Calculul Si Constructia Ambreiajului

31
CALCULUL SI CONSTRUCTIA AMBREIAJULUI La majoritatea autovehiculelor ambreiajul se fixează de volantul motorului, mărind astfel momentul de inerţie al acestuia, şi constituie în cazul ambreajelor mecanice, un cuplaj de fricţiune, prin care, cu ajutorul forţelor de frecare cuplul motorului se transmite la roţile motoare, prin transmisia autovehiculelor. În cazul ambreajelor hidraulice el joacă chiar rol de volant. Includerea ambreiajului în transmisia autovehiculului are drept scop compensarea principalelor dezavantaje ale motorului cu ardere internă, funcţionare instabilă şi mers neuniform al arborelui cotit. Ambreiajul 2 (fig.6.1) reprezintă un cuplaj de legătură între arborele cotit al motorului 1 şi arborele primar al cutiei de viteze 3, fiind amplasat în vecinătatea volantului motorului, cu care este compatibil în dimensiuni. Ambreiajul este inclus în transmisia automobilului în vederea compensării principalelor dezavantaje funcţionale ale motorului cu ardere internă precum şi ale cutiei de viteze mecanice în trepte. El serveşte la: - cuplarea progresivă a motorului cu restul transmisiei la pornirea din loc a automobilului; - decuplarea temporară a transmisiei la: - pornirea motorului termic, în vederea atingerii regimului de funcţionare regimului de funcţională stabilă a acestuia; - schimbarea treptelor de viteză; - frânarea automobilului până la oprire;

Transcript of Calculul Si Constructia Ambreiajului

Page 1: Calculul Si Constructia Ambreiajului

CALCULUL SI CONSTRUCTIA AMBREIAJULUI

La majoritatea autovehiculelor ambreiajul se fixează de volantul motorului, mărind astfel momentul de inerţie al acestuia, şi constituie în cazul ambreajelor mecanice, un cuplaj de fricţiune, prin care, cu ajutorul forţelor de frecare cuplul motorului se transmite la roţile motoare, prin transmisia autovehiculelor. În cazul ambreajelor hidraulice el joacă chiar rol de volant. Includerea ambreiajului în transmisia autovehiculului are drept scop compensarea principalelor dezavantaje ale motorului cu ardere internă, funcţionare instabilă şi mers neuniform al arborelui cotit.               Ambreiajul 2 (fig.6.1) reprezintă un cuplaj de legătură între arborele cotit al motorului 1 şi arborele primar al cutiei de viteze 3, fiind amplasat în vecinătatea volantului motorului, cu care este compatibil în dimensiuni.          Ambreiajul este inclus în transmisia automobilului în vederea compensării principalelor dezavantaje funcţionale ale motorului cu ardere internă precum şi ale cutiei de viteze mecanice în trepte. El serveşte la:- cuplarea progresivă a motorului cu restul transmisiei la pornirea din loc a automobilului;- decuplarea temporară a transmisiei la:- pornirea motorului termic, în vederea atingerii regimului de funcţionare regimului de funcţională stabilă a acestuia;- schimbarea treptelor de viteză;- frânarea automobilului până la oprire;

Fig.6.1.  Dispunerea ambreiajului înechipamentul de propulsie

- limitarea valorii maxime a momentului de torsiune din organele transmisiei şi motorului (cuplaj de siguranţă); izolarea între motor şi transmisie a vibraţiilor torsionale provenite din funcţionarea motorului şi din deplasarea automobilului pe cale.

Constructiv, ambreiajul este constituit din partea conducătoare, partea condusă şi sistemul de acţionare.

Page 2: Calculul Si Constructia Ambreiajului

Partea conducătoare reprezentată prin volantul 1 al motorului şi mecanismul de ambreiaj 2, cuprinde totalitatea elementelor ambreiajului legate prin legături permanente cu arborele cotit al motorului. Partea conducătoare se află întotdeauna în acelaşi regim de mişcare cu arborele cotit al motorului.

Fig.6.2.  Compunerea generalăa ambreiajului

Partea condusă reprezentată de discul de ambreiaj 3 şi arborele ambreiaj (dacă acesta există ca piesă distinctă), cuprinde totalitatea elementelor ambreiajului legate prin legături permanente de arborele primar al cutiei de viteze, cu care se află în acelaşi regim de mişcare.Sistemul de acţionare, reprezentat prin manşonul de decuplare 4, furca 5 şi un dispozitiv extern de comandă 6, mecanic sau hidraulic, cuprinde totalitatea elementelor ce participă la stabilirea sau desfacerea legăturii, numită legătură de cuplare, dintre partea conducătoare şi partea condusă.

Starea cuplată a ambreiajului corespunde existenţei legăturii de cuplare, iar starea decuplată corespunde desfacerii legăturii de cuplare. Trecerea ambreiajului din stare decuplată în stare cuplată se obţine în urma acţiunii de debreiere, iar trecerea din starea cuplată în starea decuplată se obţine în urma debreierii.

