Ambreiajul1.DESTINATIA ,CONDITIILE IMPUSE SI CLASIFICAREA AMBREAIAJULUIAmbreiajul face parte din transmisia automobilului si este intercalat intre motor si cutia de viteze , reprezentnd organul de transmitere a momentului de la arborele cotit al motorului la cutia de viteze.Funciile ambreiajului sunt urmtoarele :permite la pornirea automobilului cuplarea progresiva a motorului , care se afla in funciune , cu celelalte organe ale transmisiei , care , in acel moment, stau pe loc;permite cuplarea si decuplarea in timpul mersului automobilului motorului cu transmisia , la schimbarea treptelor de viteze ;protejeaz la suprasarcini celelalte organe ale transmisiei.Ambreiajul trebui sa ndeplineasc anumite condiii , si anume :sa permit decuplarea completa si cat mai rapida a motorului de transmisie , pentru ca schimbarea treptelor sa se fac fara ocuri;sa decupleze cu eforturi minime din partea conductorului , fara a se obine insa o cursa la pedala mai mare de 120-200 mm .Fora la pedala necesara declupari nu trebuie sa depaseasca 150 N la autoturisme si 250 N la autocamioane si autobuze ;partile conduse sa aib o greutate cat mai redusa pentru ca schimbarea treptelor sa se fac fara ocurisa fie suficient de progresiv pentru a se evita pornirea brusca din loc a automobilului ;sa asigure in stare cuplata o mbinare perfecta intre motor si transmisie;sa permit eliminarea cldurii care se produce in timpul procesului de cuplare prin patinarea suprafeelor de frecare ;sa amortizeze vibraiile ce se produc in transmisie ;sa aib o construcie simpla si ieftina ;sa fie cat mai uor de intretinut si de reglat si sa ofere sigurana ;Ambreiajele se clasifica dup principiul de funcionare si dup tipul mecanismului de comanda .Dup principiul de funcionare ambreiajele pot fi : mecanice , hidrodinamice , combinate si electromagnetice .Dup tipul mecanismului de comanda ,ambreiajele pot fi cu comanda : mecanica , hidraulica , pneumatica si electrica .Dup modul de realizare a comenzi ,ambreiajele pot fi :neautomate si automate.2.AMBREIAJELE MECANICE2.1.PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE SI CLASIFICARE A AMBREIAJELOR MECANICEPrincipiul de funcionare. Funcionarea ambreiajului mecanic se bazeaz pe forele de frecare care apar intre doua sau mai multe perechi de suprafee sub aciunea unei forte de apsare.Partile componente ale unui ambreiaj (fig. 13.1) sunt grupate astfel : partea conductoare ; partea condusa ; mecanismul de acionare . Partea conductoare a ambreiajului este solidara la rotaie cu volantul motorului , iar partea condusa cu arborele ambreiajului .Pe volantul al motorului este apsat discul condus de ctre discul de presiunedatorita forei dezvoltate de arcurile . Discul condus se poate deplasa axial pe canelurile arborelui al ambreiajului . Pentru a mari coeficientul de frecare. Discul de presiune este solidar la rotaie cu volantul prin intermediul carcasei.Partea conductoare a ambreiajului este formata din : volantul , discul de presiune, carcasa si arcurile de presiune.Partea condusa se compune din : discul condus cu garniturile de frecare si arborele 8 al ambreiajului .Prin frecare ce ia natere intre suprafeele de contact ale volantului si discul de presiune pe de o parte si suprafeele discului condus pe de alta parte , momentul motor este transmis arborelui primar al cutiei de viteza si mai departe , prin celelalte organe ale transmisiei , la rotile motoare.Daca se apas asupra pedalei mecanismului de comanda al ambreiajului , fora se transmite prin parghia cu furca la manonul discului de presiune si nvingnd fora dezvoltata de arcurile ,deprteaz discul de frecare , iar momentul motor nu se transmite mai departe ; aceasta este poziia decuplat a ambreiajului .Cuplarea din nou a ambreiajului se realizeaz prin