3. Calculul ambreiajului

3.1. Stabilirea momentului de frecare al ambreiajului

Pentru transmiterea de către ambreiaj a momentului motor, fără patinare pe toată durata

de funcționare (chiar și după uzura garniturilor de frecare) este necesar ca momentul de frecare

Ma al ambreiajului sa fie mai mare decât momentul maxim al motorului. În acest scop se

introduce în calcul un coeficient de siguranță care pentru autoturisme ia valori între 1,2…1,5.

Se alege coeficientul de siguranță al ambreiajului: β = 1,3.

Se cunoaște momentul motor maxim: Mmax = 135 [N∙m].

Momentul de calcul al ambreiajului se calculează cu relația 3.1. :

M c=β⋅Mmasx [N⋅m ] (3.1)

Rezultă Mc = 166,05 N*m

3.2. Determinarea razelor discului de ambreiaj

Raportul dintre raza interioară și raza exterioară a discului pentru ambreiajele de

automobil este cuprins între 0,35...0,75 și este notat cu C. Se adoptă C = 0,6.

Coeficientul ce ține seama de tipul automobilului și de tipul ambreiajului trebuie să fie

cuprins între 25...30 cm2.daN*m, se notează cu λ și se alege:

λ = 2,75 cm2/N*m

Numărul suprafețelor de frecare ale ambreiajului este i = 2.

Raza exterioară a ambreiajului se calculează conform relației 3.2.:

Re=√ λ⋅Mmax

π⋅(1−C2)⋅i Re=108 [mm ]

(3.2)

Raza interioară a discului de ambreiaj se calculează cu ajutorul relației 3.3.:

Ri=C⋅ReRi=0 . 6⋅108=64 ,8 [ mm ] (3.3)

Raza medie a discului de ambreiaj se calculează cu relația 3.4.:

Rm=23⋅Re

3−Ri3

Re2−Ri

2Rm=87 ,075 [ mm ]

(3.4)

Se adoptă De = 225 [mm] și Di = 150 [mm] (conform tabel 2.3 din(3) ).

3.3. Calculul garniturilor de frecare

Fig.3.1. Garnitura de frecare

Se calculează suprafața garniturii de frecare cu relația 3.5:

A=π⋅(Re2−Ri

2 ) A=47 ,945⋅103 [ mm2 ] (3.5)

Coeficientul de frecare μ este cuprins între valorile 0,25...0,3 și se alege μ = 0,27.

Forța de apăsare a discurilor ambreiajului se calculează conform relației 3.6:

F=M c

μ⋅i⋅Rm

F=3191,36 [N ](3.6)

Presiunea specifică dintre discurile ambreiajului se calculează cu relația 3.7:

p=4⋅β⋅M max

π⋅μ⋅i⋅(De2−Di

2)⋅Rm

p=2 ,754 [daN/cm2 ](3.7)

valoare care se încadrează în limita de 1,5...3,5 [daN/cm2] pentru garniturile din azbest.

3.4. Calculul lucrului mecanic de patinare

Pentru calculul lucrului mecanic de patinare se definesc următoarele mărimi:

turația la putere maximă: np = 5250 [rot/min];

turația la viteza maximă: nvmax = 1,15∙np = 6037,5 [rot/min];

viteza maximă a automobilului: vmax = 169 [km/h];

lățimea profilului anvelopei: B = 185 [mm];

diametrul interior al anvelopei: d = 381 [mm];

înălțimea profilului anvelopei: H = 0,65∙B → H = 120,25 [mm];

diametrul exterior al anvelopei: Du = d + 2∙H → Du = 621,5 [mm];

raza nominală a roții: rn=

Du

2rn=310 ,75 [ mm ]

;

raza liberă a roții: r0 = rn → r0 = 310,75 [mm];

coeficientul de deformare pentru pneurile de joasă presiune: λ = 0,93;

raza de rulare a roții: rr = λ∙r0 = 0.29 [m];

raportul de transmitere al transmisiei principale este

i0=π⋅nv max⋅rr30⋅vmax

i0=3 ,998;

presiunea de umflare a pneului: pa = 1,2 [bar];

panta maximă: αmax = 20º;

coeficientul de rezistență la rulare:

f rul=[ 0 ,0193√ pa

2+ 0 ,00245

√ pa

⋅( vmax

100 )2

+ 0 ,00423√ pa

4⋅( vmax

100 )3] f rul=0 ,018

coeficientul rezistenței totale a drumului:

ψ=f rul⋅cos (αmax )+sin( αmax )ψ=0 ,359

masa totală a autovehiculului: m = 1.055 [kg];

raportul de transmitere al schimbătorului de viteze: is = 3,81;

coeficientul care arată gradul de creștere al momentului de frecare în timpul

cuplării: k = 40 [daN∙cm2];

turația motorului la pornire: n = 700 rot/min.

