Calculul si Constructia Puntii Motoare

Cap.6 Calculul si construcia punii motoare

6.1. Generaliti

Roile automobilului, n funcie de natura i de mrimea forelor i momentelor care acioneaz asupra lor, pot fi:

-roi motoare (antrenate): sunt roile care ruleaz sub aciunea fluxului de putere primit prin intermediul transmisiei de la motorul automobilului;

-roi libere (conduse): sunt roile care ruleaz sub aciunea unei fore de mpingere sau tragere, de acelai sens cu sensul vitezei de deplasare a automobilului, exercitat asupra lor de cadrul sau caroseria automobilului;

-roi frnate: sunt roile care ruleaz sub aciunea unui moment de frnare dezvoltat n mecanismele de frnare ale roilor (frnare activ), sau de ctre grupul motopropulsor n regim de mers antrenat (frna de motor).

Pentru autoturisme, prevzute cu dou puni, organizarea traciunii se poate realiza dup soluiile 4x2 sau 4x4, prima cifr indicnd numrul roilor, iar cea de-a doua, pe cel al roilor motoare. Pentru organizarea traciunii de tipul 4x2, puntea motoare poate fi dispus n fa sau n spate, iar pentru tipul 4x4 ambele puni sunt cu roi motoare.

Punile motoare, fa de cele nemotoare, asigur transferul fluxului de putere pentru autopropulsare, funcie de modul de organizare a traciunii, de la arborele secundar al cutiei de viteze sau de la transmisia longitudinal, la roile motoare. De-a lungul acestui transfer, fluxul de putere sufer o serie de adaptri i anume:

-adaptare geometric determinat de poziia relativ dintre planul n care se rotete arborele cotit al motorului i planul n care se rotesc roile motoare;

-adaptare cinematic determinat de asigurarea rapoartelor de transmitere necesare transmisiei automobilului;

-divizarea fluxului de putere primit n dou ramuri, cte unul transmis fiecrei din roile motoare ale punii.

Pentru a-i ndeplinii funciile de mai nainte mecanismele fluxului de putere din puntea motoare cuprind: transmisia principal (sau angrenajul principal), diferenialul i transmisiile la roile motoare.

n procesul autopropulsrii, din interaciunea roilor motoare cu calea, iau natere fore i momente de reaciune. Puntea are rolul de a prelua toate aceste fore i momente i de a le transmite elementelor elastice ale suspensiei i cadrului sau caroseriei automobilului. Preluarea forelor i a momentelor, precum i transmiterea lor dup direcii rigide cadrului sau caroseriei automobilului, se face de un ansamblu constructiv al punii, numit mecanismul de ghidare al roilor. Mecanismul de ghidare definete, n ansamblul punii, cinematica roii suspendate elastic prin intermediul suspensiei. Se definesc astfel puni rigide i puni articulate.

6.1.2. Transmisia principal.

Transmisia principal cuprinde toate mecanismele din punte care realizeaz o demultiplicare a turaiei motorului.

Rolul transmisiei principale este de a mri momentul motor primit de la transmisia longitudinal sau de la arborele primar al cutiei de viteze i de a-l transmite, prin intermediul diferenialului i arborilor planetari, la roile motoare, ce se rotesc n jurul unei axe dispuse sub un unghi de 900 fa de axa longitudinal a automobilului.

Amplificarea momentului motorului, cu un raport de transmitere de regul constant, numit raportul de transmitere al punii motoare (notat io), reprezint adaptarea cinematic necesar impus de conlucrarea motor transmisie. Pentru a realiza aceast funcie, prin construcie transmisiile principale sunt mecanisme de tipul angrenajelor. La autoturisme, la care valoarea necesar a raportului de transmitere este cuprins n intervalul de valori 3...5, transmisia principal este constituit dintr-un singur angrenaj. Astfel de transmisii principale se numesc transmisii principale simple.

Adaptarea geometric a fluxului de putere pentru autopropulsare presupune direcionarea lui de la axa n jurul creia se rotete arborele cotit al motorului la axa transversal a automobilului, n jurul creia se rotesc roile motoare. Aceast funcie se realizeaz n transmisia principal prin tipul angrenajului utilizat i anume angrenaje cu axe ortogonale n cazul dispunerii longitudinale a motorului i angrenaje cu axe paralele la dispunerea transversal a motorului.

6.1.2.1. Organizarea cinematic a transmisiei principale

Cnd motorul este dispus transversal, transmisia principal este organizat sub forma unui angrenaj de roi cilindrice 1 i 2 cu axe fixe (fig.6.1). Pentru sporirea rigiditii arborilor cutiei de viteze i pentru deplasarea carterului punii motoare spre axa longitudinal a automobilului, pinionul 1 al transmisiei principale se execut corp comun cu arborele secundar, n captul din consol al arborelui secundar. Coroana cilindric 2 a diferenialului, mpreun cu diferenialul, sunt dispuse n carterul punii, plasat n zona ambreiajului. Deoarece utilizarea angrenajului cilindric determin fore axiale mult mai mici fa de angrenajele conice sau hipoide, pentru rezemarea coroanei, prin lagrele diferenialului, se utilizeaz de regul rulmeni radiali axiali cu bile.

6.1.2.2. Dimensionarea geometric a angrenajelor

Calculul transmisiei principale cuprinde calculul de dimensionare i verificare al angrenajelor de roi dinate, de dimensionare i verificare al arborilor i al rulmenilor.

a) Determinarea momentului de calcul

Pentru automobile cu o punte motoare momentul de calcul Mc se consider momentul maxim al motorului MM, redus la angrenajul calculat prin relaia:

, (6.1)

unde:

icv1 este raportul de transmitere al cutiei de viteze n prima treapt;

este randamentul transmisiei de la motor la angrenajul calculat.

Adopt conform STAS 821-82 modulul normal:

mn=3 mm

b) Calculul de rezisten i dimensionare al angrenajelor

de roi dinate cilindrice

Pe baza datelor iniiale necesare, specificate n tabelul 6.1, calculul elementelor geometrice ale angrenajelor sunt prezentate n tabelul 6.2. n tabelul 6.3. sunt prezentate valorile obinute n calculul geometric i cinematic pentru fiecare treapt de vitez.

Forele din angrenaje

Pentru calculul danturii exist mai multe metode, dintre care cea mai frecvent folosit este metoda lui Lewis.

Aceast metod consider c ntregul moment se transmite prin intermediul unui dinte, considerat ca o grind ncastrat i c asupra dintelui acioneaz fora normal Fn dup linia de angrenare N-N i este aplicat la vrful dintelui.

Fora nominal se distribuie pe fia de contact dintre dinii aflai n angrenare producnd ca solicitare principal presiuni specifice de contact.

Funcie de momentul de torsiune Mc al arborelui, fora tangenial se determin cu relaia:

(6.2)

unde:

- Mc: momentul la arborele roii conductoare a angrenajului

-Rd : raza de divizare

Fora nominal se calculeaz cu formula:

(6.3)

Componenta radial se calculeaz cu formula:

(6.4)

i solicit dintele la compresiune.

Fig. 6.1.2. Definirea forelor din roile dinate cilindrice cu dantur nclinat

Componenta axial, care se calculeaz cu formula:

(6.5)

nu determin solicitri asupra dintelui.

Calculul de rezisten la ncovoiere

Pe baza ipotezelor artate, efortul unitar efectiv de ncovoiere este dat de relaia:

(6.6)

unde:

- z

: numrul de dini ai roii conductoare;

- (=1,85

- ((i

: coeficient de repartizare al efortului.

Coeficientul de repartizare al efortului ine cont de gradul de acoperire, iar pentru aceasta calculm gradele de acoperire frontal i suplimentar.

Pentru calculul gradului de acoperire frontal se utilizeaz relaia:

(6.7)

iar pentru gradul de acoperire suplimentar, utilizm relaia:

(6.8)

unde:

- Re1, Re2: razele cercurilor de vrf ale roilor din angrenajul de calculat;

- Rb1, Rb2: razele cercurilor de baz;

- (rf

: unghiul frontal de angrenare;

- (rf

: unghiul frontal al profilului de referin

Pentru calculul la sarcini nominale de regim, la determinarea valorii efective a efortului unitar de ncovoiere, momentul de calcul este determinat de momentul maxim al motorului Mmax i de raportul de transmitere de la motor la angrenajul calculat prin relaia:

(6.9)

n cazul metodei Lewis, cnd se consider c ntreg momentul de torsiune se transmite printr-un singur dinte i se neglijeaz efectul compresiunii axiale dat de componenta radial a forei normale, rezult o supradimensionare a danturii. Pentru evitarea supradimensionrii, n calculul de verificare valorile efective ale efortului unitar se compar cu eforturile admisibile la ncovoiere pentru materialul utilizat; efortul admisibil de ncrcare (ai se adopt, n mod convenional, cu valori mai ridicate celor definite din condiia de rezisten la valoarea nominal a momentului:

(6.10)

unde:

- c=1,5: coeficient de siguran.

La calculul de verificare al roilor dinate la sarcini dinamice maxime (care apar la cuplarea brusc a ambreiajului i la frnarea brusc cu ambreiajul cuplat), momentul de calcul Mc se determin cu relaia:

(6.11)

unde:

- MM: momentul maxim al motorului;

- it: raportul de transmitere de la motor la angrenaj;

- kd=1,5: coeficientul dinamic.

Valorile efective ale efortului unitar (ef se compar n acest caz cu efortul unitar de curgere (c al materialului roilor dinate.

n tabelul 6.4. sunt prezentate valorile efortului unitar efectiv de ncovoiere.

Calculul de rezisten la presiunea de contact

Sub aciunea solicitrilor de contact de pe flancurile dinilor poate aprea oboseala straturilor de suprafa (sub form de ciupituri, sfrmri i mai rar cojire) i deformarea plastic a flancurilor dinilor (sub form de laminare, ciocnire, ncreire, ridare).

Determinarea presiunii de contact la sarcini nominale (de regim) se face utiliznd relaia lui Hertz:

(6.12)

unde:

- ym

: coeficientul de material;

- yfc

: coeficient de form n punctul de rostogolire;

- y(c

: gradul de acoperire asupra capacitii flancurilor.

Deformarea permanent a flancurilor dinilor la solicitrile de contact are loc cnd eforturile unitare de contact, fie datorit unor suprasarcini, fie datorit ungerii sau randamentului termic necorespunztor, depesc limita de curgere.

Pentru calculul de rezisten la presiunea de contact sub aciunea sarcinilor de vrf, momentul Mc se nlocuiete cu momentul dinamic Md.,

6.1.2.3. Verificarea la durabilitate a angrenajelor

n afara unei rezistene insuficiente la sarcini nominale sau de vrf, scoaterea din funciune a angrenajelor n exploatare apare frecvent datorit depirii limitei de rezisten a materialului, provocat de sarcini periodice variabile. Durabilitatea angrenajelor este caracterizat de capacitatea de funcionare ndelungat pn la atingerea valorilor maxime permise ale uzurilor i pn la apariia oboselii materialului.

Pentru efectuarea calcului de durabilitate se consider c motorul dezvolt un moment mediu echivalent Mech, la o turaie medie echivalent (ech.

Momentul mediu echivalent se calculeaz cu relaia:

(6.13)

unde:

- Mrmed: momentul mediu la roile motoare;

- icvmed

: raportul de transmitere mediu al cutiei de viteze;

- (t

: randamentul mecanic al transmisiei.

Pentru calculul momentului mediu la roile motoare se utilizeaz relaia:

(6.14)

unde:

-

: fora specific medie la roile motoare;

- Ga

: greutatea automobilului;

- rr

: raza de rulare a roii;

- i0

: raportul de transmitere al transmisiei principale.

Raportul de transmitere mediu al cutiei de viteze icvmed se determin cu relaia:

(6.15)

unde:

- (k: timpul relativ de utilizare a treptei de viteze;

- icvk: raportul de transmitere n treapta k de vitez;

- n: numrul de trepte ale cutiei de viteze.

Turaia medie echivalent se calculeaz cu relaia:

(6.16)

unde:

-

: viteza medie de deplasare a automobilului.

Numrul de solicitri la care este supus un dinte, pe durata exploatrii ntre dou reparaii capitale (considerat ca durabilitate necesar), se determin cu relaia:

(6.17)

unde:

- (: timpul relativ de utilizare a treptei respective;

- S: spaiul parcurs de automobil ntre dou reparaii capitale;

- it: raportul de transmitere de la roile motoare pn la angrenajul calculat;

- rr: raza de rulare a roii.

Calculul la solicitarea de oboseal la ncovoiere

Determinarea efortului unitar efectiv de ncovoiere la solicitarea de oboseal se determin din relaia (6.6), prin nlocuirea momentului Mc cu Mech(it, Mech fiind determinat de relaia (6.13) i it raportul de transmitere de la motor la angrenajul calculat.

Eforturile unitare efective obinute la calculul la oboseal a danturii se compar cu efortul unitar la oboseal la ncovoiere dup ciclul pulsator (N, dat de relaia:

(6.18)

unde:

- (-1

: efortul unitar pe ciclu simetric;

-

- (r

: efortul unitar de rupere;

- N

: numrul de cicluri pentru roata dinat care se calculeaz;

Angrenajele verificate sunt considerate sunt considerate corespunztoare din punctul de vedere al rezistenei la oboseal dac este satisfcut inegalitatea:

(6.19)

unde:

- k: coeficientul de siguran la calculul la oboseal; coeficientul k se poate calcula cu relaia:

(6.20)

unde:

-

: coeficient de dinamicitate;

- c

: coeficientul de siguran, se determin cu relaia:

- k1

: coeficient ce ine seama de concentraia sarcinii pe lungimea dintelui;

- k2

: coeficient care ine seama de sigurana necesar de funcionare;

- k3

: coeficient care ine seama de precizia metodelor de calcul;

-

: coeficieni care in seama de precizia de prelucrare i de calitatea

suprafeelor flancurilor dinilor

n tabelul 6.6. sunt prezentate valorile efortului unitar efectiv de ncovoiere la solicitarea de oboseal la ncovoiere.

Calculul la oboseal la solicitarea de contact

Efortul unitar efectiv de contact de contact, pefc, se determin, n acest caz cu relaia (6.12), unde fora tangenial Ft=Ft ech, care se ia n calcul, corespunde momentului mediu echivalent, Mech, dezvoltat la o turaie medie echivalent (ech.

Valorile eforturilor unitare efective de contact pefc calculate nu trebuie s depeasc efortul unitar admisibil de contact pac pentru asigurarea durabilitii impuse.

Efortul unitar admisibil la contact este dat de relaia:

(6.21)

unde:

- pNc: efortul unitar de contact la oboseal, pentru un anumit numr de cicluri

echivalente Nech;

- c: coeficient de siguran;

Efortul unitar de contact pentru calculul de oboseal se determin cu relaia:

(6.22)

n cazul n care sunt cunoscute eforturile admisibile de contact, pac ale oelurilor din care sunt executate roile dinate, pentru calculul la oboseal al flancurilor dinilor, aceste eforturi trebuie corectate cu ajutorul coeficientului durabilitii la solicitarea de contact knc,dat de relaia:

(6.23)

unde:

- Nb

: numrul ciclurilor durabilitii de baz;

- Nech: numrul de cicluri de solicitare corespunztoare durabilitii cerute.

n tabelul VII.8. sunt prezentate valorile efortului unitar efectiv de ncovoiere la solicitarea de oboseal la contact pentru fiecare treapt din cutia de viteze.

EMBED AutoCAD.Drawing.15

Fig.6.1.1. Construcia transmisiei principale.

1

2

3

4

5

6

7

8

Tabelul 6.1.1 Date iniiale

Nr. poz.Denumirea elementuluiSimbolIndicaia de adoptareStandarde aferente1Numrul de dini:

- la pinion

- la roatz118z2z1= z1(i0=652Modulul normalmn3STAS 822-823Unghiul de nclinare de divizare(2504Unghiul de presiune de referin normal(n(n=200STAS 821-825Coeficientul normal al capului de referinh*anh*an=1STAS 821-826Coeficientul normal al jocului de referin la capul dinteluic*nc*n=0,25STAS 821-82

Tabelul 6.1.3. Rezultatele calcului de geometric

Nr. crt.Param. calculatzpzp1(2502a137,5413(t11,434(tw11,435inv(t-19,66inv(tw-19,67xns08xts09xn010xt011mt3,312d59,4214,513i3,61114dw5921415yn016(yn017df57,921318h5,2519da168,4223,5

Tabelul 6.1.4. Valorile efortului unitar efectiv de ncovoiere

Z=16Z=63(f1,35(s0,79y(f32,14y(1,2(ef [Mpa]132,838158,117

Tabelul 6.1.5. Valorile efortului unitar efectiv de ncovoiere

Z=16Z=63ym1,1yfc15,4y(s0,783pefc [Mpa]120,543236,537

Tabelul 6.1.6. Solicitarea de oboseal la ncovoiere

Transmisia principalZ=16Z=68kni0,771(efc [Mpa]16,020

Tabelul 6.1.7. Solicitarea de oboseal la ncovoiere

Transmisia principalZ=16Z=68knc1,301(efc [Mpa]41,863

PAGE 11

_1017142927.unknown

_1017149637.unknown

_1077790694.unknown

_1077801236.unknown

_1077801663.unknown

_1077801750.unknown

_1077802970.unknown

_1077801557.unknown

_1077801216.unknown

_1017150002.unknown

_1018201128.unknown

_1021799398.unknown

_1021804352.dwg

_1017151335.unknown

_1017151674.unknown

_1017151075.unknown

_1017149864.unknown

_1017144297.unknown

_1017148673.unknown

_1017149313.unknown

_1017145318.unknown

_1017144071.unknown

_1017144170.unknown

_1017143250.unknown

_1017139769.unknown

_1017142492.unknown

_1017142783.unknown

_1017140082.unknown

_1017082633.unknown

_1017084768.unknown

_1017082013.unknown