După felul legăturii de cuplare se deosebesc:- ambreiaje mecanice,tratate în această lucrare: ambreiajele la care legătura de cuplare este reprezentată de forţele de frecare ce iau naştere în suprafeţele frontale de contact ale părţilor conducătoare şi condusă sub acţiunea unor forţe normale de apăsare dezvoltate în sistemele mecanice rigide sau elastice;- ambreiaje hidrodinamice (hidroambreiajele): ambreiajele la care legătura de cuplare se obţine printr-un lichid, după principiul de lucru al maşinilor hidraulice rotative;- ambreiaje electromagnetice: ambreiajele la care legătura de cuplare este consecinţa unui câmp electromagnetic indus ansamblului condus de ansamblul conducător.          Un ambreiaj bine conceput şi corespunzător reglat trebuie să îndeplinească o serie de cerinţe, dintre care:- la decuplare să asigure desfacerea rapidă şi totală a legăturii dintre motor şi transmisie, pentru a da posibilitatea schimbării treptelor de viteză fără şocuri şi pentru a preîntâmpina

Page 3: Calculul Si Constructia Ambreiajului

uzura prematură a ambreiajului prin existenţa frecării mecanice din suprafeţele de contact atunci când automobilul este oprit cu motorul în funcţiune şi din cutia de viteze cuplată;-  la cuplare să asigure cuplarea lină şi completă a motorului cu transmisia, adică să permită o creştere progresivă a momentului pe care îl transmite, pentru a se evita pornirea bruscă din loc a automobilului şi apariţia unor solicitări dinamice însemnate în transmisie. Cum în fazele cuplării ambreiajului o parte din energia motorului se transformă prin patinarea ambreiajului în căldură, ambreiajul trebuie să fie capabil să preia întreaga căldură rezultată, fără a se produce creşteri periculoase de temperatură, şi să o cedeze cu uşurinţă mediului exterior;- în stare cuplată, în toate condiţiile normale de funcţionare ale automobilului, să asigure transmiterea integrală a momentului maxim al motorului, fără patinare, iar în regimurile în care pot apărea suprasarcini dinamice să limiteze, prin patinare, creşterea momentului, evitându-se astfel suprasolicitarea organelor transmisiei. De asemenea, faţă de caracterul periodic variabil al momentului motorului şi aleatoriu variabil al rezistenţelor de înaintare, ambreiajul trebuie să asigure izolarea transmiterii vibraţiilor de torsiune între motor şi transmisie.          În afara condiţiilor impuse ambreiajului în diversele faze de funcţionare, acesta trebuie să mai îndeplinească următoarele: momentul de inerţie al părţii conduse, solidare la rotaţie cu arborele primar al cutiei de viteze, să fie cât mai mic, un moment mare prelungind durata de egalizare a vitezelor unghiulare ale roţilor dinţate ce urmează a fi cuplate, pe toată durata de funcţionare, parametrii de bază să varieze cât mai puţin, cuplate; pe toată durata de funcţionare, parametrii de bază să varieze cât mai puţin, eventualele reglaje impuse de corectarea parametrilor urmând să se menţină timp îndelungat; să aibă durată de serviciu şi o rezistenţă la uzură cât mai mari; să aibă dimensiuni geometrice şi mase cât mai reduse; să confere siguranţă în funcţionare printr-o construcţie simplă şi ieftină.          În construcţia de automobile, ambreiajele mecanice, de fricţiune, au căpătat răspândirea cea mai largă, dat fiind faptul că ele satisfac în bună măsură cerinţele principale, respectiv: sunt simple, ieftine, sigure în exploatare, uşor de manevrat şi au momente de inerţie mici ale pieselor părţii conduse. Funcţionarea ambreiajelor mecanice este bazată pe folosirea forţelor de frecare ce apar între suprafeţele părţilor conduse şi conducătoare ale acestora.

6.1.   Alegerea tipului constructiv          Ambreiajele mecanice întâlnite în construcţia de autoturisme sunt ambreiaje cu arcuri.          Partea conducătoare, legată de arborele cotit 1 al motorului, cuprinde volantul 2, de care se montează, prin şuruburile 3,carcasa 4 a mecanismului ambreiaj. Solidar în rotaţie cu carcasa 4, având însă faţă de ceasta mobilitate relativă de translaţie, se găseşte discul de presiune 5. Pentru realizarea forţei necesare menţinerii stării cuplate a ambreiajului, între carcasa  4 şi discul de presiune 5 sunt montate precomprimat, arcurile periferice 7, respectiv arcul central diafragmă 9.          Arcurile periferice, dispuse echidistant pe periferia discului de presiune, sunt arcuri elicoidale din sârmă trasă cu caracteristică liniară. Stările de funcţionare ale ambreiajului sunt determinate prin modificarea săgeţii elastice a arcurilor. Pentru aceasta, ambreiajul este prevăzut cu pârghiile de decuplare 6. a) ambreiaj cu arcuri periferice     b)ambreiajul cu arc central diafragmă

