Notiuni teoretice despre automobile

download Notiuni teoretice despre automobile

of 54

description

Contine o parte din componentele transmisiei automobilului

Transcript of Notiuni teoretice despre automobile

  • 1

    PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    1.1. Generaliti

    Ambreiajul 2 (fig. 1.1) reprezint un cuplaj de legtur ntre arborele cotit al motorului 1 i arborele primar al cutiei de viteze 3, fiind amplasat n vecintatea volantului motorului, cu care este compatibil n dimensiuni.

    Ambreiajul este inclus n transmisia automobilului n vederea compensrii principalelor dezavantaje funcionale ale motorului cu ardere intern precum i ale cutiei de viteze mecanice n trepte. El servete la: cuplarea progresiv a

    motorului cu restul transmisiei la pornirea din loc a automobilului;

    decuplarea temporar a transmisiei la: - pornirea motorului termic, n vederea atingerii regimului de funcionare stabil a acestuia; - schimbarea treptelor de vitez; - frnarea automobilului pn la oprire;

    limitarea valorii maxime a momentului de torsiune din organele transmisiei i motorului (cuplaj de siguran);

    izolarea ntre motor i transmisie a vibraiilor torsionale provenite din funcionarea motorului i din deplasarea automobilului pe cale.

    Fig.1.1. Dispunerea ambreiajului n echipamentul de

    propulsie

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    8

    Constructiv (fig.1.2), ambreiajul este constituit din partea conductoare, partea condus i sistemul de acionare.

    Fig. 1.2. Compunerea general a ambreiajului

    Partea conductoare, reprezentat prin volantul 1 al motorului i mecanismul ambreiaj 2, cuprinde totalitatea elementelor ambreiajului legate prin legturi permanente cu arborele cotit al motorului. Partea conductoare se afl ntotdeauna n acelai regim de micare cu arborele cotit al motorului. Partea condus, reprezentat de discul de ambreiaj 3 i arborele ambreiaj (dac acesta exist ca pies distinct), cuprinde totalitatea elementelor ambreiajului legate prin legturi permanente de arborele primar al cutiei de viteze, cu care se afl n acelai regim de micare. Sistemul de acionare, reprezentat prin manonul de decuplare 4, furca 5 i un dispozitiv extern de comand 6, mecanic sau hidraulic, cuprinde totalitatea elementelor ce particip la stabilirea sau la desfacerea legturii, numit legtur de cuplare, dintre partea conductoare i partea condus. Starea cuplat a ambreiajului corespunde existenei legturii de cuplare, iar starea decuplat corespunde desfacerii legturi de cuplare. Trecerea ambreiajului din starea decuplat n starea cuplat se obine n urma aciunii de ambreiere, iar trecerea din starea cuplat n starea decuplat se obine n urma debreierii.

    n cazul ambreiajelor mecanice, legtura de cuplare este reprezentat de forele de frecare ce iau natere n suprafeele frontale de contact ale prilor

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    9

    conductoare i condus, sub aciunea unor fore normale de apsare dezvoltate n sisteme mecanice rigide sau elastice;

    1.2. Analiza comparativ a ambreiajelor mecanice Ambreiajele mecanice ntlnite n construcia de autoturisme sunt ambreiaje cu arcuri. Schemele de organizare constructiv a acestor ambreiaje sunt prezentate n figura 1.3.

    a) b)

    Fig. 1.3. Schemele de organizare constructiv a ambreiajelor mecanice cu arcuri:

    a). ambreiajul cu arcuri periferice; b). ambreiajul cu arc central diafragm Partea conductoare, legat de arborele cotit 1 al motorului, cuprinde volantul 2, de care se monteaz, prin uruburile 3, carcasa 4 a mecanismului ambreiaj. Solidar n rotaie cu carcasa 4, avnd ns fa de aceasta mobilitate relativ de translaie, se gsete discul de presiune 1. Pentru realizarea forei necesare meninerii strii cuplate a ambreiajului, ntre carcasa 4 i discul de

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    10

    presiune 5 sunt montate precomprimate, arcurile periferice 7 (fig. 1.3.a), respectiv arcul central diafragm 9 (fig. 1.3.b).

    Arcurile periferice (poz. 7, fig.1.3.a), dispuse echidistant pe periferia discului de presiune, sunt arcuri elicoidale din srm tras cu caracteristic liniar. Strile de funcionare ale ambreiajului sunt determinate prin modificarea sgeii elastice a arcurilor. Pentru aceasta, ambreiajul este prevzut cu prghiile de decuplare 6.

    La ambreiajul cu arc central diafragm (fig. 1.3.b), rolul arcurilor de presiune i al prghiilor de decuplare este ndeplinit de un disc subire din oel, (poz. 9), de form tronconic, avnd o serie de brae elastice formate din tieturi radiale. n mecanismul ambreiaj prezentat, arcul se sprijin, prin cercul bazei mari pe discul de presiune 5 i, prin reazemul 8 din zona median, de carcasa 4. Situarea arcului n diferite poziii n caracteristica elastic, corespunztoare strilor de funcionare, se obine prin modificarea nlimii trunchiului de con la acionarea cu o for deformatoare asupra cercului bazei mici. Partea condus este reprezentat prin ansamblul discului condus 10, montat prin caneluri pe arborele 11, care, n majoritatea cazurilor, este arborele primar al cutiei de viteze. Partea de comand este reprezentat prin prghia 13 i prin manonul de decuplare 12.

    n stare normal, ambreiajul este cuplat. Starea normal cuplat este efectul arcurilor de presiune 7 (fig.1.3.a), respectiv al arcului diafragm 9 (fig.1.3.b), care, montate precomprimat ntre carcasa 4 i discul de presiune 5, n tendina de destindere, vor realiza strngerea discului condus ntre volant i discul de presiune. Forele normale de apsare dintre suprafeele conduse i suprafeele conductoare vor determina apariia forelor de frecare, fiecare suprafa de frecare reprezentnd o cale de legtur dintre prile condus i conductoare. Forele de frecare astfel generate, reduse n raport cu axa de rotaie, dau natere momentului capabil al ambreiajului.

    Decuplarea ambreiajului se obine cnd n partea de comand se dezvolt o for de decuplare Fd, sub aciunea creia manonul de decuplare 12, deplasat axial spre stnga, va roti prghiile de decuplare 6, respectiv generatoarele arcului diafragm 9, n sens orar. Simultan cu preluarea de ctre prghiile de decuplare a forelor elastice ale arcurilor, prin comprimarea suplimentar a arcurilor, discul de presiune 5 este deplasat axial spre stnga, pn cnd se desface contactul cu frecare dintre prile conductoare i condus. Se obine starea de debreiere (decuparea motorului de transmisie). Ambreierea dup debreiere (recuplarea motorului de transmisie) se obine prin anularea forei de decuplare Fd din partea de acionare, cnd, prin destinderea arcurilor n starea anterioar decuplrii, se realizeaz contactul cu frecare dintre partea conductoare i partea condus.

    Analiznd comparativ construciile celor dou tipuri de ambreiaje, la ambreiajele cu arcuri periferice se constat urmtoarele:

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    11

    apsarea discului de presiune pe suprafaa de frecare se face neuniform;

    montarea arcurilor impune o serie de prevederi constructive legate de meninerea lor contra aciunii forei centrifuge la funcionarea motorului i de evitarea aciunii directe a fluxului de cldur rezultat n fazele de patinare ale ambreiajului;

    prghiile de decuplare impun operaii laborioase de reglare pentru dispunerea capetelor din zona central ntr-un plan paralel cu planul manonului de decuplare;

    gabarit axial mrit determinat de caracteristicile constructive ale arcurilor;

    fiabilitate redus datorit existenei unui numr mare de piese i cuple mobile cu frecare ce intr n compunerea mecanismului ambreiaj.

