Capitolul 3 ARBORII PLANETARI (AP)

3.1. Tipuri constructive de arbori planetari Arborii planetari servesc la transmiterea fluxului de putere al

motorului de la diferential la rotile motoare. Pentru aceasta, ei sunt solidarizati la rotatie atat cu rotile planetare ale diferentialului cat si cu butucii rotilor motoare.

In cazul puntilor motoare la care transmisia principala si diferentialul sunt montate pe partea nesuspendata a maselor automobilului, iar pozitia relativa dintre rotile motoare si diferential este fixa (punte motoare rigida), se folosesc arbori planetari rigizi. In figura 3.1 sunt prezentate tipurile constructive de arbori planetari rigizi.

Fig.3.1.Tipuri constructive de arbori planetari rigizi: 1 capatul de legatura cu roata planetara; 2 capatul de legatura cu butucul rotii motoare.

Cand pozitia relativa dintre rotile motoare si diferential este variabila, se utilizeaza arbori planetari articulati, care au in compunere articulatii homocinetice. Articulatiile homocinetice cele mai folosite vor fi prezentate in subcapitolul urmator. Arborii planetari articulati pentru puntile motoare si de directie au spre roata o articulatie homocinetica unghiulara, iar spre diferential o articulatie homocinetica unghiular-axiala. Arborii planetari articulati pentru puntile motoare au la ambele capete, cel mai adesea, numai articulatii homocinetice unghiular-axiale. In figura 3.2 sunt prezentate tipuri constructive reprezentative de arbori planetari articulati.

1

Fig.3.2.Tipuri constructive reprezentative de arbori planetari articulati

2

Arborii planetari se executa din oteluri aliate cu continut mediu de carbon de tipul 28 MoCr 11, 34 MoCr 11, 35 MnSi 13, 34 MoCrNi 16, 15 Cr 9 supuse tratamentului termic de calire in ulei, urmata de revenire, astfel ca duritatea sa fie de HB=340….440.

O clasificare uzuala a arborilor planetari este in functie de solicitarile la care sunt supusi, solicitari care depind de modul se montare si de rezemare. Dupa acest criteriu se deosebesc:1.Arbori planetari total descarcati = arbori solicitati numai la torsiune. Toti arborii planetari articulati sunt total descarcati;2.Arbori planetari partial incarcati = arbori solicitati la torsiune si la incovoiere;3.Arbori planetari total incarcati = arbori solicitati la torsiune si incovoiere, solicitarea de incovoiere avand pondere mai mare fata de cazul precedent.

3.2.Cuplaje mobile homocinetice

Un mecanism se numeste homocinetic daca legile de miscare ale

elementelor de intrare si de iesire coincid.

Mecanismele spatiale la care axele de rotatie ale elemantelor

conducator si condus sunt concurente, iar planul bisector al acestor axe este

si plan de simetrie al mecanismului sunt mecanisme homocinetice.

Cuplajele unghiulare mobile homocinetice transmit miscarea intre doi

arbori ale caror axe, permanent concurente, formeaza un unghi in general

variabil.

Intersectia permanenta a axelor de rotatie ale elementelor de intrare si

de iesire ale lantului cinematic spatial (centrarea) se poate realize prin:

1. centrare directa a celor doua elemante;

2. centrare indirecta, printr-un lant cinematic;

3. centrare indirecta prin legarea, in paralel cu lantul cinematic

considerat, a cel putin inca doua lanturi identice.

Observatie: Mobilitatea lantului cinematic de baza trebuie sa fie compatibila

cu cea a lantului de centrare.

3

Prin operatiile de simetrizare a cuplajelor unghiulare se urmareste

obtinerea de cuplaje homocinetice echilibrate static si dinamic. Se deosebesc

urmatoarele tipuri de simetrie:

- simetria structurala presupune o anumita asezare (inlantuire) a

cuplelor cinematice;

- simetria cinematica presupune realizat homocinetismul miscarii

cuplajului; ea o implica pe cea structurala;

- simetria dimanica implica simetria cinematica si in plus presupune

si echilibrarea statica si dinamica a cuplajului in pozitia in care

axele de rotatie ale elemantelor de intrare si de iesire sunt in

prelungire.