eliberarea lina a pedalei , dup care arcurile vor apas din nou discul de presiune pe discul condus , iar acesta din urma pe volant .Atta timp cat intre suprafeele de frecare ale discurilor si volantului nu exista o apsare mare , fora de frecare care ia natere intre aceste suprafee va fi mica . In acest caz ,ambreiajul nu va putea transmite ntregul moment motor si in consecina , va exista o alunecare intre volant si discul condus , motiv pentru care discul va avea o turaie mai mica . Aceasta este perioada de patinare a ambreiajului . In aceasta situaie se va transmite prin ambreiaj numai o parte din momentul motor. In perioada de patinare a ambreiajului , o parte din energia mecanica se transforma in energie termica,iar ambreiajul se incalzeste , producnd uzura mai rapida a garniturilor de frecare ale discului condus .La eliberarea completa a pedalei ambreiajului , fora de apsare dezvoltata de arcuri este suficient de mare pentru ase transmite in ntregime momentul motor.Clasificarea ambreiajelor mecanice. Ambreiajele macanice utilizate la automobile se clasifica dup mai multe criterii.Dup forma geometrica a suprafeelor de frecare , ambreiajele pot fi :cu discuri , cu saboi si cu conuri .Dup numrul arcurilor de presiune si modul de dispunere a lor , ambreiajele pot fi : cu mai multe arcuri dispuse periferic si cu un singur arc central .Dup numrul discurilor conduse , ambreiajele pot fi ; du un disc , cu doua discuri si cu mai multe discuri .Dup modul de obinere a forei de apsare , ambreiajele pot fi : simple , semicentrifuge si centrifuge .Dup condiiile de lucru ale suprafeelor de frecare , ambreiajele pot fi : uscate sau in ulei .Dup tipul mecanismului de comanda , ambreiajele pot fi cu comanda : mecanica , hidraulica , cu servomecanism si automata .Dup modul de realizare a debreierii , ambreiajele pot fi : cu debreire manuala , semiautomata , automata .2.2.TIPURI CONSTRUCTIVE DE AMBREIAJE MECANICE2.2.1.Ambreiajul monodisc simplu cu arcuri periferice .In figura 13.2 este reprezentata contructia uni ambreiaj monodisc simplu cu arcuri periferice .Partile componente ale ambreiajului se grupeaz in: organe conductoare ., organe conduse si mecanismul de comanda .Organele conductoare sunt : volantul ,mpreuna cu carcasa, discul de presiune, arcurile de presiune si prghiile de declupare .Discul de presiune este solidara rotaie cu volantul si se poate deplasa axial. Arcurile 3 ,care realizeaz fora de apsare a suprafeelor de frecare , sunt aezate intre discul de presiune si carcasa ambreiajului . Prghiile de deplasare sunt prevzute cu doua puncte de articulaie : unul in discul de presiune si celalalt in carcasa .Organele conduse ale ambreiajului sunt : discul condus si arborele ambreiajului. Discul condus este aezat intre volant si discul de presiune , putnd sa se deplaseze axial pe arborele ambreiajului prevzut cu caneluri la fel ca si butucul discului . Pe discul condus sunt fixate prin nituri doua garnituri de frecare ce au un coeficient de frecare mare .Mecanismul de comanda se compune din manonul de debreiere si pedala ambreiajului .La debreiere.se apas pedala ambreiajului si tija se deplaseaz spre dreapta iar furca de debreiere mpinge manonul de debreiere spre stnga . Rulmentul de presiune apas pe capetele interiore ale prghiilor de declupare , iar acestea se rotesc in jurul punctelor de articulaie de pe carcasa . In felul acesta , prghiile de declupare deplaseaz discul de presiune spre dreapta , comprimnd arcurile . Deoarece discul condus nu mai este apsat asupra volantului , transmiterea momentului de la motor la cutia de viteze se ntrerupe .La ambreiere ridicnd piciorul de pe pedala , furca de debreiere este readusa in poziia iniiala de ctre un arc de readucere si o data cu ea si rulmentul de presiune.

