opririlor de durata mai lunga sau a stationarilor);

motorul cu ardere interna nu este reversibil, asadar este necesar un sistem care sa poata permite mersul inapoi (deziderat realizat de cutia de viteze);

fluxul de putere trebuie transmis la distante relativ mari si variabile in timp; mai ales in cazul autocamioanelor, motorul este plasat in partea din fata a acestora iar puntea motoare se afla in spate; in acelasi timp, cutia de viteze este fixa la cadrul autocamionului dar puntea motoare este montata la cadru prin suspensia sa; prin urmare, puntea se apropie sau departeaza de cadru ca urmare a deplasarii pe denivelari (deziderat realizat de transmisia cardanica; aceasta permite transmiterea la distanta a fluxului de putere si, prin constructia 'telescopica' a arborelui cardanic se realizeaza si compensarea axiala, adica 'lungirea' sau 'scurtarea' arborelui cardanic pentru a urmari departarea sau apropierea puntii motoare de cadru);

fluxul de putere ce soseste prin arborele cardanic are o directie longitudinala fata de autovehicul iar acesta trebuie transmis perpendicular, catre roti, prin intermediul puntii motoare (arbori planetari, butuci de roata); schimbarea directie fluxului de putere se face cu ajutorul grupului conic; . rotile puntii motoare parcurg, de cele mai multe ori, spatii inegale; un exemplu in acest sens il constituie virajul, cand roata interioara parcurge un spatiu mai mic decat cea exterioara; pentru diferentierea turatiilor rotilor se utilizeaza diferentialul. Exemplele pot continua, mai ales ca, in cazul autovehiculelor cu mai multe punti motoare sau chiar cu tractiune integrala mai intervin si alte agregate in constructia transmisiei.

1 Aspecte functionale ale cutiei de viteze

La proiectarea unei cutii de viteze se tine cont de doi factori foarte importanti:

a) regimul stabil de turatii la care poate functiona motorul ce va conlucra cu
cutia de viteze si restul transmisiei;

b) regimurile economice de functionare ale motorului.

Altfel spus, proiectantul urmareste in permanenta ca motorul sa lucreze in conditii optime de sarcina, turatie si consum. Nu va permite niciodata ca, dupa ce motorul a lucrat intr-o treapta de viteze oarecare, prin schimbarea treptei motorul sa fie fortat sa iasa din regimurile sale optime de functionare. Acest obiectiv se realizeaza prin ceea ce se numeste acoperire de viteze intre etaje. Pentru a intelege termenul se considera urmatorul exemplu. Un autovehicul se deplaseaza cu viteza de 32 km/h in treapta a 3-a de viteze, cu motorul la 1990 rot/min (fig. 4). Aceeasi viteza se poate obtine si in treapta a 4-a, dar cu motorul la 1175 rot/min. Evident ca e mult mai bine sa se execute deplasarea cu respectiva viteza in treapta a 4-a, atat din ratiuni de consum cat si de solicitari mecanice.

Plaja de acoperire este, evident mai larga, tocmai cu scopul de a preveni supraturarea sau calarea motorului la schimbarea etajelor din cutia de viteze.

Eseu: Reguli privind depozitarea materialelor si substantelor combustibile Referat: Caiet de sarcini pentru demolare

Cu cat acoperirea de viteze intre etaje este mai buna, cu atat exista posibilitatea ca motorul sa functioneze mai mult timp in zona optima a regimurilor de functionare. Pe de alta parte insa, o acoperire foarte larga de viteze intre etaje va conduce la un numar mare de trepte in cutia de viteze. Acest lucai va conduce la dimensiuni mari ale cutiei de viteze si la schimbari dese ale treptelor.

O cutie de viteze este etajata pe baza unui compromis intre necesitatea de a avea acoperiri suficiente de viteze intre treptele, consecutive si dezideratul de a avea cat mai putine trepte de viteza. Pe baza acestei observatii se poate trage o concluzie foarte importanta: prin etajarea unei cutii de viteze, practic, se realizeaza o conlucrare optima intre aceasta si motorul cu ardere interna pe care il deserveste. Cu alte cuvinte, pentru un anumit motor este necesara o anumita cutie de viteze daca se doreste o functionare optima a acestei perechi de agregate.

Fig. 4 ilustreaza gama de viteze si acoperirea de viteze dintre etaje pentru o cutie de viteze cu 4 trepte care conlucreaza cu motorul avut anterior in discutie. Si aici apar aceleasi zone hasurate care delimiteaza o zona generala de optim in exploatarea motorului. Asta nu inseamna ca motorul nu poate fi exploatat si in aceste zone hasurate. Sunt situatii cand este chiar necesar sa se atinga turatii ridicate.

Spre exemplu, in cazul depasirilor, ruland in spatele unui autovehicul care urmeaza a fi depasit, se recomanda ca in momentul in care operatiunea de depasire incepe, sa se cupleze treapta imediat inferioara de viteze pentru a obtine un demaraj mai bun (evident, atunci cand se doreste ca depasirea sa se execute in cat mai scurt timp). Explicatiile privind aceasta actiune vor fi tratate in paragraful privitor la forta de tractiune.

Un alt exemplu de exploatare a motorului la turatii ridicate este constituit de asa-numita frana de motor, cand se admit supraturari ale motorului pentru perioade relativ reduse de timp. Problema consumului de combustibil nu se pune in acest caz deoarece, pe timpul efectuarii franei de motor, pedala de acceleratie nu este actionata.