Cele mai folosite cuplaje mobile homocinetice in constructia

automobilelor sunt:

A. Cuplaje unghiulare cu elemente articulate, dintre care se

mentioneaza:

1. Cuplajul Tracta are la baza o policupla unghiulara complexa,

simetrizata cinematic, iar in varianta constructiva moderna este prezentat in

figura 3.3.a. El consta din doua furci 1 si 2 si din doua elemente intermediare

3 si 4. Principalele avantaje ale acestui cuplaj sunt: constructie simpla,

compacta cu piese usor de realizat; nu necesita conditii deosebite de ungere

sau de intretinere; capacitate portanta mare; permite unghiuri mari intre axe

(pana la 500). Cuplajul necesita o carcasa sferica, etansa, fixa pentru

pastrarea mediului de ungere si pentru sustinerea arborilor. Se utilizeaza

pentru antrenarea rotilor motoare si de directie la automobilele destinate

unor conditii grele de exploatare (fig.3.3.a.c. si fig 3.4).

4

Fig. 3.3.a. Varianta constructiva moderna a cuplajului Tracta

Fig 3.3.b Reprezentare axonometrica

a elementelor cuplajului Tracta

5

Fig. 3.3.c. Punte motoare cu cuplaje Tracta (transmisie Tracta dubla)

6

Fig. 3.4. Punte motoare fata de autocamion cu articulatie Tracta

2. Cuplajul bicardanic centrat consta dintr-un arbore cardanic la

care s-a scurtat arborele propriuzis pana la alaturarea celor doua furci de

capat si s-a introdus un dispozitiv de centrare care mentine furca

intermediara in planul bisector al furcilor exterioare. Cel mai cunoscut este

cuplajul bicardanic homocinetic Borg-Warner a carei schema structurala si

varianta constructiva sunt prezentate in figura 3.5. Cuplajul bicardanic

cvasihomocinetic centrat printr-o cupla de centrare sfera-cilindru are schema

7

cinematica si varianta constructiva prezentate in figura 3.6. Decalajul

unghiular foarte mic (7’ pentru un unghi de inclinare de 240) si suprafetele

cuplelor de centrare usor de realizat fac ca aceste cuplaje sa fie destul de

raspandite.

Fig. 3.5. Cuplaj bicardanic homocinetic Borg-Warner:

a. Schema structurala; b. Varianta constructiva

8

a.

a.

a.

a. b.

Fig. 3.6. Cuplaj bicardanic cvasi homocinetic

a. Schema structurala; b. Varianta constructiva

B. Cuplaje unghiulare cu elemente de rulare au la baza un

mecanism spatial desmodrom simetric format din doua elemente, conditia de

simetrie fiind asigurata de cupla de centrare dintre elemente, care, pentru

imbunatatirea conditiilor de transmitere a miscarii, este realizata cu elemente

intermediare de rulare. Cele mai des intalnite cuplaje de acest tip sunt:

1. Cuplajul unghiular homocinetic Weiss este prezentat in figura

3.7. El consta din arborii 1 si 5 care au la capete cate o furca. Pe bratele

furcilor sunt prelucrate caile de rulare 2 si 4 sub forma unor arce de cerc.

Bilele 3, in numar de patru, asigura transmiterea momentului, in fiecare sens,

prin jumatate din numarul lor, precum si inclinarea celor doi arbori. Bila

centrala 6, montata in locasurile centrale ale celor doua furci, serveste la

centrarea acestora si la preluarea fortelor axiale din arbori. Ea se fixeaza si

se asigura prin doua stifturi in capatul furcii conducatoare.

9

Fig.3.7. Cuplaj homocinetic Weiss

Acest cuplaj asigura unghiuri de inclinare de pana la 250, are capacitate

portanta mare si se foloseste la rotile motoare si de directie ale automobilelor

grele. Prezinta dezavantajul preciziei si calitatii ridicate ale cailor de rulare.