    Din analiza comparativ a caracteristicilor de funcionare ale celor dou tipuri de ambreiaje rezult urmtoarele:

    o acionarea ambreiajului cu arc diafragm este mai uoar deoarece fora necesar pentru meninerea ambreiajului n poziie decuplat este mai redus la acest tip de ambreiaj;

    o ambreiajul cu arc central diafragm prezint o progresivitate ridicat la cuplare datorit elasticitii mari a arcului diafragm;

    o ambreiajul cu arc central diafragm nu are tendina de patinare la uzarea garniturilor, deoarece momentul capabil al ambreiajului se menine n jurul valorii nominale de nou pe toat durata de funcionare a ambreiajului h);

    o toate elementele constructive sunt piese de revoluie, astfel c echilibrarea ambreiajului se face fr dificultate.

    Aspectele constructive i funcionale rezultate din prezentarea de mai nainte, motiveaz utilizarea generalizat a ambreiajelor cu arc central diafragm la toate construciile de autoturisme concepute dup anii 1970-1975, de cnd obinerea arcului diafragm nu a mai prezentat o dificultate tehnologic. 1.2.1. Soluii constructive de ambreiaje mecanice La ambreiajele cu arc central diafragm, n funcie de sensul de acionare al forei de decuplare, se disting dou tipuri: ambreiajul cu arc diafragm decuplabil prin comprimare, numit i ambreiaj de tip apsat i ambreiajul cu arc diafragm decuplabil prin traciune, numit i ambreiaj de tip tras.

    Construcia ambreiajului cu arc diafragm de tip apsat (fig.1.4.) utilizat la majoritatea autoturismelor de talie mic i medie, precum i a autoutilitarelor uoare, cuprinde n partea conductoare: volantul 1 al motorului, carcasa ambreiajului 2, discul de presiune 3 i arcul diafragm 4, montat precomprimat n carcas. Solidarizarea n rotaie dintre discul de presiune 3 i carcasa 2 se face prin intermediul lamelelor elastice multiple 5, care permit i translaiile relative dintre disc i carcas necesare decuplrii i compensrii uzurilor.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    12

    Fig. 1.4. Construcia ambreiajului cu arc diafragm apsat

    n stare cuplat, starea normal a ambreiajului (poziia C deasupra axei de simetrie fig. 1.4.), arcul diafragm 4, precomprimat ntre discul de presiune i carcas, apas prin diametrul bazei mari asupra discului de presiune, exercitnd astfel fora de apsare necesar meninerii ambreiajului n stare cuplat. Fa de carcasa 2, arcul se sprijin prin intermediul proeminenei circulare a ambutisat pe carcas. Pentru decuplare (poziia D sub axa de simetrie fig. 1.4.), prin apsarea pedalei 6 este determinat rotirea prghiei de debreiere 7, ce este articulat fa de carterul ambreiajului; manonul de decuplare 8 se deplaseaz axial spre stnga, acioneaz arcul diafragm n zona cercului bazei mici i se rotete n raport cu articulaia de pe carcas. Ca urmare a rotirii arcului n sens orar, rezemat pe coroana inelar b fixat pe carcasa 4, nceteaz aciunea de apsare asupra discului de presiune i,

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    13

    prin lamele multiple 5, cu rol de arcuri reaductoare, discul de presiune 3 se retrage spre carcas, realizndu-se astfel decuplarea ambreiajului prin desfacerea legturii cu frecare dintre discul condus 9 i suprafeele conductoare de frecare ale volantului 1 i discului de presiune 1. n figura 1.5 sunt prezentate trei construcii de ambreiaje utilizate la autoturisme de ora, iar n figura 1.6 sunt prezentate trei construcii de ambreiaje utilizate la autoturisme de tip tot-teren.

    1.2.2. Cerinele ambreiajului Un ambreiaj bine conceput i corespunztor reglat trebuie s ndeplineasc o serie de cerine dintre care: la decuplare, s asigure desfacerea rapid i total a legturii dintre motor i transmisie, pentru a da posibilitatea schimbrii treptelor de vitez fr ocuri i pentru a prentmpina uzura prematur a ambreiajului prin existen frecrii mecanice din suprafeele de contact, atunci cnd automobilul este oprit cu motorul n funciune i dintre cutia de viteze cuplat; la cuplare, s asigure cuplarea lin i complet a motorului cu transmisia, adic s permit o cretere progresiv a momentului pe care l transmite, pentru a se evita pornirea brusc din loc a automobilului i apariia unor solicitri dinamice nsemnate n transmisie. Cum n fazele cuplrii ambreiajului o parte din energia motorului se transform prin patinarea ambreiajului n cldur, ambreiajul trebuie s fie capabil s preia ntreaga cldur rezultat, fr a se produce creteri periculoase de temperatur, i s o cedeze cu uurin mediului exterior;

    n stare cuplat, n toate condiiile normale de funcionare ale automobilului, s asigure transmiterea integral a momentului maxim al motorului, fr patinare, iar n regimurile n care pot aprea suprasarcini dinamice s limiteze, prin patinare, creterea momentului, evitndu-se astfel suprasolicitarea organelor transmisiei. De asemenea, fa de caracterul periodic variabil al momentului motorului i aleator variabil al rezistenelor la naintare, ambreiajul trebuie s asigure izolarea transmiterii vibraiilor de torsiune ntre motor i transmisie. n afara condiiilor impuse ambreiajului n diversele faze de funcionare, acesta trebuie s mai ndeplineasc urmtoarele: momentul de inerie al prii conduse, solidare la rotaie cu arborele primar al cutiei de viteze, s fie ct mai mic, un moment mare prelungind durata de egalizare a vitezelor unghiulare ale roilor dinate ce urmeaz a fi cuplate; pe toat durata de funcionare, parametrii de baz s varieze ct mai puin, eventualele reglaje impuse de corectarea parametrilor urmnd s se menin timp ndelungat; s aib o durat de serviciu i o rezisten la uzur ct mai mari; s aib dimensiuni geometrice i mase ct mai reduse; s confere siguran n funcionare printr-o construcie simpl i ieftin.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    14

    Fi

    g. 1

    .5. T

    ipur

    i con

    stru

    ctiv

    e de

    am

    brei

    aje

    mec

    anic

    e pe

    ntru

    aut

    otur

    ism

    e de

    ora

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    15

    Fi

    g. 1

    .6. T

    ipur

    i con

    stru

    ctiv

    e de

    am

    brei

    aje

    mec

    anic

    e pe

    ntru

    aut

    otur

    ism

    e t

    ot-te

    ren

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    16

    1.3. Elemente de calculul ambreiajelor

    Calculul ambreiajului cuprinde determinarea dimensiunilor principale n raport cu valoarea maxim a momentului motorului, n funcie tipul i destinaia automobilului i de verificare la rezisten a principalelor piese componente. 1.3.1. Determinarea parametrilor de baz ai ambreiajului Parametrii principali care caracterizeaz construcia ambreiajului se refer la coeficientul de siguran (), presiunea specific (ps) i creterea de temperatur (t) n ambreiaj, la pornirea din loc a automobilului.

    a. Coeficientul de siguran al ambreiajului (). In timpul funcionrii ambreiajelor, ca urmare a frecrilor normale din fazele de cuplare decuplare ale ambreiajului, suprafeele de frecare ale discurilor conduse sunt supuse uzurii. Fa de construcia mecanismului ambreiaj i modul de generare a forelor de cuplare, uzarea garniturilor de frecare determin o detensionare a arcurilor i deci o modificare a forei de apsare. Pentru ca ambreiajul s fie capabil s transmit momentul maxim al motorului i n cazul n care garniturile de frecare sunt uzate, la dimensionarea ambreiajului se adopt momentul capabil l mai mare dect momentul maxim al motorului.

    n calculele de predimensionare, acest lucru este luat n considerare prin coeficientul de siguran al ambreiajului, notat i definit ca valoare a raportului dintre momentul de calcul al ambreiajului (Ma) i momentul maxim al motorului

    (Mmax): 1MM

    max

    a >=b , de unde se obine valoarea momentului necesar al

    ambreiajului: maxa MM b= [Nm] (1.1)