Transmisii Mecanice

Transmisia mecanica este un ansamblu cinematic de elemente care au ca scop transmiterea miscarii de rotatie cu sau fara transformarea acesteia insotita de transmiterea energiei mecanice. Transmisiile mecanice transmit miscari de la arborele motor numit si arbore conductor la arborele condus. Rolul functional a unei transmisii mecanice este acela de a modifica turatia arborelui conducator al masinii motoare in vederea realizarii turatiei necesare masinii de lucru in acelasi sens sau cu inversarea sensului de miscare. Parametrii de baza a unei transmisii mecanice sunt : - puterea de transmisie - sensul de rotatie - randamentul transmisiei - turatia arborelui conductor - turatia arborelui condus - raportul de transmitere

Clasificare

Transmisiile mecanice pot fi : - directe - indirecte

Transmisiile directe se caracterizeaza prin distanta mica dintre axa arborelui conducator si axa arborelui condus. Din categoria transmisiilor mecanice directe fac parte : - transmisii cu roti dintate - transmisii cu came - transmisii cu roti de frictiune - surub - piulita

Transmisiile indirecte se caracterizeaza prin distanta mare dintre cei doi arbori. Din categoria transmisiilor mecanice indirecte fac parte : - transmisii cu lant - transmisii prin curele - transmisii cu parghiiCutia de viteze manual - mod de funcionare i componente(0) Echiparea automobilelor cu cutii de viteze manuale sau automate depinde n principal de ara n care se comercializeaz automobilul respectiv. De exemplu n Europa aproximativ 70% din automobilele n circulaie sunt echipate cu cutii de viteze manuale. La polul opus se afl regiuneaNAFTA(America de Nord, Canada i Mexic) i Japonia n care automobilele cu cutii automate reprezint 84%, respectiv 70%, din totalul de automobile aflate n circulaie.Caracteristica de traciune a automobilului Utilizarea cutiilor de viteze pe un automobil este necesar datorit urmtoarelor limitri ale motorului cu ardere intern: turaie minim stabil relativ mare (600 ... 800 rot/min); un singur sens de rotaie al arborelui cotit; puterea maxim este obinut la o anumit turaie; consumul de combustibil depinde de turaia motorului. Necesitatea de traciune a unui automobil se poate explica cu ajutorul puterii disponibile la roile motoare. Astfel, puterea la roat este dat de produsul forei de traciune i a vitezei tangeniale a roii (care este egal cu viteza automobilului):P [W] = Ft [N] v [m/s] S presupunem c avem disponibil la roat puterea maxim a motorului Pmax, indiferent de valoarea vitezei de deplasare. n acest caz fora de traciune va depinde numai de viteza de deplasare a automobilului, deoarece puterea motorului este constant la valoarea maxim:Ft = Pmax / v Reprezentare grafic a relaie dintre fora de traciune i viteza automobilului se numete hiperbola ideal de traciune (HIT) i reprezint caracteristica ideal de traciune a unui automobil.

Foto: Caracteristica ideal de traciune a unui automobil Este evident c caracteristica de traciune a unui motor termic este departe de a fi apropiat de caracteristica ideal de traciune. Curba de culoare neagr reprezint caracteristica motorului termic fr s fie modificat de rapoartele unei cutii de viteze. Este echivalent cu raportul de priz direct a unei cutii de viteze la care raportul de transmitere este aproximativ 1.00. Suprafa colorat n albastru deschis reprezint zone de funcionare din punct de vedere ale traciunii dar care nu sunt acoperite de motorul termic. Rezult ca automobilul are nevoie de un convertor de cuplu i turaie care s aduc caracteristica motorului termic ct mai aproape de caracteristica ideal de traciune.