Page 4: Calculul Si Constructia Ambreiajului

Fig.6.3.  Schemele de organizare constructivă a  ambreiajelor mecanice cu arcuri

La ambreiajul cu arc central diafragmă rolul arcurilor de presiune şi al pârghiilor de decuplare este îndeplinit de un disc subţire din oţel de formă tronconică, având o serie de braţe elastice formate din tăieturi. În mecanismul ambreiaj prezentat, arcul se sprijină, prin cercul bazei mari pe discul de presiune 5 şi, prin reazămul 8 din zona mediană, de carcasa 4. Situarea arcului în diferite poziţii în caracteristica elastică, corespunzătoare stărilor de funcţionare, se obţin prin modificarea înălţimii trunchiului de con la acţionarea cu o forţă deformatoare asupra cercului bazei mici.          Partea condusă este reprezentată prin ansamblul discului condus 10, montat prin caneluri pe arborele 11, care, în majoritatea cazurilor, este arborele primar al cutiei de viteze.          Partea de comandă este reprezentată prin pârghia 13 şi prin manşonul de decupare 12.          În stare normală, ambreiajul este cuplat. Starea “normal cuplată” este efectul arcurilor de presiune 7 (fig.6.3.a), respectiv al arcului diafragmă 9 (fig.6.3.b), care, montate precomprimat între carcasa 4 şi discul de presiune 5, în tendinţa de destindere, vor realiza strângerea discului condus între volant şi discul de presiune.          Forţele normale de apăsare dintre suprafeţele conduse şi suprafeţele conducătoare vor determina apariţia forţelor de frecare, fiecare suprafaţă de frecare reprezentând o cale de legătură dintre părţile condusă şi conducătoare. Forţele de frecare astfel generate, reduse în raport cu axa de rotaţie, dau naştere momentului capabil al ambreiajului.          Decuplarea ambreiajului se obţine când în partea de comandă se dezvoltă o forţă de decuplare Fd, sub acţiunea căruia manşonul de decuplare 12, deplasat axial spre stânga, va rotii pârghiile de decuplare a forţelor elastice ale arcului diafragmă 9, în sens orar. Simultan cu preluarea de către pârghiile de decuplare a forţelor elastice ale arcurilor, prin comprimarea

Page 5: Calculul Si Constructia Ambreiajului

suplimentară a arcurilor, discul de presiune 5 este deplasat axial spre stânga, până când se desface contactul cu frecare dintre părţile conducătoare şi condusă. Se obţine starea de debreiere (decuplarea motorului de transmisie). Ambreierea după debreiere ( recuplarea motorului de transmisie ) se obţine prin anularea forţei de decuplare Fd din partea de acţionare, când, prin destinderea arcurilor în starea anterioară decuplării, se realizează contactul cu frecare dintre partea conducătoare şi partea condusă.          Analizând comparativ construcţiile celor două tipuri de ambreiaje, la ambreiajele cu arcuri periferice se constată următoarele:- apăsarea discului de presiune pe suprafaţa de frecare se face uniform;- montarea arcurilor impune o serie de prevederi constructive legate de menţinerea lor contra acţiunii forţei centrifuge la funcţionarea motorului şi de evitarea acţiunii directe a fluxului de căldură rezultat în fazele de patinare ale ambreiajului;-  pârghiile de decuplare impun operaţii laborioase de reglare pentru dispunerea capetelor inferioare într-un plan paralel cu planul manşonului de decuplare;-  fiabilitate redusă datorită existenţei unui număr mare de piese şi cuple mobile şi cu frecare ce intră în compunerea ambreiajului.Din analiza celor două caracteristici rezultă următoarele:- acţionarea ambreiajului cu arc diafragmă este mai uşoară deoarece forţa necesară pentru menţinerea ambreiajului în poziţie decuplată este mai redusă la acest tip de ambreiaj (FD1<<FD2);- ambreiajul cu arc central diafragmă prezintă o progresivitate ridicată la cuplare datorită elasticităţii mari a arcului diafragmă;- ambreiajul cu arc central diafragmă nu are tendinţa de patinare la uzarea garniturilor, deoarece momentul capabil al ambreiajului se menţine în jurul valorii nominale de nou pe toată durata de funcţionare a ambreiajului (corespunzătoare uzării garniturilor cu mărimea Dh);- toate elementele constructive sunt piese de revoluţie, astfel că echilibrarea ambreiajului se face fără dificultate.

Page 6: Calculul Si Constructia Ambreiajului

La ambreiajele cu arc central diafragmă, în funcţie de sensul de acţionare al forţei de decuplare, se disting două tipuri: ambreiajul cu arc diafragmă decuplabil prin comprimare, numit şi ambreiaj de tip apăsat şi ambreiajul cu arc diafragmă decuplabil prin tracţiune, numit şi ambreiaj de tip tras.

Construcţia ambreiajului cu arc diafragmă de tip apăsat cuprinde în partea conducătoare: volantul 1 al motorului, carcasa ambreiajului 2, discul de presiune 3 şi arcul diafragmă 4, montat precomprimat  în carcasă. Solidarizarea în rotaţie dintre discul de presiune 3 şi carcasa 2 se face prin intermediul lamelelor elastice multiple 5, care permit şi translaţiile relative dintre disc şi carcasă necesare decuplării  şi compensării uzurilor.Construcţia ambreiajelor  cu arc diafragmă de tip tras diferă prin modul de montare al arcului diafragmă 1 precomprimat între carcasa 2 şi discul de presiune 3 prin rezemarea de carcasă prin cercul bazei mari. Starea decuplată se obţine prin depărtarea manşonului de decuplare 4 de volantul motorului.          Aleg ambreiaj mecanic neautomat cu arc central diafragmă de tip apăsat.

Page 7: Calculul Si Constructia Ambreiajului

6.2. Elemente de calcul ale ambreiajului

Calculul ambreiajului cuprinde determinarea dimensiunilor principale în raport cu valoarea maximă a momentului motor, în funcţie tipul şi destinaţia automobilului şi de verificarea la rezistenţă a principalelor piese componente.