    Alegerea valorii coeficientului de siguran al ambreiajului n vederea determinrii momentului necesar al ambreiajului se face inndu-se seama de tipul i destinaia automobilului, precum i de particularitile ambreiajului. Pentru valori mari ale coeficientului de siguran , se reduce intensitatea patinrii ambreiajului la uzarea garniturilor de frecare, se reduce lucrul mecanic de patinare i, prin aceasta, se sporete durata de funcionare a ambreiajului i se reduce timpul de ambreiere, mbuntindu-se dinamicitatea automobilului. Mrirea exagerat a coeficientului de siguran contribuie la apariia unor suprasarcini n transmisie, n special la frnarea brusc a automobilului, prin diminuarea capacitii de protecie prin patinare. In plus, cu ct are valori mai ridicate, cu att i fora necesar pentru decuplarea ambreiajului devine mai mare. Ambreiajul la care coeficientul de siguran are valori reduse protejeaz bine transmisia de suprasarcini, deoarece patinarea ambreiajului are loc la valori mai mici ale momentului de torsiune, deci mai uor i mai frecvent n timpul

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    17

    deplasrii automobilului. Aceast situaie poate deveni dezavantajoas, deoarece alunecrile frecvente provoac uzura prematur a discurilor. De-a lungul duratei de utilizare a automobilului, prin uzarea garniturilor de frecare ale ambreiajului valoarea coeficientului de siguran se modific dup caracteristica elastic a arcurilor utilizate. Corespunztor reducerii forei de apsare a arcurilor datorit uzrii ambreiajului scade i valoarea momentului capabil al ambreiajului. ndeplinirea cerinei de transmitere integral a momentului maxim al motorului limiteaz scderea coeficientului de siguran al ambreiajului uzat pn la limita: u 1. innd seama de precizrile de mai nainte, pentru valorilor coeficientului de siguran al ambreiajului, n concordan cu valorile ntlnite la automobile similare, se recomand: =1,41,7 pentru autoturisme cu capacitate normal de trecere; =2,02,5 pentru autoturisme cu capacitate mrit de trecere; =3,04,0 pentru autoturisme de competiii sportive. Valorile spre limita superioar se recomand n cazul ambreiajelor cu arcuri elicoidale, la care reducerea forei elastice este direct proporional cu uzura garniturilor iar valorile spre limita inferioar se recomand n cazul arcurilor centrale diafragm, la care fora capabil a arcurilor este puin influenat de modificarea sgeii de precomprimare a arcului n limita uzurilor normale.

    b. Presiunea specific (p0). Presiunea specific dintre suprafeele de frecare ale ambreiajului se definete ca raportul dintre fora dezvoltat de arcul (arcurile) de presiune (F) i aria unei suprafee de frecare a ambreiajului (A), dup relaia:

    ]MPa[AFp0 = (1.2)

    Valoarea maxim a presiunii specifice este limitat prin tensiunea admisibil de strivire a materialului constituent al garniturilor. Faa de aceast limit fizic, n adoptarea valorii de predimensionare a ambreiajului sunt de considerat urmtoarele aspecte: valori spre limita tensiunii admisibile de strivire favorizeaz reducerea dimensiunilor constructive ale ambreiajului, n sensul c discurile conduse vor avea dezvoltri radiale mici, cu momente reduse de inerie; dependena direct a uzurii de frecare de valoarea presiunii normale din suprafaa de alunecare face ca durabilitatea ambreiajului s se reduc, sub limitele acceptate construciei de automobile; valori mici ale presiunii specifice implic suprafee mari de frecare, care presupun dezvoltri radiale nsemnate ale discurilor conduse i, de aici, creterea gabaritelor, a maselor i a momentelor de inerie ale prii conduse a ambreiajului. In plus, prin creterea razelor, se sporesc vitezele tangeniale de alunecare dintre suprafeele de contact la cuplarea ambreiajului, situaie n care crete uzura de alunecare a garniturilor.

    Din considerente de uzur a suprafeelor de frecare, presiunea specific a ambreiajului se admite n urmtoarele limite:

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    18

    o po = 0,2 0,5 [MPa], n cazul garniturilor din rini sintetice impregnate cu fibre de kevlar sau cu fibre de sticl

    o po = 1,5 2,0 [MPa] pentru cele metaloceramice.

    c. Creterea temperaturii pieselor ambreiajului (t). La un parcurs urban de 10 km, frecvena cuplrilor - decuplrilor ambreiajului este de circa 100300 ori. S-a artat n paragraful 1.1.1 c n procesul cuplrii i decuplrii ambreiajului, o parte din lucrul mecanic al motorului se transform, prin patinare, n cldur, ridicnd temperatura pieselor metalice ale ambreiajului, din care cauz garniturile de frecare funcioneaz la temperaturi ridicate. Experienele au artat c o cretere a temperaturii n planul de alunecare al garniturilor de la 30 la 100o C mrete uzura acestora de circa dou ori. Avnd n vedere c lucrul mecanic de patinare este mai mare la pornirea din loc a automobilului dect la schimbarea treptelor de vitez, n calcule se consider situaia cea mai dezavantajoas, cea a pornirii din loc. De asemenea, avnd n vedere durata procesului de cuplare (tc

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    19

    .tr

    r

    tr

    aP i

    rGM

    hy

    = [Nm] (1.5)

    unde: - coeficientul rezistenei specifice a drumului; tr - ?randamentul transmisiei;

    Din studiul proceselor reale ce au loc la cuplarea ambreiajului pentru studiul pe modelul simplificat propus se consider c momentul capabil al ambreiajului (Ma) are o variaie liniar cu timpul de ambreiere (t), de forma:

    tkMa = , unde k este un coeficient de proporionalitate

    ( )

    ==

    smN50...30ttanconsk ;

    Ambreiajul se consider bun din punct de vedere al nclzirii dac creterea de temperatur la pornirea din loc este n limitele Dt = 815 OC.

    1.3.1. Discul condus a) Elemente constructive Discul condus este un subansamblu constructiv al prii conduse a

    ambreiajului, care, sub aciunea forelor axiale dezvoltate n mecanismul ambreiaj, permite transmiterea fluxului de putere al motorului ctre arborele condus al ambreiajului. Principalele cerine funcionale ale acestui subansamblu sunt: s transmit integral momentul motor; s utilizeze cu eficacitate fora furnizat de mecanismul ambreiaj; s asigure progresivitate la cuplarea ambreiajului la pornire din loc sau dup schimbarea treptei de vitez; s permit o bun ventilare; s asigure izolarea vibraiilor de torsiune provenite de la motor pentru a proteja transmisia.

    Discul condus (fig.1.7) este format din discul suport 2 pe care se fixeaz garniturile de frecare 1 i 3, butucul cu flana 5, izolatorul pentru vibraii de

    Fig. 1.7. Construcia discului condus

    torsiune, format din elementul elastic 6 i inelele de frecare 4 i 7, discul suplimentar (de nchidere) 9 i niturile de asamblare 8.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    20

    Discul suport din componena discului condus al ambreiajului este realizat din oel i are un dublu rol: fixarea garniturilor de friciune i transmiterea momentului de torsiune ntre garniturile de frecare i butucul discului. La cuplare, creterea momentului capabil al ambreiajului depinde de proprietile elastice ale ambreiajului i de ritmul cuplrii. Proprietile elastice n direcia axial ale discului condus au importan deosebit asupra cuplrii line a ambreiajului. Cu ct este mai mare elasticitatea axial a discului condus, cu att creterea forei de apsare dintre suprafeele de frecare, respectiv a momentului de frecare, va fi mai progresiv, iar cuplarea ambreiajului va fi mai lin. Progresivitatea cuplrii este asigurat de elasticitatea axial a discului condus, iar proprietile elastice depind de construcia discului suport. n figura 1.8 sunt prezentate soluii pentru sporirea elasticitii axiale a discului suport. Discul dantelat (fig.1.8, a) este prevzut cu tieturi radiale, mprit n mai multe sectoare ndoite, astfel nct n zona periferic discul este ondulat. Pstrarea acestei forme n funcionare se face printr-o alegere corespunztoare a materialului (oel arc) i printr-un tratament termic adecvat. n plus, decuprile suplimentare previn deformaiile sub efectul tensiunilor interne remanente dup supranclzirea din perioadele de patinare.

    a) b) c)

    Fig. 1.8. Soluii pentru sporirea elasticitii axiale a discului condus: a- disc dantelat; b- arc plat; c- disc ondulat i arc plat

    Pe ambele fee ale discului 1 sunt montate, prin nituire, cte o garnitur de frecare 2 i 3, pe sectoarele a cror curbur este ndreptat spre garnitur, astfel nct, n stare liber, ntre garnituri i disc exist un joc de 0,1...1 mm, funcie de mrimea discului de ambreiaj. La cuplare, suprafaa de contact crete progresiv pe

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    21

    msur ce discul suport se apropie de forma plan, asigurnd o ambreiere lin, fr ocuri.

