1. Memoriu tehnic

1.1.Cutia de viteze

Functionarea automobilului in conditii de exploatare are loc in anumite limite foarte largi de variatie ale vitezei de deplasare, ale greutatii utile si ale tipurilor si calitatilor drumului. In aceste circumstante rezulta ca, la rotile motoare ale automobilului necesarul de forta de tractiune si de putere pentru autopropulsare reprezinta campuri de caracteristici avand abscisa viteza aleasa de conducator (pana la viteza maxima) si in ordonata forta la roata (momentul la roata), respectiv puterea la roata, determinate in diverse conditii de autopropulsare, pe cale orizontala sau inclinata cu viteza de deplasare constanta sau variabila.

Cutia de viteze realizeaza, prin valori diferite ale rapoartelor de transmitere numite trepte de viteza, acordarea posibilitatilor energetice ale motorului, la cerintele energetice ale automobilului in miscare cu asigurarea unor performante dinamice, de consum de combustibil si de poluare cat mai bune. Cutiei de viteze, a carei necesitate este determinata de incapacitatea motorului de a satisface diversitatea conditiilor de autopropulsare, indeplineste urmatoarele functiuni.

Schimbarea treptelor de viteza: este functia principala a unei cutii de viteze; se realizeaza astfel modificarea fortei de tractiune si a vitezei de deplasare in functie de variatia rezistentelor la inaintare si/sau regimul de circulatie al automobilului; in plus ofera posibilitatea autopropulsarii autovehiculului cu viteze reduse, ce nu pot fi asigurate in mod direct de motorul cu ardere interna care are turatia minima stabila relativ mare.

Inversor al sensului de mers al automobilului: cum sensul de rotatie al motorului este prin conceptie unic, cutia de viteze contine elemente a caror dispunere permite, cand este necesara inversarea sensului de rotatie a arborelui de iesire.

Decupleaza motorul termic de rotile motoare (punct mort): doarece prin conceptie, ambreiajul nu poate fi decuplat decat temporar, pentru situatiile in care este necesara functionarea motorului cu automobil imobilizat (ex: aducerea motorului in regim termic normal de functionare la pornirea la rece), lantul cinematic este intrerupt prin aducerea elementelor mobile de cuplare intr-o pozitie neutra.

1.2.Cerinte impuse cutiilor de vitezeIn scopul asigurarii unei bune adaptabilitati a automobilului conditiilor concrete in care are loc

deplasarea, cutia de viteze trebuia sa raspunda la o serie de cerinte, printre care:- sa aiba posibilitatea realizarii unui numar cat mai mare de rapoarte de transmitere, iar marimea lor

sa fie determinata in asa fel incat sa asigure o utilizare rationala a puterii in conditiile unor performante economice, dinamice si de poluare optime pentru caracteristica motorului cu care conlucreaza.

- constructia sa fie simpla, robusta, usoara, sa aiba un randament mecanic ridicat si functionare silentioasa.

- in exploatare sa prezinte siguranta si intretinere usoara, iar manevrarea sa fie simpla, precisa si comoda

- sa prezinte o gama larga de utilizare.

1.3.Clasificarea cutiilor de viteze

I. dupa principiul de actionarea. mecaniceb. hidraulicec. electriced. combinate

II. dupa modul de variatie a raportului de transmiterea. cutii de viteze in trepte (cu roti dintate)b. cutii de viteze continuue (progresive)c. cutii de viteze combinate

III. dupa tipul arborilora. cu arbore fixb. cu arbori planetari

IV. dupa modul de actionarea. directa (cu levier)b. semiautomata (combinatie)c. automata

V. dupa modul de cuplare a unei trepte de vitezaa. cu posibilitate de cuplare sub sarcinab. cu cuplare fara sarcina

VI. dupa numarul de arboria. cu 2 arborib. cu 3 arbori

VII. dupa pozitia arborilor in raport cu axa longitudinala a autovehicululuia. cutie de viteze cu arbori longitudinalib. cutie de viteze cu arbori transversali