6.2.1. Determinarea parametrilor de bază ai ambreiajului

Parametrii principali care caracterizează construcţia ambreiajului se referă la coeficientul de siguranţă (β), presiune specifică (ps) şi creşterea de temperatură (Δt) în ambreiaj la pornirea din loc a automobilului.

6.2.2.  Determinarea momentului de calcul         

În timpul funcţionării ambreiajelor, ca urmare a frecărilor normale din fazele de cuplare decuplare ale ambreiajului, suprafeţele de frecare ale discului conduse sunt supuse uzurii. Faţă de construcţia mecanismului ambreiaj şi modul de generare a forţelor de cuplare, uzarea garniturilor de frecare determină o detensionare a arcurilor şi deci o modificare a forţei de apăsare. Pentru ca ambreiajul să fie capabil să transmită momentul maxim al motorului şi în cazul în care garniturile de frecare sunt uzate, la dimensionarea ambreiajului se adoptă momentul capabil al ambreiajului mai mare decât momentul maxim al motorului.          În calculele de predimensionare acest lucru este luat în considerare prin coeficientul de siguranţă al ambreiajului, notat b şi definit ca valoare a raportului dintre momentul de calcul al ambreiajului(MM) şi momentul maxim al motorului (MM).           Momentul de calcul se determină cu formula:                   Ma=β∙Mmax                                                                             Alegerea valorii coeficientului de siguranţă al ambreiajului în vederea determinării momentului necesar al ambreiajului se face ţinându-se seama de tipul şi destinaţia automobilului, precum şi de particularităţile ambreiajului.          Pentru valori mari ale coeficientului de siguranţă b se reduce intensitatea patinării ambreiajului la uzarea garniturilor de frecare, se reduce lucrul mecanic de patinare şi, prin aceasta, se sporeşte durata de funcţionare a ambreiajului şi se reduce timpul de ambreiere, îmbunătăţindu-se dinamicitatea automobilului.          Mărirea exagerată a coeficientului de siguranţă contribuie la apariţia unor suprasarcini în transmisie, în special la frânarea bruscă a automobilului, prin diminuarea capacităţii de protecţie prin patinare. În plus, cu cât b are valori mai ridicate, cu atât şi forţa necesară pentru cuplarea ambreiajului devine mai mare.          Ambreiajul la care coeficientul de siguranţă are valori reduse protejează bine transmisia de suprasarcini, deoarece patinarea ambreiajului are loc la valori mai mici ale momentului de torsiune, deci mai uşor şi mai frecvent în timpul deplasării automobilului. Această situaţie poate deveni dezavantajoasă, deoarece alunecările frecvente provoacă uzura prematură a discurilor.          De-a lungul duratei de utilizare a automobilului, prin uzarea garniturilor de frecare ale ambreiajului valoarea coeficientului de siguranţă se modifică după caracteristica elastică a arcurilor utilizate. Corespunzător reducerii forţelor de apăsare a arcurilor datorită uzării

Page 8: Calculul Si Constructia Ambreiajului

ambreiajului scade şi valoarea momentului capabil al ambreiajului. Îndeplinirea cerinţei de transmitere integrală a momentului maxim al motorului limitează scăderea coeficientului de siguranţă al ambreiajului uzat până la limita: bu³1.          Ţinând seama de precizările de mai înainte, pentru valorile coeficientului de siguranţă al ambreiajului, în concordanţă cu valorile întâlnite la automobile similare, se recomandă b=1,4…1,7 pentru autoturisme cu capacitate normală de trecere, b=2,0…2,5 pentru autoturisme cu capacitate mărită de trecere; b=3…4 pentru autoturisme de competiţii sportive. Valorile spre limita superioară se recomandă în cazul ambreiajelor cu arcuri elicoidale la care reducerea forţei elastice este direct proporţională cu uzura garniturilor, iar valorile spre limita inferioară se recomandă în cazul arcurilor centrale diafragmă, la care forţa capabilă a arcurilor este puţin influenţată de modificarea săgeţii de precomprimare a arcului în limita uzurilor normale. Pentru calcule de dimensionare a ambreiajului se alege b=1,5.               Ma=1,5∙115,266 Ma=172,899 [Nm]

6.2.3.  Presiunea specifică (ps)          Presiunea specifică dintre suprafeţele de frecare ale ambreajului reprezintă raportul dintre forţa dezvoltată de arcul presiune (F) şi aria unei suprafeţe de frecare a ambreiajului(A), după relaţia:

                                                                        Valoarea maximă a presiunii specifice este limitată prin tensiunea admisibilă de strivire a materialului constituent al garniturilor. Faţă de această limită fizică, în adoptarea valorii de predimensionare a ambreiajului sunt de considerat următoarele aspecte:- valori spre limita tensiunii admisibile de strivire favorizează reducerea dimensiunilor constructive ale ambreiajului;- valori mici ale presiunii specifice implică suprafeţe mari de frecare, care presupun dezvoltări radiale însemnate ale discurilor conduse şi, de aici, creşterea gabaritelor, a maselor şi a momentelor de inerţie ale părţii conduse a ambreiajului. În plus, prin creşterea razelor, se sporesc vitezele tangenţiale de alunecare dintre suprafeţele de contact la cuplarea ambreiajului, situaţie în care creşte uzura de alunecare a garniturilor.          Din considerente de uzură a suprafeţelor de frecare, presiunea specifică a ambreiajului se admite în următoarele limite: ps=0,2…0,5 [Mpa] în cazul garniturilor din răşini sintetice impregnate cu fibră de kevlar sau fibră de sticlă şi ps=1,5…2 [MPa] pentru cele metaloceramice.