Foto: Caracteristica de traciune pentru o cutie de viteze n patru trepte pentru automobile Dup cum se observ dac utilizm o cutie de viteze n patru trepte se obine o caracteristic de traciune apropiat de cea ideal. Din punct de vedere al traciunii cu ct cutia de viteze are mai multe trepte cu att caracteristica de traciune este mai apropiat de cea ideal. Dac inem cont de limitrile motorului cu ardere intern precum i de necesarul de traciune al unui automobil putem spune c o cutie de viteze are urmtoarele roluri/funcii: adaptarea caracteristicii de cuplu a motorului n funcie de variaia rezistenelor la naintare; permite mersul napoi al automobilului pentru acelai sens de rotaie al arborelui cotit; permite decuplarea motorului de restul transmisie n cazul staionarii ndelungate a automobilului.Construcia i funcionarea cutiei de viteze manual n funcie de modul de poziionare ale motorului cu ardere intern structura unei cutii de viteze manual este diferit. De exemplu pentru automobilele cu motoare dispuse longitudinal pe puntea fa i traciune pe puntea spate cutia de viteze are trei arbori: unul de intrare, unul intermediar i al treilea de ieire.

Foto: Cutie de vitezeNVGcu cinci trepte pentru automobile cu traciune spate (motor dispus longitudinal)Sursa: General Motors n cazul automobilelor cu motor pe puntea din fa i traciune fa (soluia totul fa) cutiile de viteze au doi arbori: unul de intrare i unul de ieire.

Foto: Cutie de viteze i diferenial General Motors cu ase trepte pentru automobile cu traciune fa (motor dispus transversal)Sursa: General Motors Cutiile de viteze conin mai multe perechi de mecanisme cu roi dinate care au rolul de a transforma cuplul motor i turaia n scopul adaptrii motorului la cerinele de traciune. Dac o cutie de viteze este de tipul 5+1 nseamn c conine 5 mecanisme de roi dinate pentru mersul nainte i un mecanism pentru mersul napoi.

Foto: Cutie de viteze manual (5+1) pentru un automobil cu motor montat transversal i traciune fa.Sursa: Wikimedia Commons1. pinionul intermediar al treptei de mers napoi2. caneluri pe care se monteaz discul de ambreiaj3. arborele de intrare n cutia de viteze4. pinionul primar al treptei I5. pinionul prima al treptei de mers napoi6. pinionul primar al treptei II7. pinionul primar al treptei III8. furca de cuplare a treptelor III-IV9. pinionul primar al treptei IV10. pinionul primar al treptei V11. furca de cuplare a treptei V12. arborele secundar13. pinionul diferenialului14. pinionul secundar al treptei I15. furca de cuplare a treptelor I-II16. pinionul secundar al treptei II17. pinionul secundar al treptei III18. senzor de vitez19. pinionul secundar al treptei IV20. pinionul secundar al treptei V21. tij de selecie Pinioanele primare pentru toate treptele de vitez sunt fixe pe arbore, nu se pot roti independent fa de arborele primar. Pe de alt parte pinioanele de pe arborele secundar sunt libere pe arbore, acestea se rotesc chiar dac arborele secundar nu se rotete (caz n care vehiculul staioneaz). De reinut c toate mecanismele cu roi dinate sunt angrenate tot timpul, cuplarea i decuplarea unei trepte de vitez se face prin intermediul unor manoanelor de cuplare.

Foto: Schema cinematic a unei cutii de viteze 5+1 (automobil motor montat transversal pe puntea fa i traciune fa) Fiecare treapt de vitez este caracterizat de unraport de transmitere. Acest raport reprezint valoarea cu care este convertit cuplul motor i turaia motorului ntr-o anumit treapt de vitez. Raportul de transmitere depinde de mrimea pinioanelor ce compun treapta de vitez. Dac se cunosc numrul de dini sau diametrul fiecrui pinion se poate calcula raportul de transmitere:i = z2/z1 = d2/d1unde:z numrul de dinid diametrul1 pinionul conductor (motor)2 pinionul condus