Lucrul mecanic de frecare la patinare se determină cu relația 3.8:

L=π⋅n⋅rr

2

30⋅i02⋅is

2⋅(Ga

g⋅2⋅π⋅n7200

+Ga

2⋅ψk

+ 23⋅Ga⋅ψ⋅√ 2

k⋅Ga

g⋅π⋅n30 ) L=1 ,801⋅103 [ N⋅m ]

(3.8)

3.5. Calculul lucrului mecanic specific de patinare

Se cunosc:

suprafața garniturii de fricțiune: A = 39452,1[mm2];

numărul suprafețelor de frecare: i = 2

lucrul mecanic de patinare: L = 1,801∙103 [N∙m]

Pentru aprecierea uzurii garniturilor de frecare se folosește ca parametru lucrul mecanic

specific de frecare cu relația 3.9:

Ls=Li⋅A

Ls=2 ,282 [N⋅m ](3.9)

3.6. Calculul temperaturii de funcționare la piesele ambreiajului

În cazul ambreiajului monodisc se face verificarea la încălzire pentru discul de

presiune.Se cunosc următoarele:

coeficientul care exprimă partea din lucrul mecanic de frecare L, consumată

pentru încălzirea piesei care se verifică:

γ = 0,5 – pentru discul de presiune al ambreiajului monodisc.

căldura specifică a piesei ce se verifică: c = 480,7 [J/kg∙grad]

greutatea piesei ce se verifică: gp = 29,43 [N];

Verificarea la încălzire a pieselor ambreiajului se face calculând creșterea temperaturii

cu relația 3.10:

Δτ= γ⋅L427⋅c⋅g p

Δτ=0 ,623(3.10)

3.7. Calculul arcului central diafragmă

Dimensiunile principale ale arcului diafragmă se aleg constructiv conform fig.3.2. și

fig.3.3. astfel:

z = 18 – numărul de brațe al arcului;

Fig.3.2. Modelul constructiv al arcului diafragmă

Fig.3.3. Construcția arcului diafragmă

F = 3,191∙103 [N] – forța de ambreiere;

d1 = 180 [mm];

d2 = 130 [mm];

d3 = 40 [mm];

H = 12 [mm];

s = 3 [mm];

h = 5 [mm];

E = 2,1∙105 [MPa] – modulul de elasticitate longitudinal;

b = 15 [mm];

μ = 0,25 – coeficientul lui Poisson;

ψ = 1.315 (conform tabel 3.3 din 2 )

Pentru calculul de rezistență al arcului se iau în considerare 3 coeficienți de formă k1, k2,

k3 care se calculează conform relațiilor 3.11:

k 1=1π⋅

(1−d2

d1)2

(d1+d2

d1−d2

− 2

ln ( d1

d2) )

k 2=6

π⋅ln( d1

d2)⋅(

d1

d2

−1

ln( d1

d2)−1)

(3.11)

k 3=3

π⋅ln( d1

d2)⋅( d1

d2

−1)

Calculul de rezistență al arcului se face pentru eforturile tangențiale σt max folosind relația

3.12 :

σ t . max=4⋅E⋅f

(1−μ2)⋅k1⋅d12⋅[k1⋅(h− f

2 )+k3⋅s ]1 .378⋅103 [ MPa ](3.12)

σt.adm = 2000…3000 [MPa].

Calculul forței de ambreiere F, forței de debreiere Q și trasarea caracteristicii elastice a

arcului diafragmă. Modul de acționare al forțelor F și Q este prezentat în figura 3.4.