Pentru calcule de dimensionare a ambreiajului aleg ps=0,4 [MPa] pentru garniturile din răşini sintetice impregnate cu fibre de kevlar sau fibre de sticlă.

6.2.4.  Lucrul mecanic specific de patinare         

Reprezintă raportul dintre lucrul mecanic de patinare L şi suprafaţa de frecare a ambreiajului A:

Page 9: Calculul Si Constructia Ambreiajului

                              Adopt:                   l=100 [N/cm ]             

6.2.5.  Creşterea temperaturii pieselor ambreiajului

          La un parcurs urban de 10 Km, frecvenţa cuplărilor-decuplărilor ambreiajului  este de circa 100…300 ori. Se ştie că în procesul cuplării şi decuplării ambreiajului, o parte din lucrul mecanic al motorului se transformă, prin patinare, în căldură, ridicând temperatura pieselor metalice ale ambreiajului, din care cauză garniturile de frecare funcţionează la temperaturi ridicate. Având în vedere că lucrul mecanic de patinare este mai mare la pornirea din loc a automobilului decât la schimbarea treptelor de viteză, în calcule se consideră situaţia cea mai dezavantajoasă, cea pornirii din loc. De asemenea, având în vedere durata procesului de cuplare (tc<1,0 s), schimbul de căldură cu exteriorul este redus, astfel că se consideră că întreg lucrul mecanic de patinare se regăseşte sub formă de căldură în discul de presiune şi volant.          Având în vedere faptul că lucrul mecanic de patinare cel mai mare se produce la plecarea din loc a automobilului, aprecierea şi compararea ambreiajelor din punct de vedere al încălzirii se face pentru acest regim.Verificarea la încălzire se face pentru discurile de presiune, aflate în contact direct cu planul de alunecare, cu relaţia:

                                                                                                 unde:  - Δto este creşterea de temperatură;- L- lucrul mecanic de patinare;- α=0,5 – coieficient care exprimă partea din lucru mecanic preluat de        discul de presiune al ambreajului; - mp este masa pieselor ce se încălzesc; - c= 500 J/Kg este căldura specifică a pieselor din fontă şi oţel.Ambreajul se consideră bun din punct de vedere al încălzirii dacă creşterea de temperatură la pornirea din loc este în limiteleΔt=8…15 .Pentru calcule de dimensionare a ambreajului adopt:Δt=12 [ C]

6.2.6.  Dimensionarea garniturilor de frecare ale ambreiajului         

Garniturile de frecare sunt componente ale discului condus prin intermediul cărora se stabileşte, prin forţe de frecare, legătura de cuplare a ambreiajului. Drept urmare suprafeţele de frecare ale ambreiajului reprezintă căile de legătură dintre părţile conducătoare ale ambreiajului.În aceste condiţii momentul capabil al  ambreajului este mometul forţelor de frecare, dat de relaţia:

unde:  -i=2n-este numărul suprafeţelor de frecare(al căilor de legătură - dintre parte conducătoare şi partea condusă);

Page 10: Calculul Si Constructia Ambreiajului

- n-numărul discurilor conduse ale ambreajului;

- -raza medie a suprafeţei de frecare; - Re,Ri- razele exterioare şi interioare;- -coieficientul de frecare dintre suprafeţele discurilor.          Pentru a putea transmite momentul motorului, ambreiajul are nevoie de o suprafaţă de frecare a cărei mărime se determină cu relaţia:

                             A=π∙(R ∙R )∙i                                                             unde: - Re    -  raza exterioară a suprafeţei de frecare;- Ri    -  raza interioară a suprafeţei de frecare;- i       -  numărul de suprafeţe de frecare.

Raza exterioară a suprafeţei de frecare se determină cu relaţia:

                                                                 

unde: - c= =0,695- μ=0,3         

Referitor la coeficientul c, ia valori în intervalul (0,53…0,75), care influenţează uniformitatea de uzare radială a garniturilor, se fac următoarele precizări: valorile spre limita inferioară ale coeficientului c arată că există o diferenţă mare între razele suprafeţelor de frecare, deci lăţime mare, ceea ce are ca consecinţă o uzarea neuniformă a garniturilor de frecare datorită diferenţei mari dintre vitezele de alunecare. În scopul utilizării uniforme, mai ales cazul automobilelor echipate cu motoare rapide, se recomandă folosirea de valori ale coeficientului c spre limita superioară.