2 Forta de tractiune

S-a putut observa, pana acum, cum cuplul motor este amplificat pe intreg parcursul transmisiei. Cutia de viteze realizeaza acest fenomen in trepte, asadar modificarea de cuplu (marirea cuplului si reducerea corespunzatoare a turatiei) in cutia de viteze are caracter variabil (depinde de treapta cuplata). Dar multiplicarea cuplului are loc si in alte organe ale transmisiei: in reduc tor distribuitor (montat pc autovehiculele cu tractiune pe mai multe punti sau cu tractiune integrala) in grupul conic si in reductoarele de roata (in cazul in care autovehiculul este echipat cu asa ceva; de obicei autovehiculele foarte grele au un astfel de agregat). De remarcat insa ca aici cuplul nu mai poate fi modificat de la etaj la etaj (nu exista mecanisme de schimbare a rapoartelor de transmitere in grupul conic sau in reductoarele de roata). Exceptie face numai reductorul distribuitor din transmisia autovehiculelor de teren care are doua trepte: mers redus (cunoscut si sub denumirea improprie de mers 'greu') si mers normal. Mersul redus se utilizeaza numai cu tractiunea integrala cuplata si numai in treapta intai a cutiei de viteze, fiind necesar numai pentru iesirea din situatii grele de deplasare (de exemplu impotmoliri).

Dar cum se transforma cuplul ajuns la arborii planetari (deci la butucii rotilor motoare) in forta de tractiune, necesara propulsarii autovehiculului? Pentru a intelege acest lucru, se face apel, din nou, la fig. 1, numai ca acum fenomenele se petrec invers. Cuplul M venit de la motor si modificat de agregatele transmisiei este aplicat in centru rotii. La bratul x (care este de fapt raza de rulare a rotii motoare) apare

forta F, care este de fapt forta de tractiune. Roata tinde sa se invarteasca, 'impingand solul' spre inapoi. Cum calea de rulare este imobila, se genereaza o reactiune care de fapt determina propulsarea autovehiculului.

Din fig. 5, care reprezinta variatia fortei de tractiune (notata cu F_t) in functie

de viteza autovehiculului, se pot trage niste concluzii interesante:

pe fiecare etaj al transmisiei se genereaza cate o curba de variatie a fortei de tractiune, care seamana ca alura cu curba momentului de torsiune debitat de motor;

in etajele mai joase valorile fortei de tractiune sunt mai ridicate decat in etajele mai inalte, dar si vitezele de deplasare sunt mai mici;

exista zone de viteze care sunt acoperite de cate doua curbe consecutive (zona terminala a curbei precedente se suprapune peste zona de inceput a curbei urmatoare in sensul in care viteza creste - de la stanga la dreapta pe grafic).

Graficul mentionat se mai numeste si caracteristica de tractiune si reprezinta un instrument important pentru evaluarea performantelor unui autovehicul.

Asa cum s-a afirmat, alura curbelor pe fiecare etaj (se discuta acum despre etaje si nu despre trepte, deoarece treptele sunt realizate in cutia de viteze iar etajele caracterizeaza rapoartele totale de transmitere, din intreaga transmisie) seamana cu alura curbei de moment motor. Este firesc, deoarece este chiar curba de moment

15 motor, amplificata cu raportul total de transmitere din etajul respectiv si impartita la raza de rulare a rotii motoare, pe baza relatiei cunoscute M = F* x, scrisa sub forma

In aceasta relatie F_t este forta de tractiune, M_r este momentul care r

ajunge la roata (adica momentul motor amplificat cu raportul total de transmitere din transmisie pentru etajul respectiv) iar T este raza de rulare a rotii (a fost inlocuita variabila x , care desemneaza o distanta la modul general, cu r, adica cu distanta particulara numita raza de rulare a rotii). Cum roata nu-si modifica dimensiunile (r este constant) inseamna ca doar momentul primit de roata este variabil si are, evident, alura momentului motor.

Ramane in discutie problema vitezelor de deplasare in etajul respectiv. Si acest lucru este simplu: viteza de deplasare este data de turatia motorului, demultiplicata de raportul de transmitere total din transmisie corespunzator treptei de viteza cuplate. Intre viteza unghiulara (deoarece asa soseste miscarea de la motor in butucul rotii si, deci, la roata) si cea liniara (de miscare a autovehiculului) exista urmatoarea relatie de calcul:

v co * r

Asadar, pentru un etaj oarecare al transmisiei, viteza unghiulara de rotire a rotii este data de viteza unghiulara a arborelui cotit al motorului, demultiplicata cu raportul total de transmitere din transmisie din etajul respectiv. Asa se explica de ce, intr-un etaj oarecare, spre exemplu etajul 3 din fig. 5, autovehiculul nu se poate deplasa decat cu viteze cuprinse intre 13 si 35 km/h.

Curbele au valori mai mari ale fortelor de tractiune in etajele inferioare deoarece si rapoartele totale de transmitere sunt mai ridicate, prin urmare momentul motor este mai puternic amplificat pana ajunge la roata. De asemenea, si vitezele sunt mai reduse, deoarece turatia motorului este mai mult demultiplicata in aceste etaje.

Asa se explica si de ce, atunci cand se doreste un demaraj mai intens, ca in cazul depasirilor 'in scurt', se recomanda cuplarea unei trepte imediat inferioare, deoarece forta de tractiune creste sensibil.

Aceasta cuplare este permisa de acoperirea de viteze intre etaje, usor de observat si pe graficul caracteristicii de tractiune (fig. 5), reprezentat de suprapunerile curbelor fortei de tractiune pe anumite plaje de viteze.

Daca insa, pe un etaj oarecare s-a atins o viteza de deplasare ce iese din plaja de acoperire cu etajul precedent, cuplarea treptei inferioare din cutia de viteze va conduce la supraturarea motorului si la deteriorarea acestuia.