Fig.3.4. Modul de acționare al forței de ambreiere (F) și a forței de debreiere (Q)

F f=4⋅E⋅S⋅f

(1−μ2 )⋅k 1⋅d12 [(h−f )⋅(h− f

2 )+S2 ](3.13)

Q f=F f⋅d1−d2

d2−d3 (3.14)

Pentru calculul deformațiilor în timpul debreierii se folosește modelul din figura 3.5,

unde:

Fig.3.5. Schema pentru calculul deformațiilor

q f=q1 f+q2 f - săgeata totală (3.15)

q1 f=f⋅d2−d3

d1−d2 - săgeata părții fără tăieturi a arcului diafragmă (3.16)

q2 f=ψ⋅f ¿ (d2−d3 )3

24⋅z⋅E⋅I - săgeata părții cu tăieturi a arcului diafragmă (3.17)

În urma calculelor efectuate rezultă următoarea diagramă a caracteristicii elastice a

arcului diafragmă:

3.8.

Determinarea efortului echivalent la decuplarea ambreiajelor

unghiul de înclinare al lamelor α= H

b−e=0 ,116

º

d= b−a

ln( ba )=89 ,628

(3.18)

σ ech=F2

h2⋅η+ E

2⋅(1+μ2)⋅(d−a)⋅α2+h⋅α

a=1 .341⋅103 [MPa ]

(3.19)

3.9. Calculul arborelui ambreiajului

Fig.3.6. Dimensiunile arborelui ambreiajului

M0 = 1.728∙105 [N∙mm]

Mmax = 1.28∙105 [N∙mm]

Uzu

ră Debreiere

ΔΔmb

0 5 10 15 200

2 103

4 103

6 103

8 103

Ff

Qf

Qf

f q1f

qf

De = 21 [mm];

Di=3√ M c

0,2⋅τ ta=17 ,878 [ mm ]

(3.20)

Se adoptă Di = 19 mm.

h = 2,5 [mm];

b = 1,5 [mm];

τ t=M c

0,2⋅Di3=108 N/mm2

- se recomandă între 100…130 [N/mm2] (3.21)

l = 30 [mm] – lungimea canelurilor

z = 20 – numărul canelurilor

σ=8⋅Mmax

z⋅l⋅(De2−Di

2)=9 ,697 [N/mm2 ]

- se recomandă a fi sub 30 [N/mm2] (3.22)

τ f=4⋅Mmax

z⋅l⋅b⋅(De+Di )=12. 929[ N/mm2 ]

- se recomandă a fi sub 30 [N/mm2] (3.23)

Calculul arcurilor elementului elastic suplimentar. Pentru calculul arcurilor care

formează elementul elastic suplimentar, momentul limită care le solicită și care limitează

rigiditatea lor minimă se consideră a fi momentul capabil atingerii limitei de aderență a roților

motoare ale automobilului dat de relația:

M c=Gad⋅ϕ⋅r d

icv1⋅i0=210 ,839 [N⋅m ]

(3.24)

Gad = 8162 [N] – greutatea aderentă;

ψ = 0,8 – coeficientul de aderență;

rd = 0,29 [m] – raza dinamică a roților;

icv1 = 2,413 – raportul de transmitere în prima treaptă a cutiei de viteze;

i0 = 3,722 – raportul de transmitere total al punții motoare.

Forța de calcul se calculează cu formula 3.25:

Fc=M c

z⋅Rmed

=425 ,079[ N ](2.35)

z = 4 – numărul de arcuri;

Rmed = 102 [mm] – raza medie de dispunere a arcurilor.

3.10. Calculul mecanismului de acționare

Fig.3.7. Schema de calcul al mecanismului de acționare mecanică

a = 250 [mm];

b = 25 [mm];

c = 46 [mm];

d = 26 [mm];

e = 50 [mm];

f = 27 [mm];

Raportul de transmitere se calculează cu relația 3.24:

im=ab⋅cd⋅ef=32 ,764

se adoptă im = 33. (3.24)

Deplasarea liberă a manșonului de decuplare: Si = 3 [mm]

Distanța dintre suprafețele de frecare pentru ambreiajele cu un singur disc: ΔS = 1,3

mm.

Deplasarea totală a manșonului de decuplare se determină cu relația 3.25:

Sm=S i+ΔS⋅i⋅ef=7 ,815

[mm] (3.25)

Deplasarea totală a pedalesi ambreiajului se calculează cu relația 3.26:

Sp=Sm⋅ab⋅cd=138 ,262 mm

- se recomandă a fi între 120…150 [mm] (3.26)

Forța necesară de apăsare pe pedală este Fp = 12 [daN].