          Re=98,32 [mm]          Garniturile de frecare sunt piese de uzură ale ambreiajului, piese care de-a lungul duratei de utilizare sunt de mai multe ori înlocuite. Posibilitatea de înlocuire trebuie să ofere interschimbabilitatea pieselor motiv pentru care garniturile sunt realizate într-o gamă tipodimensională limitată.          Aleg conform STAS 7793-83 pentru garniturile de frecare adopt dimensiunile:De=200[mm] - diametrul exteriorDi=130[mm] - diametrul interiorg=3,5 [mm] - grosimea garniturii                  

Raza interioară se determină cu relaţia:Ri=c∙Re=0,695∙100=69,5 70[mm]                                                                 

Raza medie a garniturilor de frecare este:

                   Rmed=85[mm]              

Page 11: Calculul Si Constructia Ambreiajului

Rezultă că aria suprafeţei de frecare este:

A=π∙(R -R )=π∙(100 -70 )∙2 A=32044,245[mm ]

6.3.  Calculul părţii conducătoare

          Calculul părţii conducătoare cuprinde calculul discului de presiune, calculul arcului diafragmă şi al elementelor de fixare ale discului de presiune de carcasa ambreiajului.

6.3.1.  Calculul discului de presiune         

Funcţional, discul de presiune reprezintă dispozitivul de aplicare a forţei arcurilor de suprafaţa de frecare, componentă a părţii conducătoare pentru transmiterea momentului, suport pentru arcuri şi eventualele pârghii de debreiere şi masă metalică pentru preluarea căldurii rezultate în procesul patinării ambreiajului. Faţă de aceste funcţii, predimensionarea lui se face din condiţia preluării căldurii revenite în timpul patinării fără încălziri periculoase.          Asimilăm discul condus cu un corp cilindric cu dimensiunile bazei:- raza exterioară:              red=Re+4 red=100+4 red=104 [mm]- raza interioară:               rid=Ri-4 rid=70 - 4 rid=66 [mm]   

Înălţimea necesară discului de presiune este:

                               unde:

Page 12: Calculul Si Constructia Ambreiajului

-  [kg]  -  masa pieselor ce se încălzesc;-  - coeficientul care exprimă partea din lucrul mecanic preluat de discul de presiune al ambreiajului;- L =l∙A=3204424,5 [J] - lucrul mecanic de patinare.

                   h=14,826 15 [mm]                           Grosimea determinată reprezintă valoarea minimă; faţa exterioară a discului este profilată în vederea creşterii rigidităţii, a generării unui curent intens de aer pentru răcire şi pentru a permite legăturile cu elementele de care se cuplează.

6.3.2. Calculul arcului diafragmă

          Elementele geometrice ale arcului sunt prezentate în (fig. 6.8)

          Se consideră că arcul diafragmă reprezintă două elemente funcţionale reunite într-o singură piesă: partea tronconică plină, care este de fapt un arc disc cu rolul de arc de presiune, şi lamelele, care sunt de fapt pârghii încastrate în pânza arcului disc cu rolul de pârghii de debreiere.          Menţinerea stării cuplate a ambreiajului la limita momentului necesar al ambreiajului proiectat este posibilă când pe suprafaţa de frecare se dezvoltă forţa normală:

                   3520 [N]                          La ambreiajele cu arc central diafragmă forţa dată de relaţia de mai sus trebuie să fie dezvoltată de arc în stare cuplată a ambreiajului. Elementele geometrice ale unui arc diafragmă sunt prezentate în (fig. 6.8)

Page 13: Calculul Si Constructia Ambreiajului

          Forţele care solicită arcul diafragmă în cele două situaţii de rezemare care apar în timpul funcţionării ambreiajului sunt prezentate în figura 6.9.a, pentru situaţia ambreiat, şi în figura 6.9.b, pentru situaţia debreiat. Se consideră că arcul diafragmă prezintă două elemente funcţionale reunite într-o singură piesă: partea tronconică plină, care este de fapt un arc disc cu rolul de arc de presiune, şi lamele, care sunt de fapt pârghii încastrate în pânza arcului disc cu rolul de pârghii de debreiere.Modelul constructiv din figura 6.10 îndeplineşte în ambreiaj acelaşi rol funcţional ca şi arcul diafragmă utilizând principiul suprapunerii efectelor produse în cele două elemente componente ale sale: arcul disc şi pârghiile de debreiere.

Fig.6.10.  Modelul constructiv al arcului diafragmăPentru calcule se folosesc următoarele notaţii:- d1, d2, d3, s, H, h - dimensiunile arcului diafragmă;- 1, 2, 3, 4    - poziţia reazemelor;- z               - numărul de braţe;- α              - unghiul sectorului care revine unui braţ (α =3600/z);- F               - forţa de ambreiere;- Q              - forţa de debreiere;- F1, Q1        - forţele de ambreiere şi debreiere ce revin unui sector al modelului (F1=F/z, Q1=Q/z)          Pentru simplificare se consideră pârghiile rigide şi sistemul deformat până în poziţia în care arcul disc este aplatizat.

Page 14: Calculul Si Constructia Ambreiajului

          Forţele F şi Q determină în arcul disc momentul radial M1 şi forţa tăietoare T1 şi în pârghii momentul de încovoiere M2 şi forţa tăietoare T2.

În figura 6.11 s-au trasat diagramele de momente şi forţe tăietoare din arcul disc şi din pârghiile modelului constructiv, precum şi diagramele de momente şi forţe tăietoare din arcul diafragmă obţinute prin suprapunerea efectelor din elementele componente.Se obţin următoarele solicitări maxime:

                                                                         Forţa F (respectiv M1, T1) determină în secţiunile arcului disc eforturile unitare axiale St

şi Sr şi eforturile de forfecare t. Deoarece eforturile unitare Sr şi t sunt neglijabile în comparaţie cu eforturile tangenţiale St, calculul de rezistenţă al arcului  se face pentru eforturile Stmax folosind relaţia:

                                                        unde:- E               - modulul de elasticitate al materialului;- m               - coeficientul lui Poisson;- f                - deformaţia arcului în dreptul diametrului d2;- s               - grosimea discului;- k1, k2, k3    - coeficienţi.