VIII. dupa pozitia cutiei de viteze pe autovehicula. longitudinaleb. transversale

1.4.Partile componente ale unei cutii de viteze

mecanismul reductor (cutia de viteze propriu-zisa) mecanisul de comanda dispozitivul de fixare a treptelor dispozitivul de zavorare a treptelor

Mecanismul reductor constituie partea principala a cutiei de viteze. Se compune din doi sau trei arbori pe care se afla montate mai multe perechi de roti dintate (cu ajutorul carora se transmite miscarea intre arbori) si dintr-un carter. Schema cinematica a unei cutii de viteze cu doi, respectiv trei arbori e prezentata in fig. 1

Fig. 1

Mecanismul de comanda serveste la cuplarea si decuplarea treptelor de viteze; dispozitivul de fixare nu permite trecerea dintr-o treapta in alta sau in pozitie neutra, decat la interventia conducatorului, iar pozitia de zavorare nu permite cuplarea simultana a mai multor trepte.

1.5. Moduri de cuplare a treptelor de viteze

Pentru cuplarea treptelor de viteze se pot utiliza urmatoarele solutii:

a)roti dintate cu deplasare axiala (roti baladoare);

b)roti dintate cu angrenare permanenta si mufe de cuplare, caz in care, cuplarea se realizeaza prin intermediul: mufelor de cuplare simple, mufelor de cuplare cu sincronizatoare. mufelor de cuplare cu dispozitiv de tip roata libera, ambreiajelor multidisc.

Utilizarea uneia sau alteia din solutiile de cuplare atrage dupa sine avantaje si dezavantaje si depinde de tipul autovehiculului, de performantele care se doresc a fi obtinute, de pretul de cost etc.

a)Cuplarea treptelor prin roti dintate cu deplasare axiala

Datorita vitezelor tangentiale diferite ale rotilor prezinta urmatoarele dezavantaje:

-uzura rapida a dintilor rotilor de pe partea frontal si degradarea premature.

-zgomot si socuri de cuplare.

-dificultati pentru conducator la schimbarea treptelor de viteze.

Aceasta solutie se utilizeaza la treptele inferioare ale cutiilor de viteze de la autocamioane precum si pentru obtinerea treptei de mers inapoi, fapt datorat simplitatii, implicit a costului redus.

In sensul eliminarii partiale a acestor dezavantaje, la fabricarea rotilor partea lateral a dintilor cu care intra in angrenaj se uzineaza cu inclinari si rotunjiri.

Fig. 2. Cuplarea treptelor prin roti dintate cu deplasare axiala: a) elemente constructive; b) schema cinematica

In sensul eliminarii partiale a acestor dezavantaje, la fabricarea rotilor partea lateral a dintilor cu care intra in angrenaj se uzineaza cu inclinari si rotunjiri.

b)Cuplarea treptelor prin roti dintate cu angrenare permanenta si mufe de cuplare simple

Se utilizeaza, de obicei, la treptele superioare ale cutiei de viteze care se folosesc cea mai mare parte din timpul de miscare al automobilului.

Sunt si unele cutii de viteze la care toate treptele se obtin prin roti dintate permanent angrenate, cu exceptia treptei de mers inapoi. Nici la aceasta solutie socurile nu au fost eliminate ci numai deplasate de la dantura dintilor la dantura mufei. Datorita faptului ca toti dintii mufei vin in contact in acelasi timp, uzura va fi mai mica, deoarece sarcina preluata de un dinte este mult mai redusa.

Fig. 3. Functionarea mufei pentru usurarea cuplarii treptelor

La aceasta solutie apare dezavantajul care consta in marirea momentului de inertie al pieselor, care sufera o accelerare sau o decelerare la schimbarea treptelor. In scopul usurarii schimbarii treptelor, se utilizeaza la unele automobile mufe pentru usurarea cuplarii.