2. Cuplajul unghiular Rzeppa cu colivie autopozitionata este

prezentat in figura 3.8. Autopozitionarea coliviei se realizeaza prin

dispunerea liniilor medii ale cailor de rulare pentru elementele 1 si 2 pe sfere

diferite de aceeasi raza, dar ale caror centre O1 si O2 sunt situate simetric

fata de centrul O al cuplajului, colivia avand numai rol de a mentine bilele in

acelasi plan. Pozitionarea bilelor in planul de simetrie chiar in pozitia

particulara, in care axele de rotatie sunt in prelungire, se realizeaza datorita

efectului de pana in caile de rulare determinate de cercurile de varf si de

10

fund de raza R si respectiv r, cercuri concentrice

Fig.3.8. Cuplaj homocinetic Rzeppa

11

cu cele ale liniilor medii si simetric asezate fata de centrul O al cuplajului.

Golul format de cele doua cai de rulare conjugate este astfel de sectiune

variabila. Pozitiile extreme ocupate de bile in caile de rulare,

corespunzatoare unui unghi γ dat, sunt aratate in fig.3.8.c. In timpul unei

rotiri complete a cuplajului, fiecare bila efectuiaza prin rulare o miscare

relativa de du-te-vino, iar ca rezultanta a miscarii tuturor bilelor, colivia

ramane in planul bisector de simetrie al axelor de rotatie. Frecarile interne

sunt mari si din aceasta cauza turatia maxima de functionare se limiteaza la

1500 rot/min. In schimb unghiul dintre arbori poate ajunge la 37…..400.

Toate cuplajele Rzeppa sunt echilibrate static si dinamic.

3. Cuplajul unghiular tripod cu galeti sferici este teoretic

nehomocinetic, dar datorita decalajului unghiular maxim si a variatiei

raportului de transmitere in limite foarte mici se foloseste cu succes ca

inlocuitor al altor cuplaje homocinetice. La baza cuplajelor tripode simple se

gaseste cupla complexa trimobila, obtinuta prin legarea in paralel a trei cuple

pentamobile de tipul cilindru-cilindru, sau de tipul sfera-plan, asa cum se

vede din figura 3.9.

12

Fig.3.9. Schema structurala a cuplajului unghiular-axial cu tripoda

Acest cuplaj este unghiular-axial, iar pentru transformarea sa in cuplaj

unghiular se limiteaza constructiv deplasarea axiala. Constructia acestui

cuplaj este prezentata in figura 3.10. Limitarea axiala se realizeaza prin

clema 3 (element elastic), care fixeaza elemental tripod 2 de furca condusa

1, iar galetul executa atat miscarea de rulare in caile de rulare ale arborelui 1

(in forma de lalea), cat si o miscare axiala in lungul axului sau din elementul

tripod. Un avantaj al acestui cuplaj este acela ca, miscarea de alunecare este

inlocuita partial cu miscarea de rulare a galetilor sferici in caile de rulare,

deci frecarile sunt mult mai mici ca la cuplajul Rzeppa.

13

Fig.3.10. Constructia cuplajului unghiular cu tripoda

3.3. Calculul arborilor planetari rigiziArborii planetari rigizi sunt solicitati la torsiune de momentul motor

transmis de diferential si la incovoiere, functie de modul de montare al butucului rotii.

Deoarece fortele care actioneaza asupra rotii motoare sunt dependente de regimul de deplasare al automobilului, calculul arborilor planetari rigizi se face pentru patru regimuri caracteristice de miscare: regimul tractiunii, regimul franarii, regimul deraparii si regimul trecerii peste obstacole.

Schema fortelor si momentelor care actioneaza asupra puntii motoare din spate pentru cele patru regimuri este prezentata in figura 3.11.

Fig.3.11. Schema fortelor si momentelor care actioneaza asupra puntii motoare din spate

14

15

16

17

18

19

20

21

22

Fig.3.17.Arbore planetar cu tripode unghiular-axiale pentru punte motoare spate de autobuz (SAVIEM SC10)

23