Foto: Exemplu de angrenaj pentru cutie de viteze manualaSursa: Wikimedia Commons Raportul de transmitere al acestui angrenaj este de 2.8 deoarece pinionul condus are 28 de dini iar cel conductor 10 dini. Exemple de rapoarte de vitez:RaportulMotor 1(benzin 75 CP)Motor 2(benzin 258 CP)Motor 3(diesel 150 CP)

13.734.353.80

22.052.502.23

31.391.671.36

41.031.230.97

50.791.000.76

6-0.850.61

diferenial4.503.153.56

Pe baza valorilor rapoartelor treptelor cutiei de viteze putem extrage cteva informaii referitoare la automobil. De exemplu n primul exemplu (Motor 1) cutia de viteze este cu doi arbori, traciune fa, deoarece raportul de priz direct (treapta a patra) nu are valoarea 1.00 ci este apropiat (1.03). n cazul exemplului cu Motor 2 cutia de viteze este cu trei arbori, traciune spate, deoarece treapt de priz direct are valoare 1.00. n acest caz arborele de intrare din cutie este conectat la arborele de ieire fr s mai treac printr-un mecanism cu pinioane. n cazul unui automobil cu o singur punte motoare, fa sau spate, cuplul i turaia motorului sunt transformate de dou ori pn s ajung la roi. Prima conversie este fcut de raportul treptei de vitez cuplate iar a doua de raportul diferenialului. De exemplu dac, n cazul cutiei de pe Motorul 3 (diesel 150 CP) cuplul motor este de 130 Nm, iar prima treapt este cuplat, la fiecare roat motoare vom avea (130 x 3.8 x 3.56)/2 adic 879 Nm ! n acelai timp dac turaia motorului este de 2000 rot/min iar automobilul se deplaseaz n linie dreapt fiecare roat va avea turaia de (2000 / 3.8 / 3.56) adic 148 rot/min!Procesul de sincronizare al turaiilor arborilor Procesul de cuplare a unei trepte de vitez este fcut n dou etape:selecie: reprezint etapa de selectare a manonului de cuplare pentru treapta de vitez dorit (micarea levierului de viteze n stnga sau dreapta);angajare: reprezint cuplarea efectiv a treptei de vitez dorit (micarea levierului de viteze nainte sau napoi). Etapa de angajare a treptei de vitez este distinct deoarece n acest etap se face sincronizarea. n cazul n care schimbm o treapt de vitez (de exemplu 1-2) la trecerea n noua treapt de vitez, a doua, turaia arborelui de intrare trebuie sincronizat cu turaia arborelui de ieire. Exemplu: Schimbare de treapt 1-21) nintrare= 3000 rot/min2) i1= 3.733) nieire= 804 rot/min

6) nintrare= 1649 rot/min5) i2= 2.054) nieire= 804 rot/min

Din exemplul prezentat rezult c la schimbare din treapta 1 n treapta 2 turaia arborelui de intrare trebuie redus la 1649 rot/min de la 3000 rot/min. Astfel se face sincronizarea turaiilor arborilor. Sincronizarea este un proces care nu este perceput n mod evident de ctre conductorul auto. O schimbare de treapt de vitez dureaz n medie 0.7 secunde, perioad ce cuprinde att selecia ct i angajarea. Pentru a nelege cum se face sincronizarea trebuiesc studiate componentele care sunt implicate n procesul de schimbare a unei trepte de vitez. n figura de mai jos este prezentat o pereche de pinioane primare mpreun cu furca i manonul de cuplare. Pereche de pinioane primare cu elementele de acionare i sincronizare (poziie necuplat):1. arbore secundar2. pinion secundar (treapta n)3. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n)4. inel sincronizator (treapta n)5. manon de cuplare6. furc de acionare7. inel sincronizator (treapta n+1)8. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n+1)9. pinion secundar (treapta n+1)