Fata de o mufa obisnuita simpla, mufa care usureaza cuplarea treptelor la cutiile de viteze prezinta unele particularitati:dintii danturilor de cuplare ale rotilor dintate alterneaza, unul scurt, la jumatate din lungime, cu unul de lungime normala, dintii mufei sunt jumatate din numarul dintilor danturilor de cuplare. Marginile dintilor danturilor de cuplare ai rotilor dintate si ai mufei, sunt tesite.

Utilizarea mufelor care usureaza cuplarea treptelor de viteze la cutiile de viteze permit sa se accelereze intrucatva procesul de schimbare al treptelor. Nici aceasta solutie constructiva nu poate diminua socul care apare la schimbarea treptelor.

Pentru a asigura o cuplare usoara si fara socuri, este necesar ca prin operatii suplimentare sa se realizeze, in cazul schimbarii de la o treapta inferioara la una superioara, egalarea vitezelor unghiulare ale elementelor de angrenare. In cazul schimbarii de la o treapta inferioara la una superioara, egalarea vitezelor unghiulare se obtine printr-o dubla debraiere, iar in cazul schimbarii de la o treapta superioara la una inferioara, ina afara de o dubla debreiere se efectueaza si o accelerare intermediara a motorului.

Sincronizatoarele sunt mecanisme care realizeaza egalarea vitezelor unghiulare ale celor doua roti dintate ce urmeaza sa se cupleze, inainte de a solidariza la rotatie, permitand o schimbare rapida si fara soc a treptelor independent de indemanarea conducatorului.

Dupa gradul de perfectiune, sincronizatoarele au in componenta dizpozitive de cuplare, de fixare, de sincronizare, de blocare, iar dupa principiul de functionare avem sincronizatoare fara blocare(simple) si

sincronizatoare cu blocare(cu inertie).

Fig. 4. Fazele procesului de

sincronizare ale sincronizatorului

1.6. Variante constructive

Cutie viteze Audi A3

Fig. 6. Cutie de viteze Audi A3(02k)

Aceasta cutie are doi arbori, cinci trepte de viteza plus viteza pentru mersul inapoi. Arborele de intrare are trei roti dintate fixate, executate in arbore prin prelucrare mecanica si corespund primei trepte de viteze, a celei de a doua trepte de viteze si treapta pentru mers inapoi. Este folosita pe mai multe modele de automobile, exceptand modelul Audi A3, modele precum Volkswagen Bora si Golf IV, Skoda Octavia, Seat Leon sau Seat Toledo.

Cutie de viteze Jetta V

Fig. 7. Cutie de viteze Jetta V(0AF)

Aceasta cutie de viteze este o cutie de viteze manuala de constructie relativ simpla, cu 5 trepte de viteze plus mers inapoi si 2 arbori.

1.6.1. Varianta constructiva aleasa(F5M22)

Varianta constructiva aleasa se datoreaza faptului ca acest tip de cutie, desi are un arbore suplimentar care fae legatura cu diferentialul, are o constructie relativ simpla fiind folosita pe mai multe tipuri de autovehicule (Mitsubishi, Chrysler, Hyundai) cu motorizari de puteri mici si medii (70 pana la 150 kW), avand in acelasi timp si o adaptabilitate foarte buna, constructia ei putand fi usor modificata

pentru a satisface cerintele altor tipuri de autovehicule (ex. arborele de intrare si intermediar se pot folosi la cutii de viteze cu alte rapoarte de transmitere fara a fi nevoie de modificari constructive foarte mari). Schema de ansamblu a cutiei este prezentata in figura 8.

Carcasa ambreiaj

Arbore intrare

Roata treapta I

Roata treapta II

Roata treapta III

Sincronizator III-IV

Roata treapta IV

Roata treapta V

Sincronizator V

Capac carcasa

Roata intermediara V

Arbore intermediar

Distantier

Arbore de iesire

Distantier

Carcasa cutie de vitezaRoata antrenare diferential

Distantier

Surub de scurgere

Diferential

Sincronizator I - IIElement fixare rulment

Fig. 8 Cutie de viteze F5M22