 ;  ;

Page 15: Calculul Si Constructia Ambreiajului

Din calcule rezulta: k1=0,64; k2=1,113; k3=1,192          Experimental s-a constatat că, în timpul deformării, generatoarele arcului disc rămân practic rectilinii, iar lamelele de debreiere se încovoaie între circumferinţele d2 şi d3 comportându-se ca nişte pârghii încastrate în arcul disc de aceea deformaţiile în timpul debreierii se vor determina în două etape: în prima etapă se calculează deformaţia care provine din deformaţia arcului disc în ipoteza că braţele sunt rigide, iar în a doua etapă se însumează deformaţia suplimentară de încovoiere a braţelor.          Deformaţia arcului disc încărcat cu sarcină uniform distribuită pe circumferinţele de diametre d1 şi d2 se face cu relaţia:

                                                  care reprezintă caracteristica de elasticitate arcului disc în timpul cuplării.          Pentru calculul deformaţiilor în timpul debreierii se foloseşte modelul din (fig. 6.12), unde: - q=q1+q2 cu

-                                                                                   

- unde:

-     - momentul de inerţie al secţiunii lamelei;- b               - baza mare a lamelei;- b1              - baza mică a lamelei;-               - coeficient de formă al lamelei.          Pentru forţa Q, din condiţia de echilibru a forţelor se obţine:

=3520∙ = 2070 [N]  

Dimensiunile geometrice ale arcului diafragmă

Nume Simbol Unitate de măsură DimensiuneaDiametrul exterior al diafragmei d1 [mm] 180

Diametrul de sprijin d2 [mm] 130Diametrul mansonului de presiune d3 [mm] 45Numărul de tăieturi ale diafragmei z [-] 18

Lăţimea tăieturii dintre lamele c [mm] 3Grosimea arcului diagragmă s [mm] 2,5

Săgeata la platou h [mm] 5,25

Page 16: Calculul Si Constructia Ambreiajului

6.4.  Calculul elementelor de legătură

        

Legăturile permanente ale discului de presiune sunt cu carcasa ambreiajului, de la care primeşte momentul de torsiune al motorului. Această legătură trebuie să asigure, în afara rigidizării în rotaţie a pieselor, şi mobilităţi relative axiale necesare cuplării, decuplării şi compensării uzurii garniturilor.          La legătura prin bride, calculul cuprinde calculul niturilor de fixare a bridelor elastice de carcasă şi respectiv de discul de presiune cu relaţiile:- pentru strivire:              

45,20 [MPa]              - pentru forfecare:           

41,36 [MPa]  unde:- d=5  [mm]           -  diametrul nitului;- g=3  [mm]           -  grosimea bridei;- z=3                     -  numărul de bride;- Rmed=110  [mm]  -  raza medie de dispunere a bridelor.                  

6.5.  Calculul părţii conduse          Calculul părţii conduse cuprinde calculul arborelui condus, calculul legăturii dintre arborele ambreiajului şi butucul discului condus şi calculul arcurilor elementului elastic suplimentar.

Page 17: Calculul Si Constructia Ambreiajului

6.5.1    Calculul arborelui ambreiajului şi a butucului discului condus          Dimensionarea arborelui ambreiajului se face din condiţia de rezistenţă la solicitarea de torsiune determinată de acţiunea momentului motor, diametrul de predimensionare fiind dat de relaţia:

                                      unde:          tat=130  [N/mm2]-  efortul unitar admisibil pentru solicitarea de torsiune.          Valoarea definitivă a diametrului se determină în funcţie de dimensiunile standardizate ale arborilor canelaţi, diametrul Di determinat, reprezintă diametrul de fund necesar canelurilor adoptate.          Adopt conform STAS 7346-85 arbore canelat cu caneluri dreptunghiulare clasa mijlocie, cu dimensiunile:

Diametrul nominal

D

Dd pd z Arbore Butuc

de di b r1 De Di g r2

24 22 2,033 34 23,9 21,61 600 0,25 20,8 23,76 49024’42 ‘’ 0,15

Calculul îmbinării dintre arbore şi butuc se face pentru strivire     pe flancurile canelurilor cu relatia:

Page 18: Calculul Si Constructia Ambreiajului

      Unde:- k=2  - coeficient de repartizare a sarcini pe caneluri;

-   Dd - diametrul mediu al canelurilor;

-   - h - înălţimea portantă a canelurii;- z=12 - numărul de caneluri;- L=25  [mm] - lungimea de îmbinare cu butucul discului condus.