    La soluia din figura 1.8, b, discul suport 1 este executat plat, ns ntre el i garnitura de frecare 2 este introdus arcul ondulat 3, fixat de discul suport cu niturile centrale 4. De ambele pri se fixeaz cele dou garnituri de frecare, una direct pe discul suport plat de oel, iar cealalt pe arcul ondulat. La discul condus din figura 1.18, c, pentru sporirea elasticitii axiale pe discul suport ondulat 1, se monteaz arcul ondulat 2. Niturile 3 de fixare a arcurilor ondulate fixeaz, alternativ, de suport i cte una din garniturile de frecare 4 i 1. Niturile de fixare sunt din cupru, din aluminiu sau din alam, cu cap necat sau sunt nituri tubulare din oel moale. Acest ansamblu (fig. 1.9) se compune din dou pri, concentrice, cu mobilitate radial una fa de cealalt i legate ntre ele printr-un sistem elastic.

    Fig.1.9. Izolatorul pentru vibraiile de torsiune

    Prima parte este constituit dintr-un butuc canelat 1 i o flan 2, corp

    comun sau sertizate, ce culiseaz pe arborele ambreiaj sau pe arborele primar al cutiei de viteze. Partea a doua este format din discul suport 3 al garniturilor i un disc de nchidere (ghidare) 4. ntre aceste dou pri se afl montate arcurile

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    22

    elicoidale 5, ce formeaz dispozitivul elastic i unul sau dou seturi de garnituri de friciune 6 i arcuri lamelare circulare, ce formeaz dispozitivul amortizor.

    Antrenat n rotaie de momentul motor, ansamblul periferic format din discul suport i discul de ghidare lateral, solidarizate prin niturile distaniere 7, comprim arcurile fixate n ferestrele corespondente i, prin intermediul acestora momentul este transmis flanei butucului canelat.

    Deplasarea relativ de rotaie dintre discul suport i flana butucului, permis de deformarea arcurilor elicoidale, determin n amortizor dezvoltarea de lucru mecanic de frecare, care duce la amortizarea micrii relative de rotaie. Frecrile din amortizor i caracteristicile elastice ale arcurilor, corelate cu momentele de intrare n aciune a arcurilor, ofer posibilitatea de a se controla n particular histerezisul izolatorului care determin calitatea filtrrii vibraiilor torsionale, evitndu-se zgomotul din angrenajele transmisiei. Pentru diminuarea zgomotului cutiei de viteze, cnd funcioneaz n sarcin, n regimul traciunii sau n frn de motor, intrarea n aciune a arcurilor se va face difereniat, iar amortizorul va fi conceput ntr-o astfel de manier, nct s se obin un histerezis variabil prin multiplicarea suprafeelor interne de frecare, prin utilizarea rondelelor din metal sau din plastic de geometrie variat. Dac la funcionarea n sarcin rigiditatea rezultat a arcurilor variaz ntre 520 N/grad unghiular, pentru diminuarea zgomotului, n poziia neutr a cutiei de viteze, este necesar o rigiditate a arcurilor i un histerezis al sistemului de ordinul a 0,60,8 N/grad unghiular.

    Satisfacerea simultan a cerinelor este posibil prin utilizarea discurilor cu izolator dublu: izolatorul principal, care atenueaz vibraiile n sarcin, preizolatorul, care le absoarbe pe cele de la punctul mort (fig.1.10). Dat fiind complexitatea construciei, aceasta are utilizare restrns, la autoturisme de clas special.

    Garniturile de frecare sunt elemente n form de coroan circular fixate prin nituri pe discul suport din oel (fig.1.11).

    Fig.1.10. Izolator dublu pentru vibraii de torsiune

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    23

    Fig.1.11. Tipuri de garnituri de frecare

    Materialele din care sunt executate garniturile de frecare sunt astfel alese

    nct s asigure: un coeficient de frecare ridicat cu bun stabilitate n timp, rezisten la uzur, funcionare fr zgomot, rezisten mecanic (sub efectul centrifugrii), rezisten la temperaturi nalte, elasticitate axial. Garniturile de tip FERODO, care erau folosite curent pn acum i care aveau n compoziie fibre de azbest, au fost nlocuite de garnituri din rini sintetice armate cu fibre de kevlar sau cu fibre din sticl, nepoluante prin particulele rezultate din uzura garniturilor. Utiliznd metalurgia pulberilor, prin sinterizare se pot obine garnituri de o bun calitate, care au ns tendina unei funcionri cu zgomot. Garniturile moderne sunt elaborate pe baz de fire compuse din diferite fibre i impregnate cu liant, nfurate ntr-o rin sintetic. Piesele pot avea grosimi de 2,74 mm. Acest procedeu tehnologic le confer o bun rezisten la forele centrifugale. Pentru a proteja garniturile de frecare mpotriva nclzirii exagerate, pe suprafaa acestora se prevd o serie de canale radiale, prin care, la rotirea ambreiajului, circul aer care contribuie la rcirea suprafeelor de frecare. In acelai timp, anurile contribuie la meninerea curat a suprafeelor de frecare prin evacuarea centrifugala a particulelor rezultate din uzura garniturilor i, ntr-o msur oarecare, la cuplarea total i rapid a ambreiajului prin nlturarea fenomenului de ventuzare a garniturilor de frecare pe suprafeele de contact. Garniturile ambreiajelor destinate automobilelor de competiie prezint caracteristici particulare: cuplul transmis i turaiile de lucru sunt superioare celor de serie, iar progresivitatea i amortizarea vibraiilor nu constituie cerine imperative. Construcia presupune utilizarea garniturilor de tip metalo-ceramic. Garniturile metalo-ceramice se prezint sub forma unor plci care au proprieti mecanice sczute. Pentru mbuntirea calitilor mecanice se confecioneaz aa-numitele plcue bimetalice, la care masa metalo-ceramic se aplic pe plci suport din oel.

    In tabelul 1.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale garniturilor de frecare.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    24

    Rez

    iste

    na

    la fo

    rfeca

    re

    [MPa

    ]

    15-2

    5

    25

    25

    5-15

    50

    0,5-

    10

    50

    Rez

    iste

    na

    la tr

    aciu

    ne

    [MPa

    ]

    30-3

    0

    30

    30

    25-3

    0

    50

    De

    evita

    t ind

    oire

    a 3)

    0,5-

    10

    50

    Den

    sita

    tea

    1)

    1,5-

    2,0

    2 2 1,8

    6,5

    3,0-

    4,0

    0,6-

    0,8

    6,5

    Pres

    iune

    a

    [MPa

    ]

    0,2-

    1,0

    0,5

    0,5

    0,2-

    0,5

    - - - 1,

    5-2

    Uzu

    ra

    [cm

    3 /MJ]

    0,8

    0,15

    0,02

    5-0,

    040

    apro

    x.1

    0,01

    -0,0

    2

    apro

    x. 0

    - 0,

    001-

    0,00

    5

    Tem

    pera

    tura

    ad

    mis

    la

    su

    praf

    a

    [0 C

    ]

    120-

    160

    200

    200

    100-

    150

    300-

    500

    400-

    800

    150

    Coe

    ficie

    nt

    de fr

    ecar

    e 0,

    35-0

    ,40

    (pot

    atin

    ge

    0,45

    0,

    60)

    0,25

    -0,3

    0

    0,25

    -0,3

    0

    0,30

    -0,4

    5

    0,20

    -0,3

    5

    0,30

    -0,3

    5

    0,12

    -0,2

    5 -

    Tab

    elul

    1.1

    . C

    arac

    teri

    stic

    i pri

    ncip

    ale

    ale

    garn

    ituri

    lor

    de fr

    ecar

    e

    Tipu

    l ga

    rnitu

    rii

    Tei

    te

    Cu

    fibre

    cu a

    zbes

    t (F

    erod

    o A

    3S) 2

    )

    -fr

    azb

    est

    (Val

    eo 2

    01/2

    02)

    Turn

    ate

    (c

    onin

    car

    ton)

    M

    etal

    ice

    sint

    eriz

    at

    Met

    alo-

    cera

    mic

    e si

    nter

    izat

    e H

    rtie

    M

    etal

    sint

    eriz

    at

    1) D

    ensit

    atea

    este

    dat

    n

    rapo

    rt cu

    apa

    nu

    cu m

    asa

    volu

    mic

    .

    2) F

    erod

    o es

    te o

    mar

    c in

    regi

    stra

    t fo

    losit

    de

    gru

    puril

    e TU

    RNER

    , NEW

    AL

    i V

    ALE

    O.

    3) S

    unt f

    ragi

    le i

    treb

    uies

    c si

    nter

    izat

    e pe

    pl

    cue

    din

    ote

    l; re

    zist

    ena

    mec

    anic

    , c

    u ex

    cept

    ia in

    doiri

    i, es

    te fo

    arte

    bun

    Tipu

    l fre

    crii

    Usc

    at

    n m

    ediu

    lu

    brifi

    ant

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    25

    b. Dimensionarea garniturilor de frecare Garniturile de frecare sunt componente ale discului condus prin

    intermediul crora se stabilete, prin fore de frecare, legtura de cuplare a ambreiajului. Drept urmare, suprafeele de frecare ale ambreiajului reprezint cile de legtur dintre prile conductoare ale ambreiajului. n aceste condiii momentul capabil al ambreiajului este momentul forelor de frecare, dat de relaia:

    2ie

    macapRR

    FiRFiM+

    m=m= [Nm] (1.6) unde:

    i=2.n - i - numrul suprafeelor de frecare (al cilor de legtur dintre partea conductoare i partea condus); n-numrul discurilor conduse ale ambreiajului;

    tr - ?randamentul transmisiei; F - fora normal de apsare. - coeficientul de frecare dintre suprafeele discurilor;

    Re, Ri - razele exterioar i interioar ale suprafeelor inelare de frecare;

    Rmed= 2ie RR + - raza medie a suprafeei de frecare;

    Pentru fora normal de apsare, dat sub forma: F = Apo [N] (1.7)

    unde: A - aria unei garnituri de frecare; ( )2i2e RRA -p=

    Atunci, momentul capabil al ambreiajului este:

    ( )222 ie

    ieoacap RR

    RRpiM -

    +pm= [Nm] (1.8)

    Ambreiajul se consider corect dimensionat dac momentul capabil dat de relaia (1.6) este egal cu momentul necesar definit de relaia (1.1), adic:

    ( )ieieoMacapa RRRR

    piMMM --

    pm=b=2

    22

    de unde rezult:

    ( )( ) cRccpiMR e

    o

    Me iR +-pm

    b= =;

    112

    3 2 (1.9)

    unde 75,0...53,0==e

    i

    RR

    c . Referitor la acest raport, care influeneaz uniformitatea

    de uzare radial a garniturilor, se fac urmtoarele precizri: valorile spre limita

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    26

    inferioar ale coeficientului c arat c exist o diferen mare ntre razele suprafeelor de frecare, deci o lime mare, ceea ce are drept consecin o uzur neuniform a garniturilor de frecare datorit diferenei mari dintre vitezele de alunecare. In scopul uzrii uniforme, mai ales n cazul automobilelor echipate cu motoare rapide, se recomand folosirea de valori spre limita superioar. Garniturile de frecare sunt piese de uzur ale ambreiajului, piese care de-a lungul duratei de utilizare sunt de mai multe ori nlocuite. Posibilitatea de nlocuire trebuie s ofere interschimbabilitate pieselor, motiv pentru care garniturile sunt realizate ntr-o gam tipodimensional limitat prezentat n tabelul 1.2 dup STAS 7793-81.

    Tabelul 1.2 Dimensiunile garniturilor de frecare pentru ambreiaje [mm]

    De 150 160 180 200 225 250 280 300 305 310 325 350 Di 100 110 125 130 150 155 165 175 185 195 g 2,53,5 3,5 3,5 ; 4,0 De,Di - diametrul exterior, respectiv exterior al garniturii; g-grosimea garniturii

    n aceste condiii valorile Re i Ri obinute prin relaia (1.8) sunt valori de

    predimensionare, valorile definitive innd seama de ncadrarea valorilor de calcul n prima valoare normalizat a garniturilor.

    1.3.2. Mecanismul ambreiaj Mecanismul ambreiaj este subansamblul ce asigur apsarea i eliberarea

    discului de friciune, poziionat ntre acesta i volant. Fixarea mecanismului de ambreiaj pe volant este de tip demontabil i este realizat cu ajutorul unor elemente de centrare i al unor uruburi dispuse n zona periferic. Principalele cerine funcionale ale acestui subansamblu sunt:

    s exercite o presiune uniform repartizat asupra discului de friciune; s fie bine echilibrat dinamic; s aib gabarit axial minim. n componena acestui subansamblu se gsesc urmtoarele elemente

    principale: dispozitivul elastic de apsare (presiune), discul de presiune, carcasa ambreiajului (mecanismului).

    1.3.2.1.Dispozitivul elastic de apsare a) Elemente constructive Dispozitivul elastic de apsare (presiune) este constituit de arcul central

    diafragm i soluia de fixare a arcului precomprimat ntre carcas i disc de presiune. Fora de apsare este realizat de un singur arc, de o construcie special, numit diafragm. n stare liber, arcul diafragm are forma unui trunchi de con, cu brae elastice, formate prin decupri radiale (fig. 1.12).

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    27

    Fig. 1.12. Forme ale arcului diafragm

    Fora elastic a arcului pentru o sgeat dat variaz n funcie de grosimea tablei, de unghiul conului i de diametrele de rezemare pe carcasa mecanismului i pe discul de presiune. n funcie de sensul forei de decuplare (manonul de decuplare apas sau trage partea central a arcului), se disting dou tipuri de mecanisme: mecanism de tip apsat, cnd la decuplare manonul se apropie de volant, i mecanism de tip tras, cnd la decuplare manonul se ndeprteaz de volant. ntre cele dou tipuri de mecanisme este de remarcat c pentru performane identice, ambreiajul cu arc tras are o dezvoltare radial mai redus dect ambreiajul cu arc comprimat, n timp ce acesta din urm are un gabarit axial redus. n figura 1.13 sunt prezentate moduri de fixare a arcului ntre carcas i disc de presiune. Rezemarea arcului diafragm fa de discul de presiune se face printr-un cordon circular C, ntrerupt din loc n loc de fante radiale, ce mbuntesc schimbul termic prin accelerarea fenomenului de ventilare.

    Asamblarea arcului cu carcasa se realizeaz de regul cu elemente nedemontabile.

    La soluia din figura 1.13, a, denumit mecanism de tip comprimat cu articulare inel-antretoaz Delta, articularea diafragmei 1 fa de carcasa 2 este realizat pe un inel circular continuu 3, ambutisat pe carcasa 2, i prin antretoazele 4 cu cap n form Delta. Antretoazele sunt introduse n degajrile circulare practicate la extremitatea canalelor radiale i sunt nituite pe carcas. Uzurile ce apar n zonele de contact cu arcul nrutesc funcionarea ansamblului, limitnd perioada de utilizare.

    a) b) c)

    Fig.1.13 Asamblri ale arcului diafragm: a -inel-antretoaz Delta; b- coroana-inel;c- articulare periferic

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    28

    Pentru o funcionare corect la asamblare este prevzut un joc de montaj de 0,1....0,2 mm, pentru a evita solicitri suplimentare n arc; acest joc diminueaz cursa util a discului de presiune. Deformarea lamelelor arcului i cea a carcasei determin o ntrziere la cuplare-decuplare dar mbuntete progresivitatea ambreiajului.

    La mecanismul de tip comprimat cu articulare coroan-inel (fig.1.13, b), articularea diafragmei 1 fa de carcasa 2 se realizeaz printr-un inel continuu 3, ambutisat pe carcas, i printr-o coroan inelar 4, din tabl ambutisat, deformat elastic la montaj, pe cealalt fa a diafragmei. Asamblarea carcas-diafragm-coroan este realizat prin deformarea unor lamele decupate n carcas, ce trec prin degajrile circulare ale arcului ntr-o asemenea manier, nct susin i apas coroana inelar. Aceast construcie asigur: o strngere elastic, limitnd uzura datorat vibraiilor, i o rigiditate satisfctoare la acionarea manonului de decuplare, o bun preluare a abaterilor de execuie a elementelor componente. La mecanismul de tip tras cu articulare periferic (fig.1.13, c), arcul diafragm 1 se reazem pe carcasa 2, printr-o simpl apsare permanent, prin cercul bazei mari pe inelul continuu 3, ambutisat n carcas. Acest montaj este posibil n varianta "tras", deoarece sensul forei nu se schimb cnd se trece de la faza cuplat la decuplat. Comanda decuplrii se efectueaz n sens invers, prin deprtarea manonului de decuplare de discul de presiune. De regul manonul de decuplare este solidarizat cu arcul diafragm. Prin acest montaj se evit jocul n articulaie, astfel nct uzura este automat compensat. In plus, prin reducerea consolei ntre zona de apsare a arcului diafragm pe carcas i fixarea carcasei pe volantul motorului se mrete rigiditatea carcasei. ntrzierea la decuplare este foarte mic i la decuplare rmne constant n timp, n ciuda uzurii. Mecanismul de tip tras permite aplicarea de fore axiale mari pe discul de presiune i are aplicaii la transmisiile cu un moment mare de ncrcare, ce echipeaz autoutilitare.

    La ambreiajele fr dispozitive de compensare a uzurii, odat cu creterea uzurii suprafeelor de frecare, crete fora de decuplare, Fd. La ambreiajul autoreglabil SAC (Self-Adjusting Clutch), compensare se realizeaz prin modificarea poziiei de rezemare a arcului fa de carcas, n sensul menineri constante a forei de decuplare (fig.1.14).

    n acest scop, fixarea arcului diafragm pe carcas este flotant axial sub aciunea unei fore (definit ca for de captor, Fcaptor), generat de un inel n form de ramp (cu o suprafa nclinat) care este amplasat ntre arcul diafragm i carcas i care este expandat prin intermediul unor arcuri elicoidale.

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    29

    Fig. 1.14. Comparaie ntre ambreiajul clasic i ambreiajul SAC

    n figura 1.15 se prezint schematic procedura de compensare a creterii sgeii arcului datorat uzrii suprafeelor de frecare prin forele ce acioneaz pe arcul diafragm.

    a. b. c.

    Fig. 1.15. Compensarea sgeii arcului diafragm

    Poziia unghiular a arcului diafragm se schimb de-a lungul procesului de uzare a garniturilor, determinnd astfel o cretere a momentului n arc, Marc i a forei de decuplare a acestuia, Fd, datorita caracteristicii elastice a arcului. Cnd fora de acionare crete (fig. 1.15 b.), fora captorului nu este suficient de mare pentru a contracara fora de pe arcul diafragm, astfel acesta se va deplasa axial de la poziia de contact cu carcasa spre motor. Jocul rezultat este compensat prin mecanismul ramp, aducnd astfel arcul diafragm la poziia unghiular iniial (fig.1.15, c). Dup asamblare, mecanismul de ambreiaj este echilibrat dinamic pe un utilaj specializat; pentru a fi adus n tolerana prevzut, fie se degajeaz poriuni de material prin gurirea discului de presiune, fie se asambleaz contragreuti prin nituire pe carcas.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    30

    Definirea caracteristicilor mecanismului de ambreiaj cu arc diafragm se face prin inscripionarea pe carcas a unui cod format din cifre i litere, de exemplu: 180 DBR 265 Fora de apsare [daN]; Manonul de decuplare Ramforsat; Manonul de decuplare cu Bile; Mecanismul cu Diafragm; Diametrul exterior al discului [mm]; sau: 180 CP 310 Fora de apsare [daN]; Sistemul de acionare cu presiune constant

    (Constant Pressure); Diametrul exterior al discului [mm];

    b. Calculul arcurilor de presiune Meninerea strii cuplate a ambreiajului la limita momentului necesar al

    ambreiajului proiectat este posibil cnd pe suprafaa de frecare se dezvolt fora normal:

    )(2

    ie

    M

    med

    M

    RRiM

    RiM

    F+m

    b=

    mb

    = (1.10)

    La ambreiajele cu arc diafragm fora dat de relaia (1.18) trebuie s fie dezvoltat de arc n starea cuplat a ambreiajului. La ambreiajele cu arcuri periferice, fora de apsare este dat de fora total a arcurilor de presiune dispuse echidistant pe periferia discului de presiune. Numrul de arcuri se alege multiplu al numrului de prghii de decuplare, inndu-se seama ca fora dezvoltat de un arc s nu depeasc 500700 N.

    b.1. Calculul arcului diafragm. Elementele geometrice ale unui arc diafragm sunt prezentate n figura 1.16.

    Forele care solicit arcul diafragm n cele dou situaii de rezemare care apar n timpul funcionrii ambreiajului sunt prezentate n figura 1.17. a, pentru situaia ambreiat, i n figura 1.17.b, pentru situaia debreiat. Se consider c arcul c arcul diafragm prezint dou elemente funcionale reunite ntr-o singur pies: partea tronconic plin, care este de fapt un arc disc cu rolul de arc de presiune, i lamelele, care sunt de fapt prghii ncastrate n pnza arcului disc cu rolul de prghii de debreiere.

    Fig. 1.16. Construcia arcului diafragm

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    31

    Deformarea arcului disc prin intermediul lamelelor se explic pe modelul constructiv din figura 1.17, unde cele dou elemente componente ale arcului diafragm, arcul disc i prghiile, sunt prezentate separat. Configuraia prghiilor a fost aleas, nct rezemarea arcului disc se face pe circumferinele cu diametrele d1 i d2 ca n cazul clasic de solicitare a arcului disc iar articulaiile pe care oscileaz prghiile se gsesc pe circumferin cu diametrul d2 respectiv d1.

    Modelul constructiv din figura 1.8 ndeplinete n ambreiaj acelai rol funcional ca i arcul diafragm. Acest model poate fi folosit pentru calculul arcului diafragm utiliznd principiul suprapunerii efectelor produse n cele dou elemente componente ale sale: arcul disc i prghiile de debreiere.

    Pentru calcule se folosesc urmtoarele notaii: - d1, d2, d3, S, H, h - dimensiunile arcului diafragm; - 1, 2, 3, 4, poziia reazemelor; - z - numrul de brae; - a - unghiul sectorului care revine unui bra (a = 360 o/z); - F - fora de ambreiere; - Q - fora de debreiere; - F1, Q1 - forele de ambreiere i debreiere ce revin unui sector al modelului (F1=F/z; Q1=Q/z).

    Pentru simplificare se consider prghiile rigide i sistemul deformat pn n poziia n care arcul disc este aplatizat.

    Forele F i Q determin n arcul disc momentul radial M1 i fora tietoare T1 i n prghii momentul de ncovoiere M2 i fora tietoare T2. n figura 1.19 s-au trasat diagramele de momente i de fore tietoare din arcul disc i din prghiile modelului constructiv, precum i diagramele de momente i fore tietoare din arcul diafragm obinute prin suprapunerea efectelor din elementele componente.

    Fig.1.17. Forele care acioneaz asupra ambreiajului:

    a)-starea ambreiat; b)-starea debreiat

    Fig. 1.18. Modelul constructiv al arcului

    diafragm

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    32

    Fig. 1.19. Diagrama de fore tietoare si momente ncovoietoare

    Se obin urmtoarele solicitri maxime:

    ( )

    ( ) ( )

    QTFT

    ddFddQM

    ddFM

    ==

    -=-=

    -=

    2

    1

    12322

    211

    22

    2

    Fora F (respectiv M1, T1) determin n seciunile arcului disc eforturile unitare axiale st i sr i eforturi de forfecare t (fig. 1.20). Deoarece eforturile unitare sr i t sunt neglijabile n comparaie cu eforturile tangeniale st (maxime pe d2), calculul de rezisten al arcului se face pentru eforturile st max folosind relaia:

    Fig. 1.20. Strile de tensiune din arcul

    diafragm

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    33

    ( )

    +

    -

    m-

    =s skfhk

    dkfE

    t 31211

    2max 214 (1.11)

    unde: E - modulul de elasticitate al materialului; m - ? coeficientul lui Poisson; f - deformaia arcului n dreptul diametrului d2; S - grosimea discului;

    k1, k2, k3 - coeficieni de form cu valorile:

    -

    p=

    --

    p

    =-

    -+

    -

    p

    = 1ln

    3;1ln

    1

    ln

    6;

    ln

    2

    11

    2

    1

    2

    13

    2

    1

    2

    1

    2

    12

    2

    121

    21

    2

    1

    2

    1 dd

    ddk

    dd

    dd

    ddk

    dddd

    dddd

    k

    Experimental s-a constatat c, n timpul deformrii, generatoarele arcului disc rmn practic rectilinii, iar lamelele de debreiere se ncovoie ntre circumferinele d2 i d3 comportndu-se ca nite prghii ncastrate n arcul disc de aceea deformaiile din timpul debreierii se vor determina n dou etape: n prima etap se calculeaz deformaia care provine din deformaia arcului disc n ipoteza c braele sunt rigide, iar n a doua etap se nsumeaz deformaia suplimentar de ncovoiere a braelor.

    Deformaia arcului disc ncrcat cu sarcin uniform distribuit pe circumferinele de diametre d1 i d2 se face cu relaia:

    ( ) ( )

    +

    --

    m-

    = 2211

    2 214 Sfhfh

    dkfSEF (1.12)

    care reprezint caracteristica de elasticitate a arcului disc n timpul cuplrii. Pentru calculul deformaiilor n

    timpul debreierii se folosete modelul din figura 1.21, unde:

    q = q1 + q2, cu:

    21

    321 dd

    ddfq

    --

    = i

    IEz

    )dd(Qq

    -y

    =24

    332

    2 (1.13)

    unde:

    12

    3sbI = - momentul de inerie al seciunii lamelei;

    b - baza mare a lamelei; y coeficient de form al lamelei, care are valorile din tabelul 1.3.

    Fig. 1.21. Schema pentru calculul

    deformaiilor

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    34

    Tabelul 1.3. Valorile coeficientului de form y

    b/b1 0,2 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 y 1,315 1,315 1,250 1,202 1,160 1,121

    Pentru fora Q, din condiia de echilibru a forelor (fig. 1.19), se obine:

    32

    21

    dddd

    FQ--

    = (1.14)

    Pentru trasarea caracteristicii elastice a arcului diafragm se procedeaz astfel: se verific cu relaia (1.11), efortul tangenial maxim cnd discul este

    aplatisat (f = h) i se compar cu sad = 20 MPa; se calculeaz mrimile din tabelul 1.4 pentru diferite valori ale sgeii

    cuprinse ntre f = 0 i f = 1,7. h. Tabelul 1.4

    Mrimile caracteristicii elastice a arcului diafragm Mrimea calculat f F Q q1 q2 q Numrul relaiei - 1.21 1.23 1.22

    se traseaz graficele F(f); Q(q1) i Q(q), figura 1.22; se stabilesc poziiile A i B: funcionare pe diagrama forei la platou F(f); se stabilesc poziiile a i b pe diagrama forei la manonul de decuplare.

    Fig. 1.22. Caracteristica elastica a arcului diafragm

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    35

    Pe diagrama forei la discul de presiune F = F(f) se stabilete punctul A, cnd ambreiajul este cuplat i discul condus are grosime maxim, i punctul B, care corespunde poziiei decuplat pentru o curs de retragere adoptat DAB, cnd se consider c decuplarea este complet. Se stabilesc punctele a i b pe diagrama forei de ambreiere Q = f(q). Punctul a corespunde poziiei A din curba forei la discul de presiune, iar punctul b reprezint poziia corespunztoare punctului B de pe aceeai curb. Se traseaz dreapta ma care reprezint cursa datorat elasticitii lamelelor.

    Se determin cursa la rulmentul de presiune Dmb n funcie de cursa de retragere adoptat DAB.

    Se repet i pentru poziia cea mai defavorabil din punct de vedere al forei i rezult fora maxim necesar la rulmentul de presiune.

    Prin aceast metod grafoanalitic rezult: - cursa la manonului de decuplare Dmbmin; - fora la manonul de decuplare Qmin. b.2. Calculul arcurilor periferice. Arcurile periferice sunt arcuri

    elicoidale din srma tras cu seciune circular i cu caracteristic liniar. Notarea elementelor geometrice ale arcului se face ca n figura 1.23.

    In figura 1.24 este reprezentat schematic comportarea elastic a arcului la compresiune.

    Fig. 1.23. Elementele geometrice ale

    arcurilor elicoidale Fig.1.24. Caracteristica elastic a

    arcurilor elicoidale

    Pentru calculul de rezisten i dimensionare a arcurilor de presiune, n tabelul 1.5 sunt prezentate mrimile de calcul i relaiile utilizate.

    Tabelul 1.5

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    36

    Relaii pentru calculul arcurilor de presiune Nr. crt. Mrimea calculat Relaia de calcul

    1 Efortul unitar de torsiune 3max8

    dQDk m

    p

    =t

    2 Fora maxim Qmax=(1,151,25) Q

    3 Fora n stare cuplat a ambreiajului medm

    RizM

    Qm

    b=

    Valorile coeficientului de corecie k D/d 2,5 3 4 5 6 7 8 4 k 1,70 1,55 1,39 1,29 1,21 1,20 1,18

    5 Diametrul necesar al srmei de arc a

    Qckd

    tp

    = max8

    6 Indicele arcului cd

    Dm= =58

    Diametrul pentru arcuri din srm tras de otel [mm] Srma tras din otel carbon de calitate pentru arcuri 2,5 2,8 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 - - - - Srma tras din otel aliat pentru arcuri

    7 3,0 3,2 3,5 3,6 4,0 4,5 5,5 5,6 6,0 6,3 6,5 7,0 7,5 8,0

    8

    Numrul de spire active ( )QQD

    hdGnm -

    =

    max2

    4

    8

    9 Cursa activ a arcului ;ish D= i=nr. suprafee de frecare

    10 Jocul la decuplarea suprafeelor nvecinate

    ?s=0,50,75 la ambreiaje monodisc

    ?s=0,30,5 la ambreiaje bidisc

    11 Sgeata maxim a arcului(la

    decuplarea ambreiajului) 43

    maxmax

    8dG

    nDQf m

    =

    12 Sgeata arcului n stare cuplat a ambreiajului 438dG

    nDQf m

    =

    13 Numrul total de spire nt=n+2

    14 Lungimea arcului n stare liber H0=(nt-0,5).d+0,1.n .+h+f

    15

    Condiia de stabilitate a arcului la flambare

    3m

    o

    D

    H

    16 Uzura admis garniturilor U=(1,52).i

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    37

    Nr. crt. Mrimea calculat Relaia de calcul

    17 Scderea forei arcurilor n stare uzat fU

    QQ =D

    18 Coeficientul de sigurana al ambreiajului uzat ( )

    1D-m

    =bM

    medu

    M

    QQRi

    S-au utilizat notaiile: Qlim fora de comprimare cnd arcul este blocat (spir pe spir); Qmaxfora maxim de calcul a arcului (apare cnd ambreiajul este

    decuplat); Q fora elastic a acului n stare cuplat (arc pretensionat) a ambreiajului; Qmin fora elestic dup uzarea maxim a garniturilor de frecare; flim, fmax, fmin sgei corespunztoare forelor Qlim, Qmax, Qmin; Hlim, Hmax, Hmin lungimile arcului corespunztor forelor Qlim, Qmax, Qmin;

    hcursa activ a arcului corespunztoare ntre poziia cuplat si poziia decuplat.