Foto: Manon de cuplare n poziia neutrSursa: Wikimedia Commons n momentul n care se efectueaz angajareatreptei de vitez(9)manonul de cuplare(5) acionat defurca(6)mpinge inelul sincronizator(7) pecoroana dinat(8). Contactul dintre inelul sincronizator i coroana dinat se efectueaz pe o suprafa conic interioar i are ca rezultat ncetinirea turaiei arborelui primar care este solidar cupinionul(9). Cnd diferena de turaii dintre arborele primar i inelul sincronizator tinde spre zero, aceste piese se rotesc cu aceeai turaie,manonul de cuplare(5) se va deplasa pesteinelul sincronizator(7) icoroana dinat(8) rigidizndu-le. Astfel se realizeaz cuplare unei trepte prin sincronizare. Pereche de pinioane primare cu elementele de acionare i sincronizare (poziie cuplat):1. arbore secundar2. pinion secundar (treapta n)3. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n)4. inel sincronizator (treapta n)5. manon de cuplare6. furc de acionare7. inel sincronizator (treapta n+1)8. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n+1)9. pinion secundar (treapta n+1)10. butucul manonului de cuplare11. element de blocare a manonului pe poziia neutr

Foto: Manon de cuplare n poziia cuplatSursa: Wikimedia Commons De reinut c la o schimbare n sus (din treapta n n n+1) arborele primar trebuie frnat iar la o schimbare n jos (din treapta n+1 n n) arborele primar trebuie accelerat. Astfel la o schimbare n jos, mai ales dac schimbarea este de la n la n-2, pentru a avea o sincronizare mai rapid, se poate face o dubl debreiere. Acest procedeu const n accelerarea motorului, cu ambreiajul cuplat, nainte de a angaja treapta dorit, pentru accelerarea arborelui primar. Etapele succesive ale unei schimbri de vitez cu dubl debreiere sunt:1. decuplarea motorului de transmisie prin apsarea pedalei de ambreiaj2. scoaterea din treapta de vitez curent (n)3. cuplarea motorului prin eliberarea pedalei de ambreiaj4. accelerarea motorului pn la turaia dorit5. decuplarea motorului de transmisie prin apsarea pedalei de ambreiaj6. angajarea noii trepte de vitez (n-1 sau n-2) Acest procedeu este mult mai eficient la schimbri de trepte de tipul 3-1 sau 4-2 pentru care arborele primar trebuie accelerat cu aproximativ 2000 rot/min. Este evident c se poate efectua o schimbare de treapt clasic, fr dubl debreiere, dar care v-a dura mai mult datorit faptului c sincronizarea va fi mai lung. Majoritatea cutiilor de viteze manuale sunt prevzute cu sincronizatoare cu un singur inel. Exist cutii de viteze care au sincronizatoare duble, cu dou inele de sincronizare. Aceste sunt utilizate n special pentru treptele 1 i 2 la care sincronizarea poate presupune decelerarea sau accelerarea arborelui primar la valori mai ridicate.

Foto: Sincronizator dubluSursa: Borg Warner1. pinion secundar;2. coroan dinat;3. rulment cu ace;4. inel sincronizator interior;5. inel intermediar;6. inel sincronizator exterior;7. butuc manon de cuplare;8. manon de cuplare;9. element de blocare a manonului pe poziia neutr Una din constrngerile unei cutii de viteze manuale este necesitatea unei fore de acionare egale asupra sincronizatoarelor, indiferent de treapta de vitez. Pentru a realiza cuplarea treptelor de vitez n acelai interval de timp avem nevoie de o for mai mare de acionare pentru treptele inferioare. Soluia la acest inconvenient este sincronizatorul dublu, care la aceeai for de acionare ,datorit suprafeei de frecare mrit, realizeaz sincronizarea la fel de rapid ca n cazul treptelor superioare (prevzute cu sincronizatoare simple). n videoclipul de mai jos este explicat construcia i modul de funcionare al unei cutii de viteze manuale. Cutia prezentat este pentru un automobil cu traciune spate, cu trei arbori. nelegerea modului de funcionare al unei cutii manuale este deosebit de important deoarece permite nelegerea conceptelor mai avansate de cutii cum ar fi cutiile de viteze automatizate sau cu dublu ambreiaj.