6.5.2.  Calculul arcurilor elementului elastic suplimentar

Prin introducerea în transmisia automobilului a unui element elastic suplimentar se reduc sarcinile dinamice care apar la cuplarea bruscă a ambreiajului şi se modifică caracteristica elastică a transmisiei înlăturându-se astfel posibilitatea apariţiei rezonanţei de înaltă frecvenţă. În figura 6.15 se reprezintă caracteristica elastică a transmisiei prevăzută cu element elastic suplimentar.          Pentru unghiuri de răsucire ale organelor transmisiei cuprinse între -j1 şi j1 rigiditatea transmisiei este determinată de rigiditatea arcurilor elementului elastic. După ce momentul de torsiune care se transmite depăşeşte valoarea M1, arcurile elementului elastic suplimentar sunt comprimate până la limita maximă admisă, iar pentru valori mai mari decât M, rigiditatea transmisiei este dată de rigiditatea organelor ei. Pentru a obţine o caracteristică elastică neliniară a transmisiei şi pentru unghiuri cuprinse între-j1 şi j1 se utilizează discuri conduse la

Page 19: Calculul Si Constructia Ambreiajului

care arcurile elementului elastic suplimentar nu intră toate în acţiune în acelaşi timp. Acest lucru se realizează practic prin prevederea în flanşa butucului şi în discuri a unor ferestre de lungimi diferite şi prin folosirea de arcuri cu caracteristici diferite.          Pentru calculul arcurilor ce formează elementul elastic suplimentar, momentul limită care le solicită şi care limitează rigiditatea lor minimă se consideră a fi momentul capabil atingerii limitei de aderenţă la roţile motoare ale automobilului dat de relaţia:

                            unde:- Gad=15750 [N]    -  greutatea aderentă;- rd=0,2976  [m]     -  raza dinamică a roţilor;- j=0,6                 -  coeficientul de aderenţă;- icv1=3,82              -  raportul de transmitere în prima treaptă din cutia de viteză;- i0=4,11                -  raportul de transmitere al punţii motoare.Dacă Rmed este raza medie de dispunere arcurilor şi dacă se consideră că toate arcurile participă în mod egal la preluarea momentului de calcul, forţa de calcul este :

                                                                         Din condiţia ca amplitudinea unghiulară pe acre trebuie să o admită elementul elastic să se situeze în intervalul q=±(7…10)0 se obţine pentru săgeata arcului valoarea maximă:

                                                       

Adoptând un coeficient al arcului , din relaţia săgeţii rezultă diametrul sârmei arcului:

Fig.6.16.  Parametrii constructive ai elementului elastic suplimentar

Capetele arcurilor se sprijină pe ferestrele executate în disc şi în butuc (fig.6.16).

Page 20: Calculul Si Constructia Ambreiajului

          Lungimea ferestrelor se face mai mică decât lungimea liberă a arcurilor cu aproximativ 15…20%, astfel încât la montare arcurile se pretensionează.          Pentru dimensionarea ferestrelor se recomandă următoarele valori:- lf=26  [mm];- Re=48  [mm];- a=1,5  [mm];- înclinarea capetelor 1,20.          Tăietura în butuc:B=d+λr+λm=8+2+2=12[mm]                                        unde:- d=8 [mm] - diametrul limitatorului;- lr, lm=2 - jocurile dintre limitatori şi butuc.

6.6.  Calculul şi construcţia mecanismului de acţionare6.6.1.  Alegerea tipului constructiv

          Calculul sistemelor de acţionare se face în scopul determinării parametrilor acestuia în

condiţiile în care forţa de acţionare exercitată de conducător asupra pedalei ambreiajului şi cursa pedalei trebuie să se situeze în limite ergonomice. Calculul se desfăşoară în două etape, prima etapă fiind cea de dimensionare  cinematică a sistemelor de comandă. Următoarea etapă, după dimensionarea cinematică, cuprinde calculul de rezistenţă, când în funcţie de mărimile de intrare în sistem – forţa la pedală şi de caracteristicile cinematice ale sistemului, se determină forţele şi momentele din elementele componente, se identifică solicitările şi se efectuează calculele după metodele de calcul al organelor de maşini.Aleg sistem de acţionare hidraulică cu cilindrul receptor integrat manşonului de decuplare.

6.6.2. Calculul de dimensionare şi verificareal mecanismului de acţionare

Page 21: Calculul Si Constructia Ambreiajului

Fig.6.17.  Sistemul de acţionare cu comandă hidraulică

Forţa necesară ce trebuie dezvoltată de tija pistonului din cilindrul receptor este dată de relaţia:                             F2=Fm                                                                   unde:- Fm=Q=2070 [N]  :forţa necesară la manşon pentru realizarea stării de decuplare a ambreiajului.          Forţa de apăsare asupra pistonului din cilindrul pompei centrale este:

                                                                                         unde:- L1=290 [mm]- L2=45 [mm]- Fp-  forţa de apăsare asupra pedalei.          Datorită că presiunea de lucru este redusă, iar conductele de legătură dintre cilindrii au lungime relativ mică, se poate neglija deformaţia conductelor, iar volumul de lichid refulat din cilindrul pompei centrale se poate considera egal cu volumul generat de pistonul cilindrului receptor. În aceste ipoteze, de pierderi nule de presiune din sistemul hidraulic, conform principiului lui Pascal se poate scrie:

                                                                                unde:- ih=15 - raportul de transmitere al părţii hidraulice;- D1=39  [mm];- D2=33  [mm].          Rezultă ca diametrul pompei este de:

                             Se obţine astfel:

                                                                       Rezultă că forţa de apăsare asupra pistonului din cilindrul pompei centrale este:

                             Cunoscând cursa manşonului de decuplare şi considerând că volumul refulat de pompă se regăseşte în cilindrul receptor, se obţine pentru cursa pedalei relaţia: