CCA Cutie de Viteze
22
FAC. DE INGINERIE MECANICA Cat. de Autovehicule şi Motoare PROIECT la Construcţia şi calculul automobilelor – I Tema: Cutie de viteze pentru autoturism de teren
description
Proiect Calculul si Constructia AutomobilelorCutie de viteze
Transcript of CCA Cutie de Viteze
FAC. DE INGINERIE MECANICA Cat. de Autovehicule şi Motoare
PROIECT
la
Construcţia şi calculul automobilelor – I
Tema: Cutie de viteze pentru autoturism de
teren
Cuprins
1. STUDIU DE NIVEL PRIVIND CUTIA DE VITEZE...................................3
1.1. FUNCŢIUNILE..........................................................................3
1.2. SOLUŢII CONSTRUCTIVE......................................................3
1.3. OPERAŢII DE ÎNTREŢINERE.................................................5
1.4. MODALITĂŢI DE REPARARE................................................5
1.5. ANALIZA COMPARATIVĂ.....................................................6
1.5.1. Avantaje............................................................................6
1.5.2. Dezavantaje......................................................................6
2. MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCTIA CUTIEI DE VITEZE.....7
2.1 . TIPURI DE MATERIALE UTILIZABILE...................................7
2.2 . REZISTENŢE ADMISIBILE........................................................8
2.3 . MODURI DE PRELUCRARE POSIBILE...................................9
3. TEHNOLOGII UTLIZATE IN CONSTRUCTIA CUTIILOR DE
VITEZE...........................................................................................11
3.1. TEHNOLOGII DE FABRICARE...............................................11
3.2. TEHNOLOGII DE ASAMBLARE.............................................11
4. MODALITATI DE DETERIORARE..........................................................14
CALCULUL CUTIEI DE VITEZE
1 STUDIU DE NIVEL PRIVIND CUTIA DE VITEZE
1.1 FUNCŢIUNILE
De cele mai multe ori, momentul si viteza unghiulara ale motorului nu corespund conditiilor
concrete de deplasare ale automobilului.Subansamblul automobilului care asigura modificarea
vitezei si fortei de tractiune ale automobilului prin modificarea parametrilor puterii produse de
motor se numeste cutie de viteze.
Principalele cerinte functionale ale cutie de viteze sunt:
asigurarea deplasarii in conditii foarte variatede drum sau teren neamenajat;
optimizarea functionarii motorului prentru cresterea economicitatii si fiabilitatii;
decuplarea de lunga durata a motorului de restul transmisiei;
obtinerea mersului inapoi al automobilului, fara inversarea sensului de rotatie al motorului.
La unele automobilecutia de viteze mai poate prelua si alte functiuni suplimentare:
antrenarea unei prize de putere folosite pentru actionarea unor echipamente auxiliare ale
motorului;
franarea de incetinire, necesara la coborarea pantelor lungi sau in cazul opririlor repetate.
Fig. 1.1 dispunerea cutiei de viteze in echipamentul de propulsie
1.2 SOLUŢII CONSTRUCTIVE
Pe langa functiunile amintite, cutiilor de viteze li se impun o serie de cerinte constructive si
economice:
sa aiba constructie simpla, robusta si usoara
sa fie fabricate cu costuri cat mai reduse
sa aiba randament cat mai ridicat
sa fie cat mai fiabile
sa poata fi intretinute usor
sa functioneze silentios
sa fie comode in deservire.
Cele mai raspandite cutii de viteze ale automobilelor actuale sunt cele cu variatie in trepte a
raportului de transmitere. La acestea, transformarea cuplului se face cu ajutorul unor angrenaje
cu roti dintate cilindrice sau conice. Din punct de vedere constructiv, angrenajele pot avea axe
fixe sau rotitoare, caz in care cutiile de viteze ce le contin se numesc planetare. Alegerea
numarului de trepte si a marimii rapoartelor de transmitere se realizeaza din considerente
dinamice si economice, diferentiat, in functie de tipul si destinatia automobilului.
Dintre cutiile de viteze in trepte cu arbori cu axe fixe, cea mai mare raspandire o au cele cu
doi si trei arbori.
Fig. 1.2 Cutie de viteze cu doi arbori
Fig. 1.3 Cutie de viteze cu trei arbori + cutie de distributie
Fig. 1.4 Cutie de viteze cu trei arbori
In cele trei cazuri sunt prezentate cutii de viteze folosite la diferite autoturisme, toate fiind
cu cinci trepte de mers inainte si una inapoi.
In primul caz este prezentata o cutie de viteze apartinand unui autoturism de teren marca
Range Rover.
Figura 1.4 este solutia de cutie de viteze aleasa de mine, ea apartine unui autoturism de teren
marca Nissan Patrol. Pentru constructia prezentata au fost luate masuri deosebite pentru
rigidizarea arborilor in scopul asigurarii unei rigiditati mai mari, deci a unor conditii de
functionare mai bune pentru angrenaje. Sprijinirea pe trei reazeme, la care s-a recurs, presupune
insa o precizie de fabricatie superioara.
La proiectarea constructiei au fost luate masuri speciale pentru a micsora frecarile, o baie de
ulei din tabla cu forma speciala fiind plasata in apropierea rotilor dintate pentru a se asigura
ungerea corespunzatoaresi in cazul deplasarii pe pante accentuate.
1.3 OPERAŢII DE ÎNTREŢINERE
Probabil cea mai importanta „manevra” de intretinere a unei cutii de viteze este aceea de a
avea mare grija atunci cand schimbam treapta de viteze, mai exact, sa fie apasata pana la fund
pedala de ambreiaj pe toata durata efectuarii acestei manevre. Daca nu este respectata aceasta
cerinta, avem toata sansele sa rupem dintii angrenajelor, poate si arborii.
Pentru o durata mai indelungata a cutiei de viteze, schimbarea treptei de viteza trebuie sa se
efectueze lent, fara sa se smuceasca schimbatorul de viteze, iar cuplarea si decuplarea
ambreiajului trebuie sa se realizeze deasemenea lejer, pentru a se cupla in siguranta arborele
primar de volantul arborelui cotit.
Pentru a asigura intretirea rotilor dintate si a rulmentilor, cutia de viteze are prevazuta o baie
de ulei, care serveste la mentinerea uleiului pentru a se unge acestea.
1.4 MODALITĂŢI DE REPARARE
Pentru a fi reparata, cutia de viteze trebuie demontata din zona sa de lucru.
Ca modalitate de reparare, cred ca cel mai indicat lucru ar fi ca piesele uzate, stricate, sa fie
inlocuite cu altele noi. Nu este bine a se incerca rectificarea lor (de catre vecinul care a lucrat la
fabrica de tabla) pentru ca in cazul deplasarii autoturismului in trafic, blocarea cutiei de viteze ar
putea duce la daune atat materiale cat si umane. De aceea, marca ce produce cele mai sigure
masini din lume, VOLVO, nu mai permite repararea cutiilor de viteze, ci inlocuirea cu totul ale
lor.
1.5 ANALIZA COMPARATIVĂ
Necesitatea obtinerii unor performante de exploatare cat mai ridicate a dus la realizarea unei
mari diversitati constructive de transmisii, deci si de cutii de viteze, in stransa corelare cu
specificul conditiilor de functionare ale fiecarui tip de automobil. Utilizarea unui anumit tip de
cutie de vitezeeste impusa in primul rand de raportul avantaje-dezavantaje pe care acestea il
confera automobilului.
In aprecierea comportamentului in exploatere al cutiei de viteze, cea mai mare importanta o
au posibilitatea deplasarii in conditii grele, productivitatea, economicitatea, fiabilitatea,
intretinerea, siguranta circulatiei si confortul.
Cutia de viteze cu trei arbori mi se pare o solutie foarte utila, mai ales atunci cand
autoturismul se deplaseaza pe un drum amenajat, la o viteza relativ mare, deoarece aceasta
permite cuplarea directa a arborelui primar cu cel secundar (priza directa), reducand astfel
frecarile din transmisie, randamentul transmisiei fiind mai mare, iar consumul de carburant fiind
mai mic.
De asemenea, mi se pare foarte interesanta realizarea rigidizarii arborelui, adica dispunerea
sa pe trei rulmenti, ceea ce ii confera o rezistenta mult mai mare la incovoiere, atunci cand
autoturismul functioneza in conditii grele, la turatie si moment mare ale motorului.
1.5.1 Avantaje
-dantura inclinata a dintilor rotilor pentru mersul inapoi ofera rezistenta mai mare in conditii
grele de functionare;
-rigidizarea arborelui prin dispunerea sa pe trei reazeme
-cuplarea arborilor in priza directa
-in cazul deplasarii in pante, cutia prevede o baie de ulei din tabla asezata foarte aproape de
rotile arborilor, care permite ungerea corespunzatoare si a micsora frecarile.
1.5.2 Dezavantaje
-cutia de viteze scade randamentul transmisiei din cauza frecarilor din angrenaje si rulmenti
2 MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA
CUTIEI DE VITEZE
2.1 TIPURI DE MATERIALE UTILIZABILE
Arborii. Arborii drepţi se execută, de regulă, din oţeluri carbon sau aliate, iar în cazul unor
dimensiuni foarte mari din fontă. Oţelurile aliate se recomandă în cazul când pinionul este
executat din astfel de oţeluri şi este corp comun cu arborele, la turaţii de funcţionare foarte
ridicate, în cazul arborilor puternic solicitaţi şi cu restricţii de gabarit.
Pentru arborii drepţi se recomandă:
• oţeluri de uz general pentru construcţii (OL 42, OL 50, OL 60 STAS 500/2), pentru
arborii care nu necesită tratament termic;
• oţeluri carbon de calitate de îmbunătăţire (OLC 45, OLC 60 STAS 880) sau oţeluri aliate
de îmbunătăţire (40 Cr 10, 41 CrNi 12 etc. STAS 791), pentru arbori puternic solicitaţi
şi/sau durată mare de funcţionare impusă lagărelor sau canelurilor;
• oţeluri carbon de calitate de cementare (OLC 10, OLC 15 STAS 880) sau oţeluri aliate de
cementare (13 CrNi 30, 28 TiMnCr 12 etc. STAS 791), pentru arbori puternic solicitaţi şi
pentru arbori care funcţionează la turaţii ridicate.
Rotile dintate. Roţile dinţate se execută dintr-o gamă foarte largă de materiale pentru a
satisface condiţiile diverse în care funcţionează. Roţile dinţate utilizate în construcţia
reductoarelor de turaţie, a transmisiilor automobilelor şi tractoarelor se execută numai din oţeluri
tratate termic sau termochimic.
Ca tratament final, normalizarea se aplică oţelurilor nealiate, utilizate doar în construcţia
unor cutii de viteze care transmit sarcini mici, la viteze mici. Marcile de astfel de oţeluri utilizate
în construcţia roţilor dinţate sunt: OLC 45, OLC 50, OLC 55 şi OLC 60.
Oţelurile de îmbunătăţire fac parte din grupa oţelurilor moi, principalele mărci de astfel de
oţeluri utilizate în construcţia roţilor dinţate de la reductoare sunt: 40 Cr 10, 26 MoCr 11, 34
MoCr 11, 51 VMnCr 11, 40 CrNi 12, 30 MoCrNi 20 etc.
Principalele mărci de oţeluri de cementare utilizate în construcţia roţilor dinţate de la
reductoare şi transmisii de automobile şi tractoare sunt 15 Cr 9, 18 MnCr 11, 20 TiMnCr 12, 21
MoMnCr 12, 18 CrNi 20, 20 MoNi 35, 17 MoCrNi 14.
Cele mai utilizate oţeluri de nitrurare, nitrurate, sunt: 21 MoMnCr 12, 26 MoCr 11, 30
MoCrNi 16; cele de îmbunătăţire, nitrurate sunt: 34 MoCr 11 (33 MoCr 11), 42 MoCr 11 (42
MoCr 11), iar cele de cementare nitrurate sunt: 19 MoCr 11 şi 21 MoMnCr 12.
Rulmentii. Materialele destinate inelelor şi corpurilor de rostogolire trebuie să îndeplinescă
o serie de condiţii: rezistenţă mare la solicitarea de contact; rezistenţă mare la uzură; tenacitate.
Oţelurile care îndeplinesc cel mai bine aceste condiţii sunt oţelurile aliate cu crom, care conţin
aproximativ 1% carbon şi 1,3…1,65% crom. Alte elemente de aliere sunt manganul şi siliciul.
Viteza de călire şi adâncimea de călire sunt direct dependente de conţinutul de mangan.
Tratamentul termic de durificare este de călire (încălzire la 800ºC, menţinere 1 oră, răcire în
ulei) urmată de revenire joasă (încălzire la 170ºC, menţinere 3 ore, răcire în ulei preîncălzit la
70ºC). După tratamentul termic, duritatea inelelor şi a corpurilor de rostogolire este de 63±3
HRC.
Unele firme producătoare de rulmenţi utilizează şi oţeluri de cementare, acestea
comportându-se bine la solicitări cu şocuri. Pentru rezistenţă la temperaturi ridicate sau pentru
rezistenţă la coroziune, se utilizează oţeluri speciale înalt aliate, respectiv oţeluri anticorozive,
aliate cu crom.
Carterul. Alegerea materialului depinde atât de aspecte functionale – încarcare, zgomot,
cât si de aspecte tehnologice – productia zilnica, procedeul de turnare si tehnologia de uzinare
disponibila etc. De regula, în constructia unui carter al cutiei de viteze, datorita dificultatilor de
obtinere a calitatilor suprafetelor la uzinare cu aceeasi viteza de aschiere si modificarii
diferentiate a formei si dimensiunilor la cresterea temperaturii, se utilizeaza un singur tip de
material. Complexitatea, forma si aspectul pieselor variaza în functie de: materialele utilizate
(aluminiu sau fonta) procedeul de turnare a semifabricatelor.
Inelele de sincronizatoare se realizeaza din bronz.
2.2 REZISTENŢE ADMISIBILE
Arborii. Sub acţiunea forţelor exterioare şi a momentelor de torsiune pe care le transmit,
arborii sunt solicitaţi la torsiune, încovoiere şi tracţiune sau compresiune. Aceste solicitări
acţionează simultan, deci arborii sunt supuşi la solicitări compuse.
Principalele solicitări sunt solicitarea de torsiune şi cea de încovoiere.
Tensiunea admisibilă convenţională se alege din intervalul 50...10at MPa, valorile mai
mari se recomandă în cazul arborilor scurţi, iar valorile mai mici în cazul arborilor lungi. În cazul
unor arbori foarte rigizi şi la care deformaţiile de încovoiere nu conduc la funcţionări incorecte
ale ansamblului respectiv, se pot lua şi valori mai mari pentru rezistenţa admisibilă
convenţională la torsiune, 55...50at MPa.
Rotile dintate. Este cea mai periculoasă formă de deteriorare a danturii, deoarece bucăţile
rupte din dinţi pot produce deteriorarea şi a altor organe de maşini din transmisie. Ruperea
dinţilor este cauzată de oboseala materialului sau de suprasarcinile care apar în transmisie.
Marca oţelului σ02,
MPa
σr,
MPa
σ02,
MPa
σr,
MPa
σ02,
MPa
σr,
MPa
σ02,
MPa
σr,
MPa
σ02,
MPa
σr,
MPa
STAS 791
SR EN
10083-1
10083-2
Diametrul d sau grosimea piesei t, în mm
d 16; t 8 16 < d 40;
8 < t 20
40 < d 100;
20 < t 60
100 < d 160;
60 < t 100
160 < d 250;
100 < t 160
Tratament termic: călire şi revenire înaltă (I)
40Cr10 41Cr4 800 1000...
1200 660
900…
1100 560
800…
950 - - - -
26MoCr11 25CrMo4 700 900...
1000 600
800…
950 450
700…
850 400
650…
800 - -
34MoCr11 34CrMo4 800 1100...
1200 650
900…
1100 550
800…
950 500
750…
900 450
700…
850
42MoCr11 42CrMo4 900 1100...
1300 750
1000…
1200 650
900…
1100 550
800…
950 500
750…
900
34MoCrNi16 36CrNiMo4 900 1100…
1300 800
1000…
1200 700
900…
1100 600
800…
950 550
750…
900
30MoCrNi20 30CrNiMo8 1050 1250…
1450 1050
1250…
1450 900
1100…
1300 800
1000…
1200 800
1000…
1200
51VMnCr11 51CrV4 900 1100…
1300 800
1000…
1200 700
900…
1100 650
850…
1000 600
800…
950
Rulmentii. Calculul rulmenţilor rotitori se poate desfăşura în două moduri.
Se determină capacitatea dinamică necesară, care trebuie să verifice relaţia
CLPCp
necesar , în care capacitatea de încărcare dinamică de bază C se ia din catalogul
de rulmenţi.
Durabilitatea impusă rulmentului (în milioane de rotaţii) L se determină în funcţie de
turaţia inelului rotitor n şi de durata de funcţionare impusă impushL (în ore), cu relaţia
610
60 impushnLL .
Se determină durata de funcţionare a rulmentului Lh (în ore), care, pentru
verificare, trebuie să respecte relaţia
,60
106
impushh Ln
LL în care
p
P
CL
.
In cataloagele de rulmenti ale firmelor exista specificat pentru fiecare tip de rulment
sarcinile, fortele maxime si rezistentele pe care le pot prelua.
2.3 MODURI DE PRELUCRARE POSIBILE
Arborii. Semifabricatele pentru arbori pot fi: bare laminate, pentru diametre sub 140 mm;
bare laminate cu forjare ulterioară; bare laminate cu matriţare ulterioară, în cazul producţiei de
de serie mare; semifabricate turnate, în cazul arborilor de dimensiuni foarte mari. Execuţia
arborilor din bare laminate cu forjare sau matriţare ulterioară conduce la obţinerea unui
semifabricat apropiat de forma finală a arborelui – cu importante economii de material,
manoperă şi energie – şi la realizarea unui fibraj continuu care urmăreşte forma arborelui, cu
efect direct asupra măririi rezistenţei acestuia.
Rotile dintate. Oţelurile utilizate în construcţia roţilor dinţate sunt oţeluri laminate sau
forjate. Din punct de vedere al proprietăţilor mecanice şi al prelucrabilităţii, oţelurile utilizate în
construcţia roţilor dinţate se împart în două mari grupe:
oţeluri moi, cu duritatea superficială mai mică de 350 HB;
oţeluri dure, cu duritatea superficială mai mare de 350 HB.
Caracteristic oţelurilor moi este faptul că prelucrarea danturii se face după tratamentul
termic, iar în cazul oţelurilor dure, prelucrarea danturii se face înainte de tratamentul termic,
după tratament efectuându-se doar finisarea danturii prin rectificare.
Caracteristicile mecanice ale oţelurilor utilizate în construcţia roţilor dinţate depind, în mare
măsură, de calitatea şarjei, a semifabricatului şi a tratamentului termic sau termochimic aplicat.
Din aceste puncte de vedere, oţelurile se împart în trei grupe de calitate: ML, MQ şi ME.
Calitatea ML corespunde unor oţeluri care posedă calităţi reduse, calitatea MQ corespunde
unor oţeluri care sunt obţinute de producători cu experienţă, cu cheltuieli corespunzătoare, iar
calitatea ME impune cerinţe care trebuie îndeplinite când se cere o mare siguranţă în funcţionare.
Principalele cerinţe care trebuie îndeplinite de fiecare calitate sunt prezentate la descrierea
oţelurilor respective.
Tratamentele termice pentru roţi dinţate sunt: recoacere, călire şi revenire, iar tratamentele
termochimice aplicate oţelurilor sunt cementare, nitrurare şi carbonitrurare.
Rulmentii. Semifabricatele utilizate pentru inele sunt de tip ţeavă laminată, pentru diametre
exterioare mai mici de 20 mm şi obţinute prin forjare, pentru diametre exterioare mai mari de 20
mm. Semifabricatul pentru role este bara de otel debitata.
Carterul. Carterul asamblat (fig.7.8) reprezinta o solutie specifica transmisiilor
autoturismelor si autoutilitarelor usoare organizate dupa solutia totul fata, cu motorul amplasat
longitudinal sau transversal. Uzinarea este mai complexa decât cazul carterului monobloc,
deoarece se are în vedere existenta unor suprafete suplimentare – cele de asamblare si cele de
centrare a elementelor componente. Este compus din mai multe elemente, care sunt uzinate
împreuna pentru a forma ”carterul asamblat”.
3 TEHNOLOGII UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA
CUTIEI DE VITEZE
3.1 TEHNOLOGII DE FABRICARE
Arborii. Tehnologia de fabricaţie a arborilor constă în: strunjirea suprafeţelor cilindrice sau
conice şi a filetelor, frezarea canalelor de pană sau a canelurilor – operaţii executate înainte de
tratamentul termic – rectificarea fusurilor, a porţiunilor de calare, a suprafeţelor canelurilor –
operaţii executate după tratamentul termic.
Tratamentele termice sau termochimice aplicate depind de materialul din care se execută
arborii, putând fi: îmbunătăţire sau îmbunătăţire şi călire superficială a fusurilor, canelurilor,
porţiunilor de calare etc.; cementare urmată de călire a fusurilor, porţiunilor de calare şi a
canelurilor; nitrurare etc.
Rotile dintate. Realizarea tehnologica a rotilor dintate cu profil evolventic se efectueaza cu
ajutorul unei masini de frezat cu freza melc.
Rulmentii. Inelele rulmenţilor se execută prin strunjire, urmată de rectificare. Forjarea se
efectuează pe maşini automate. Ulterior semifabricatele forjate se supun unui tratament termic de
recoacere de globulizare (în cuptoare electrice) şi operaţiunii de sablare cu alice din fontă pentru
îndepărtarea ţunderului şi a eventualelor bavuri.
Strunjirea se face pe maşini automate. Înaintea operaţiei de strunjire a căilor de rulare se
rectifică plan bilateral inelele, pentru asigurarea bazelor tehnologice. După strunjire se aplică
tratamentul de durificare şi abia apoi se execută, în ordine, rectificarea suprafeţelor laterale, a
suprafeţelor cilindrice, a căilor de rulare şi superfinisarea căilor de rulare. În final, rugozitatea
suprafeţelor funcţionale este de 0,4 μm.
Bilele se obţin prin presare la rece (în prese speciale), urmată de pilire şi eventual
rectificare. Se continuă cu tratamentul termic de durificare, urmat de rectificare, lepuire şi
sortare. Rectificarea şi lepuirea se execută cu discuri din fontă specială, cu soluţii abrazive de
Al2O3, Cr2O3 şi, în final, motorină. Se obţin rugozităţi de 0,04 μm.
Rolele se obţin prin debitare din bare, urmată de presare. După tratamentul termic de
durificare se continuă cu operaţiile de tobuire şi de rectificare de eboşare a generatoarei rolei.
Carterul. Carterul asamblat reprezinta o alta solutie ce poate fi obtinut prin turnare sub
presiune a elementelor componente. Turnarea sub presiune confera pieselor finite: precizie mare,
rigiditate satisfacatoarele si masa redusa.
3.2 TEHNOLOGII DE ASAMBLARE
La rotile dintate care fac corp comun cu arborele, rotile impun arborelui materialul din care
trebuie fabricat, apoi partea rotii se prelucreaza si se trateaza. In cazul rotilor dintate care
translateaza pe lungimea arborelui, acestea se monteaza pe arbore cu ajutorul canelurilor.
Rulmentii se monteaza pe fusurile arborilor, fiind stranse pe acestea. Standardul prevede la
diametrul interior al rulmentului numai valori intregi, din 5 in 5 milimetri, deci tolerantele
fusurilor arborilor trebuie prelucrate astfel incat sa existe acea prestrangere.
Rulmentii. Montajul cu rulmenţi este reprezentat de subansamblul format din arbore
(împreună cu piesele susţinute de acesta), lagăre şi carcasele pe care se sprijină.
Montajul cu rulmenţi trebuie să asigure posibilitatea de rotire a arborelui şi a pieselor
montate pe acesta şi transmiterea sarcinii de la aceste piese la partea fixă (batiu, carcasă etc.).
Condiţiile care trebuiesc respectate de un montaj cu rulmenţi sunt:
să fixeze axial arborele (să permită transmiterea sarcinilor axiale de la arbore la carcasă);
să fixeze radial arborele (să permită transmiterea sarcinilor radiale de la arbore la
carcasă);
să nu introducă forţe suplimentare în rulmenţi, dacă arborele se dilată şi/sau se încovoaie.
Elementele constructive care pot fi utilizate pentru fixarea axială a rulmenţilor depind de
mărimea sarcinilor axiale care trebuie preluate şi de inelul pentru care se face fixarea axială.
Pentru fixarea axială a rulmenţilor care fac parte din montaje care nu sunt încărcate axial, este
suficientă fixarea unui inel prin ajustajul cu strângere dintre inelul respectiv şi piesa conjugată.
Fixarea rulmenţilor care preiau forţe axiale se realizează prin elemente constructive
suplimentare, care diferă în funcţie de inelul pe care îl fixează.
Cele mai întâlnite elementele constructive utilizate pentru fixarea inelelor interioare sunt:
cu umăr de sprijin executat pe arbore;
cu bucşă intermediară între inelul rulmentului şi un umăr de pe arbore sau o altă piesă
fixată pe arbore;
cu inel elastic de rezemare;
cu piuliţă de rulment;
cu şaibă de fixare cu şuruburi, doar la capete de arbori.
Fixarea inelelor exterioare de rulmenţi se poate realiza prin unul dintre următoarele
elemente:
capacul lagărului;
piese filetate înşurubate în carcasă sau în alte elemente fixate pe carcasă;
umăr de sprijin realizat în carcasă sau în paharul de rulment;
inel elastic de rezemare fixat în carcasă sau chiar în inelul exterior al rulmentului.
Fixarea radială a rulmenţilor se realizează prin alegerea ajustajelor dintre inele şi piesele
conjugate (fusul arborelui, respectiv alezajul din carcasă) şi, de asemenea, prin stabilirea
jocurilor radiale corespunzătoare în funţionare.
Toleranţele la diametrul alezajului de pe inelul interior şi la diametrul exterior al inelelor
exterioare ale rulmenţilor sunt standardizate pe plan internaţional. Din acest motiv toleranţele la
diametrele de fusuri se aleg în sistem alezaj unitar, iar toleranţele la diametrele alezajelor din
carcase se aleg în sistem arbore unitar. Aceste toleranţe determină tipurile de ajustaje (cu joc sau
cu strângere) dintre fusul arborelui şi inelul interior al rulmentului, respectiv dintre inelul
exterior şi alezajul din carcasă. Se utilizează câmpuri de toleranţă între g6 şi n6 pentru fusurile de
rulmenţi şi între H6, H7 şi P6, P7 pentru alezajul din carcasă.
Tipurile de ajustaje se aleg în funcţie de: modul de încărcare al inelelor; tipul şi mărimea
sarcinilor preluate; tipul şi mărimea rulmentului; condiţiile de temperatură; construcţia
carcaselor; condiţiile de montare-demontare; condiţii speciale de mobilitate axială.
Modul de încărcare a inelelor poate fi cu încărcare periferică sau cu încărcare locală. Dacă
sarcinile îşi păstreză sensul şi direcţia, inelul rotitor este încărcat periferic şi se recomandă
montarea lui cu strângere, iar inelul nerotitor este încărcat local şi se recomandă montarea lui
liberă.
Tipul şi mărimea sarcinii influenţează mărimea strângerii la ajustajele presate, în sensul
creşterii strângerii necesare cu mărimea sarcinii sau a şocurilor.
Tipul şi mărimea rulmentului determină strângeri mai mari la rulmenţi cu role şi mai mici la
rulmenţi cu bile şi de asemenea strângeri cu atât mai mari cu cât rulmentul este mai mare.
Condiţiile de temperatură determină strângeri sau jocuri cu atât mai mari cu cât temperatura
de funcţionare este mai mare.
Construcţia carcasei poate fi cu plan de separaţie – caz în care nu este permisă alegerea unui
ajustaj cu strângere în carcasă, sau fară plan de separaţie, obligatorii în cazul sarcinilor cu acţiune
periferică pe inelul exterior. La carcase subţiri sau din materiale uşoare se recomandă strângeri
mai mari.
Condiţiile de montare şi demontare trebuie să fie cât mai simple. Dacă ambele inele se
montează cu strângere este recomandată alegerea rulmenţilor demontabili sau a rulmenţilor cu
alezaj conic şi bucşă de extracţie.
Condiţiile speciale de mobilitate axială se realizează prin alegerea unui ajustaj liber între
inelul cu încărcare locală şi piesa conjugată.
Carterul. Carterul asamblat al cutiilor de viteze longitudinale (fig.7.8.a.) satisface toate
solutiile de organizare a transmisiei care sunt folosite când motorul este amplasat longitudinal:
clasica, totul fata sau integrala. Constructia este realizata din doua semicartere ce contin în planul
de asamblare axele arborilor.
4. MODALITĂŢI DE DETERIORARE
A CUTIEI DE VITEZE
Defecte in exploatare ale cutiei de viteze si inlaturarea lor
Defectele in exploatare ale cutiei de viteze se pot manifesta sub forma: blocarea cutiei de
viteze, ramanerea cutiei intr-o treapta, fara posibilitatea de a mai cupla alta, autodecuplarea
cutiei de viteze, schimbarea cu zgomot a treptelor la demaraj, cu ambreiajul decuplat complet,
zgomot continuu mai puternic la mersul in plina sarcina, zgomot asemanator unui huruit
puternic sau unei trosnituri, cu intentii de blocare a cutiei de viteze, bataie ritmica: schimbarea
greoaie a treptelor.
Blocarea cutiei de viteze. Defectul se manifesta mai ales, la pornirea din loc sau la
mersul inapoi, ca urmare a deteriorarii dispozitivului de zavorare a treptelor sau din cauza
ruperilor de dantura.
Defectarea dispozitivului de zavorare a treptelor poate duce la cuplarea a dou trepte in
acelasi timp rezultand o blocare a cutiei de viteze. Defectul se elimina prin inlocuirea pieselor
uzate.
Ruperea dintilor pinioanelor conduce la blocarea cutiei de viteze, atunci cand fragmente
din dantura sparta se intepenesc intre dintii pinioanelor.
Cauzele ruperii dintilor pinioanelor pot fi: solicitari mari, datorita ambreierilor bruste,
manevrari gresite ale manetei de comanda, oboseala materialului si uzuri avansate. Inlaturarea
defectului se poate face numai intr-un atelier de reparartii prin inlocuirea pinioanelor cu dintii
rupti.
Ramanerea cutiei de viteze intr-o treapta, fara posibilitatea de a mai cupla alta.
Defectul se datoreaza mai multor cauze, mai importante fiind: ruperea manetei de schimbare a
treptelor, ruperea furcilor de cuplare sau tijelor culisante, defectarea dispozitivului de zavorare si
congelarea uleiului pe timp de iarna.
Ruperea manetei de schimbare a treptelor de viteze se poate datora oboselii materialului
sau manevrarilor bruste, indeosebi iarna, cand uleiul de transmisie din carter este prea viscos.
Daca maneta s-a rupt deasupra articulatiei sferice,pentru a se putea continua drumul pana
la atelierul de reparatie, se va folosi o cheie tubulara ori o teava-introdusa pe capatul manetei cu
ajutorul careia se vor schimba treptele.
Daca maneta s-a rupt sub articulatia sferica, trebuie demontat capacul cutiei de viteze si
scos capatul rupt al manetei pentru a preveni producerea unei avarii: se introduce, apoi, in treapta
intii sau a doua de viteza cu ajutorul unui levier,dupa care se monteaza la loc capacul, si,
debreind, se porneste motorul, continuindu-se, apoi, drumul pana la atelierul de reparatie, fara a
se mai schimba treapta.
Ruperea furcilor de cuplare sau a tijelor culisante se produce datorita oboselii
materialului, schimbarilor bruste sau manevrarilor fortate cind uleiul este congelat. Defectul se
constata prin faptul ca desi maneta se poate manevra, totusi nu se realizeaza cuplarea treptelor.
Daca se produce ruperea unor bucati din furca, acestea pot cadea in carterul cutiei de viteze,
putand sa patrunda intre rotile dintate, distrugind dantura sau chiar fisurind carterele.
Pentru a se preveni producerea unor astfel de deteriorari, la imposibilitatea cuplarii
pinioanelor se debreiaza si se opreste motorul.
Autodecuplarea cutiei de viteze („sare din viteza”) defectul se poate datora
urmatoarelor cauze: defectarea dispozitivului de fixare a treptelor, danturilor pinioanelor si
danturilor de cuplare (crabotii) uzate accentuat, rulmenti cu jocuri mari,jocuri axiale mari ale
pinioanelor pe arborele secundar.
Defectarea dispozitivului de fixare a treptelor se produce ca urmare a slabirii arcurilor
sau a iesirii bilelor din locasurile lor, precum si uzarii tijelor culisante. Defectiunea conduce la
autodecuplarea treptei. Defectul se elimina inlocuindu-se partile uzate ale dispozitivului de
fixare.
Uzura excesiva a rulmentilor conduce la jocuri mari care determina neparalelismul cutiei
de viteze. Defectul se datoreaza unui numar mare de cauze: ungerea insuficienta, existenta unor
impuritati in ulei, montaj prea strans, centrarea incorecta a cutiei de viteze fata de motor etc.
Shimbarea cu zgomot a treptelor la demaraj, cu ambreiajul complet decuplat.
Cauza defectiunii o poate constitui uzura sau deteriorare sincronizaritoarelor: indeosebi se
uzeaza inelele de blocare.
Datorita functionarii necorespunzatoare a sincronizatoarelor, cuplarea treptelor se face cu
zgomot, datorita faptului ca vitezele unghiulare ale elementelor, in momentul cuplarii, nu mai
sint egale.
Zgomot continuu mai puternic la mersul in plina sarcina. Manifestarea se datoreaza
uzurii sau deteriorarii rulmentilor arborilor. De asemenea, ea poate aparea si la montajul prea
strans, fiind urmata de incalziri locale ale lagarelor si, eventual, de griparea rulmentilor.
Zgomot asemanator unui huruit puternic sau unei trosnituri, cu intentii de blocare a
cutiei de viteze. Aceste manifestari se datoreaza spargerii corpurilor de rostogolire ale
rulmentilor.
Bataia ritmica. Defectiunea se datoreaza ruperii danturii rotilor dintate. Daca zgomotul
este la fel de puternic in oricare dintre trepte, inseamna ca s-a produs ruperea danturii rotilor
dintate permanent angrenate, fixe pe arbori. In cazul in care ruperea danturii s-a produs la o roata
dintata libera pe arbore si care se cupleaza cu ajutorul unui sincronizator, bataia apare numai
intr-o anumita treapta, cand se cupleaza roata respectiva. Continuarea drumului se va face cu
automobilul remorcat pana, la atelierul de reparatii.
Intretinerea cutiei de viteze
Intretinerea cutiei de viteze consta in urmatoarele lucrari:
controlul fixarii cutiei pe carterul ambreiajului sau pe cadru
verificarea strangerii piulitelor de la flansa arborelui secundar
verificarea etanseitatii carterului prin observarea locurilor pe unde au loc pierderi de ulei
controlul zgomotelor cu stetoscopul
controlul functionarii dispozitivelor de fixare si zavorire
reglarea mecanismului de comanda a treptelor
gresarea articulatiilor mecanismului de comanda
controlul si completarea nivelului uleiului
schimbarea lubrifiantului din carter
La automobile cu comanda la distanta a cutiei de viteze si la cele cu maneta pe coloana
volanului, trebuie sa se regleze, periodic, lungimile tijelor intermediare pentru a se aduce in
concordanta cu pozitia pinioanelor din cutia de viteze.
Ungerea cutiei de viteze se face cu ulei special pentru transmisie. Schimbarea uleiului consta in
golirea celui uzat si umplerea pana la nivel cu altul proaspat. De regula, nivelul uleiului in carter
trebuie sa fie la marginea inferiora a orificiului de umplere.
Periodic, se controleaza nivelul lubrifiantului in carter, care trebuie sa fie la nivelul
orificiului de alimentare.
Deasemenea, atunci cand instructiunile de exploatare prevad, se fac inlocuirea in functie
de anotimp (iarna-vara) a uleiului, chiar daca rulajul prevazut nu a fost realizat.
Defecte si tehnologia de reconditionare a cutiei de viteze
In scopul stabilirii pieselor utilizate si a celor apte de a fi reconditionate, organele
componente ale cutiei de viteze se verifica si se controleaza, iar rezultatele se inscriu in fise de
constatari si masuratori.
Carterul cutiei de viteze. Pot aparea urmatoarele defecte: fisuri ale carterului, uzura
locasului din fata pentru axul de mers inapoi, uzura locasului din spate pentru axul de mers
inapoi, deteriorarea filetului gaurilor pentru fixarea capacului cutiei de viteze, a capacelor
arborelui primar si arborelui intermediar si a capacului pentru vitezometru, deteriorare filetului
gaurilor pentru fixarea carterului reductorului, stirbiri ale bosajelor gaurilor filetate.
Fisurile carterului se constata prin examen vizual si control prin ciocanire. Daca fisurile
sint mai mici de 50 mm sau nu traverseaza mai mult de doua gauri, carterul se reconditioneaza
prin sudare oxiacetilenica si refacerea suprafetelor afectate de fisuri la forma si dimensiunile
initiale.
Uzura locasurilor pentru axul de mers inapoi se masoara cu calibre-tampon: locasurile
uzate se alezeaza la cote majorate si se foloseste un ax de mers inapoi la cote majorate.
Filetul gaurilor deteriorat se reconditioneaza prin majorarea gaurilor si refiletarea la cota
majorata sau prin incarcarea cu sudura a gaurilor, gaurirea si refiletarea la cota nominala.
Locasurile rulmentilor arborilor cutiei de viteze uzate se reconditioneaza prin: alezare la
o cota majorata-bucsare (bucse montate cu strangere prin presare)-prelucrarea alezajului la cota
nominala: metalizare, urmata de prelucrarea la cota nominala.
Carterul cutiei de viteze se rebuteaza daca prezinta sparturi si rupturi de orice natura si
pozitie, fisuri care leaga doua alezaje pentru rulmenti, fisuri mai mari de 50 mm sau care
traverseaza mai mult de doua gauri.
Arborele primar. Pot aparea urmatoarele defecte:
uzura suprafetei locasului 1 pentru sprijinirea arborelui secundar, uzura suprafetei 2 de fixare a
rulmentului din carterul cutiei de viteze, uzura in latime a canelurilor 3 pentru butucul discului
ambreiajului, uzura fusului de ghidaj 4 in arborele cotit, uzura suprafetei de alunecare 5 a
inelului de etansare, stirbiri ale suprafetei de lucru a dintilor de angrenare 6 sau cuplare,
incovoierea sau torsionarea arborelui, uzura in grosime a dintilor de angrenare 7, uzura in
grosime sau la capete a dintilor de cuplare 8, fisuri de orice natura sau pozitie.
Uzura suprafetei locasului pentru spijinirea arborelui secundar se masoara cu un tampon
sau un micrometru de interior: defectul se elimina prin rectificare la cota majorata.
Reconditionare suprafetei se poate face si prin cromare, dupa care se rectifica la cota nominala.
Uzura in latime a canelurilor pentru butucul arborelui ambreiajului se masoara cu un
sablon, iar daca scade sub o anumita latime, arborele se rebuteaza.
Uzura suprafetei de fixare a rulmentului din carterul cutie de viteze se masoara cu un
micrometru de exterior sau calibru potcoava: defectul se elimina prin cromare, metalizare cu
pulberi metalice sau metalizare cu sarma si rectificare la cota nominala.
Uzura fusului de ghidaj in arborele cotit se masoara cu un micrometru de exterior:
defectul se elimina prin cromare sau metalizare cu pulberi si rectificare la cota nominala.
Stirbirile suprafetei de lucru a dintilor de angrenare sau cuplare se examineaza vizual.
Suprafata se reconditioneaza prin polizarea marginilor stirbirilor, daca defectul nu depaseste
25% din suprafata dintelui si cand nu apare la doi dinti alaturati.
Arborele primar se rebuteaza in cazul urmatoarelor defecte: fisuri sau rupturi de orice
natura, rupturi ale dintilor, incovoierea sau torsionarea arborelui, uzura in grosime a dintilor de
angrenare sau de cuplare,peste o anumita valoare, uzura la capete a dintilor de cuplare, peste o
anumita limita, exfolierea canelurilor.
Arborele intermediar: Pot aparea urmatoarele defecte: uzura fusului 1 pentru rulmenti,
uzura suprafetei de contact 2 cu roata dintata dubla, uzura suprafetei de contact 3 cu roata dintata
pentru treapta a III-a si roata dintata a angrenajului permanent, uzura fusului 4 pentru rulment,
uzura alezajului 5 pentru colivia rulmentului cu role-ace, stirbiri ale suprafetei de lucru a dintilor
6, incovoierea sau torsionarea arborelui 7, uzura in grosime a dintilor danturii 8, uzura in
grosime a dintilor danturii 9, uzura in grosime a dintilor danturii 10, uzura in grosime a dintilor
danturii 11, fisuri de orice
natura sau pozitie.
Uzura fisurilor pentru rulmenti se masoara cu un micrometru de exterior sau calibru
potcoava: defectul se elimina prin cromare si rectificare la cota nominala.
Uzura suprafetelor de contact cu rotile dintate se masoara cu micrometru de exterior sau
calibru potcoava: defectul se elimina prin cromare si rectificare la cota nominala, cand se
folosesc roti dintate cu diametru interior la cota nominala, sau prin cromare si rectificare la cota
majorata, cand se folosesc roti dintate la o treapta de reparatie.
Uzura in grosime a dintilor danturii rotilor se masoara cu un calibru special pentru
dantura. Daca cota peste trei dinti este sub limita admisa, arborele nu se reconditioneaza ci se
rebuteaza
Fisurile de orice natura sau pozitie se controleaza prin feroflux. Daca apar fisuri,
arborele nu se reconditioneaza ci se rebuteaza.
Stirbirile suprafetei de lucru a dintilor se examineaza vizual. Arborele se reconditioneaza
prin polizarea marginilor stirbirilor daca nu depasesc 25% din suprafata dintelui si nu se produc
la doi dinti alaturati.
Arborele secundar. Pot aparea urmatoarele defecte: uzura suprafetei de centrare a
canelurilor pentru flansa arborelui si suportul mufelor de cuplare a treptelor, uzura in grosime a
canalelor pentru suportul mufelor de cuplare a treptelor, uzura suprafetelor de lucru a rulmentilor
cu role-ace pe care se sprijina rotile dintate, uzura fisurilor pentru rulmentii de sprijin, fisuri de
orice natura, incovoierea si torsionarea arborelui.
Uzura suprafetelor de centrare a canelurilor se masoara cu micrometrul de exterior sau
cu calibru potcoava. Daca dimensiunile sunt sub limita admisa, arborele nu se reconditioneaza ci
se rebuteaza.
Uzura in grosime a canalelor se masoara cu micrometrul pentru dantura. Daca cota este
sub limita admisa, arborele nu se reconditioneaza ci se rubuteaza.
Uzura suprafetelor de lucru ale rulmentilor cu role-ace pe care se sprijina rotile dintate
se masoara cu un micrometru de exterior sau cu un calibru potcoava. Arborele se reconditioneaza
prin: cromare dura si rectificare la cota nominala, metalizare cu pulberi metalice si rectificarea la
trepte de reparatie, inlocuirea rolelor-ace initiale cu unele avind diametrul majorat si folosirea
unei roti dintate reconditionate.
Uzura fusurilor pentru rulmentii de sprijin se masoara cu un micrometru de exterior sau
cu un calibru potcoava.Arborele se reconditioneaza prin rectificare de uniformizare,cromare dura
si rectificare la cota nominala.
Fisurile de orice natura se controleaza prin feroflux.Arborele fisurat se rebuteaza.
Incovoierea arborilor se masoara cu un dispozitiv cu comparator.Bataia radiala la
prindere intre varfuri nu trebuie sa depaseasca o anumita valoare precisa. Arborele nu se
reconditoneaza.
Reconditionarea rotilor dintate. Tinand cont de complexitatea problemelor ridicate de
danturari, nu este indicat a se reconditiona danturile rotilor dintate. Stirbirile mici se indeparteaza
cu o masina portabila cu piatra abraziva. Suprafetele laterale functionale se reconditioneaza prin
cromare, urmata de rectificare. Daca uzurile sunt mari, suprafetele se rectifica, iar diferenta de
cota la montaj se compenseaza prin saibe plane. Alezajele butucurilor rotilor dintate se
reconditioneaza prin cromare, urmata de rectificare la cota nominala. La uzuri mari, se pot bucsa,
prelucrandu-se, apoi, la cota nominala.
In figura alaturata este reprezentata roata dintata a treptei a
V-a de la cutia de viteze AK-80 si locurile unde pot aparea defecte:
uzura locasului 1 pentru arborele secundar, uzura danturii de
cuplare 2, stirbiri ale suprafetei de lucru 3 a dintilor, uzura in
grosime a dintilor danturii de angrenare 4, fisuri ale rotii 5.
Uzura alezajului pentru arborele secundar se masoara cu
un micrometru de interior sau cu un calibru tampon, defectul se
elimina prin rectificarea alezajului la treapta de reparatie.
Uzura danturii de cuplare se poate manifesta prin: uzura in
gosime a dintilor de cuplare, uzura la capete a dintilor de cuplare, ambele defecte. Rotile dintate
nu se reconditioneaza: se rebuteaza daca cota peste trei dinti sau latimea danturii sint sub limitele
prescrise.
Stirbirile suprafetei de lucru a dintilor se indeparteaza prin polizarea marginilor
stirbirilor daca nu depasesc 25% din suprafata dintelui sau nu apar la doi dinti alaturati.
La uzura in grosime a dintilor danturii de angrenare, roata dintata nu se reconditioneaza,
se rebuteaza cand cota peste patru dinti este sub valoarea prescrisa.
Fisurile in orice pozitie se controleaza prin feroflux. Roata se rebuteaza cand din urma
controlului apar fisuri.
Verificarea cutiei de viteze. La asamblarea cutiei de viteze se verifica:
pozitionarea rotilor pe arbori
jocul axialal rotilor libere pe arbori
jocul dintre inelele 1 si 3 de blocare ale sincronizatorului si carcasa 2
marimea anumitor reglaje, prin utilizarea corecta a
saibelor, a garniturilor si a inelelor care asigura jocul functional normal al rulmentilor
jocul axial al arborilor, reglat la un anumit moment rezistent de rotatie libera (de
exemplu, la cutia de viteze AK 5-35, jocul axial al arborelui intermediar este de 0,08-0,012 mm,
la moment rezistent de 1,0….1,5 Nm)
jocul lateral al furcilor in canale (la cutiile de viteze de le Roman jocul este de 0,1 mm
pentru fiecare parte)
pozitionarile reciproce ale danturilor arborilor
Reglarea cutiei de viteze. In general, la cutiile de viteze, se regleaza jocul axial al grupului
sincronizatoare (cu ajutorul saibelor si al inelelor compensatoare), rulmentii arborilor si pozitia
arborilor.
BIBLIOGRAFIE
1 Untaru,M.ş.a. Calculul şi construcţia automobilelor. E.D.P., Bucureşti, 1982.
2 Gh. Ciolan, I. Preda, Cutii de viteze pentru automobile E.D.P.,Bucuresti, 1998.
3 R. Velicu, curs an III, Organe de masini