    1.3.2.2.Discul de presiune a) Elemente constructive Discul de presiune, confecionat din font sau din oel, se afl n acelai

    regim de micare cu volantul motorului i are posibilitatea deplasrii axiale fa de volant, micare necesar decuplrii ambreiajului i compensrii uzurilor de frecare ale discului condus. Solidarizarea n micare de rotaie i ghidarea axial a discului de presiune cu volantul se face n mai multe moduri, din care cel mai frecvent este prin intermediul unor lamele radiale (fig.1.25), dispuse tangenial (fig.1.25,a), n triunghi (fig. 1.25b) sau radial (fig.1.25, c).

    a) b) c)

    Fig. 1.25. Solidarizarea discului de presiune cu carcasa: a - lamele radiale; b - n triunghi; c - radial.

    Pentru asigurarea unei apsri uniforme a discului condus pe suprafaa de frecare, discul de presiune trebuie s fie rigid. Pentru a facilita transferul unei cantiti ct mai mare de cldur, rezultat din procesul patinrii ambreiajului, discul de presiune este prevzut, pe partea opus suprafeei de frecare, cu aripioare de rcire.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    38

    b) Elemente de calcul

    Calculul cuprinde calculul discului de presiune i al elementelor de fixare ale discului de presiune de carcasa ambreiajului.

    b.1.. Dimensionarea discului de presiune. Funcional, discul de presiune reprezint dispozitivul de aplicare a forei arcurilor pe suprafaa de frecare, component a prii conductoare pentru transmiterea momentului, suport pentru arcuri i eventualele prghii de debreiere i mas metalic pentru preluarea cldurii rezultate n procesul patinrii ambreiajului. Fa de aceste funcii, predimensionarea lui se face din condiia prelurii cldurii revenite n timpul patinrii fr nclziri periculoase.

    Asimilnd discul condus cu un corp cilindric cu dimensiunile bazei: raza exterioar red=Re+(35) mm, raza interioar rid=Ri-(35) mm, Re, Ri fiind razele exterioar, respectiv interioar ale discului condus, se obine din relaia (1.3), nlimea necesar a discului de presiune este:

    ( )2id2edd rrtcLh

    -Drpa

    = (1.15) unde, fa de mrimile amintite la relaia (1.3), este densitatea specific a discului de presiune (= 7800 kg/ m3 pentru pieselor din oel i font).

    Grosimea determinat reprezint o valoare minim; faa exterioar a discului este profilat n vederea creterii rigiditii, a generrii unui curent intens de aer pentru rcire i pentru a permite legturile cu elementele de care se cupleaz.

    b.2. Calculul elementelor de legtur. Legturile permanente ale discului de presiune sunt cu carcasa ambreiajului, de la care primete momentul de torsiune al motorului. Aceast legtur trebuie s asigure, n afara rigidizrii n rotaie a pieselor, i mobiliti relative axiale necesare cuplrii, decuplrii i compensrii uzurii garniturilor. n figura 1.40 sunt prezentate schemele de calcul n trei variante constructive.

    a) b) c)

    Fig.1.26. Soluii de fixare ntre discul de presiune i carcasa ambreiajului: a)- fixarea prin umr; b- fixarea prin canelur; c- fixarea prin bride

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    39

    La fixarea prin umr (fig. 1.26, a), solicitarea de dimensionare este de strivire intre carcasa 1 i umrul discului de presiune 2. Dac R este raza medie de dispunere a umerilor i z numrul de umeri, atunci efortul unitar efectiv de strivire este:

    RLazM

    RAzM Ma

    s b

    =

    =s (1.16)

    unde: A = a.L este aria de strivire; R - raza medie de dispunere a umerilor. Fixarea cu canelur (fig. 1.26, b), poate fi fcut cu canelura aparinnd

    discului sau cu canelura aparinnd carcasei. In ambele situaii calculul se face pentru solicitarea de strivire pe flancurile canelurilor i pentru solicitarea de forfecare la baza canelurilor cu relaiile:

    pentru strivire:RLaz

    MRAz

    M Ms

    as

    b=

    =s ,

    pentru forfecare: Rhaz

    MRAz

    M Mf

    af

    b=

    =t , (1.17)

    unde: As=a.L este aria de strivire; Af=a.h aria de forfecare; z- numrul canelurilor de fixare; R- raza medie de dispunere a canelurilor. La legtura prin bride (fig.1.26, c), calculul cuprinde calculul niturilor de fixare a bridelor elastice de carcas i respectiv de discul de presiune cu relaiile:

    pentru strivire: Rgdz

    MRAz

    M Ms

    as

    b=

    =s ,

    pentru forfecare: Rdz

    MRAz

    M Mf

    af p

    b=

    =t

    4

    4 (1.18)

    unde: As=d.g este aria de strivire; Af= 4

    4dp - aria de forfecare; d- diametrul nitului;

    g-grosimea bridei; R-raza medie de dispunere a bridelor; z- numrul bridelor.

    1.3.3. Volantul Rolul principal al volantului, determinat de motorul automobilului, este de

    volant de inerie pentru reducerea gradului de neuniformitate a vitezei unghiulare de rotaie a arborelui cotit, astfel c forma i dimensiunile lui sunt determinate n mod esenial de tipul motorului (cu aprindere prin scnteie, cu aprindere prin comprimare) i regimul acestuia de funcionare (lent sau rapid). Volantul este fixat pe arborele cotit al motorului ntr-o poziie bine definit cu ajutorul uruburilor. n zona exterioar a acestuia se gsesc coroana dispozitivului de pornire a motorului-demarorul (fixat de regul pe carterul ambreiajului), precum i coroana traductorului de turaie al sistemului de alimentare, aprindere sau diagnosticare (dac este cazul).

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    40

    Fiind compatibil n dimensiuni cu partea conductoare a ambreiajului, zona frontal a volantului constituie una dintre suprafeele de frecare. Construcia volantului este determinat de rolul funcional pe care l ndeplinete pentru motor, iar configuraia acestuia este influenat i de tipul mecanismului de ambreiaj cu care acesta este asamblat. Volantul clasic se ntlnete n dou variante: volantul monobloc, plat sau cu obad, constituit ca o pies masiv din font, i volantul modular, compus din elemente asamblate. Volantul monobloc, rspndit la construciile actuale de autoturisme, este volantul plat. Datorit densitii i comportamentului favorabil n funcionare (coeficient de frecare i rezisten la uzur), n construcia volantului este utilizat fonta: cenuie, n cazul motoarelor clasice, i modular, n cazul motoarelor ce funcioneaz la turaii ridicate (ce pot determina tensiuni interne periculoase). n vederea mbuntirii progresivitii cuplrii i rezistenei la uzur, suprafaa frontal aflat n contact cu garniturile de friciune este prelucrat cu rugozitate mic ( 0,8 microni). Limea acesteia este superioar cu 2...3 mm celei a garniturii. Volantul modular (fig.1.27), datorit reducerii costurilor de fabricaie, constituie o soluie de viitor.

    a). b).

    Fig.1.27. Construcia volantului modular: a - solidar cu arborele cotit al motorului; b - solidar cu carcasa ambreiajului

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    41

    Este construit dintr-un disc de oel (care este asamblat cu arborele cotit al motorului) pe care se fixeaz volantul propriu-zis, din font avnd forma unei coroane.

    n varianta propus de VALEO (fig. 1.27. a) de discul de oel 1, solidarizat cu arborele cotit al motorului, se fixeaz prin uruburile 2 volantul 1. La extremitatea discului de oel 1 este tanat coroana 4 a traductorului de turaie. Construcia modular a volantului produs de firma LUK, pentru VW Golf, (fig. 1.27.b) simplific foarte mult construcia ambreiajului, deoarece discul de oel 1 al volantului modular 2 ndeplinete i funcia de carcas a ambreiajului.

    La volantul din figura 1.28, dezvoltat de constructori consacrai de ambreiaje (VALEO, LUK sau SACHS) pentru autoturisme de clas superioar, s-a asociat funcionarea volantului de inerie cu cele de element elastic suplimentar i element izolator pentru vibraiile de torsiune din grupul motopropulsor.

    Fig. 1.28. Volantul de inerie asociat cu izolatorul de vibraii de torsiune Dublul volant este compus dintr-un volant primar 1, fixat pe arborele cotit

    al motorului i un volant secundar 2, pe care se monteaz mecanismul ambreiaj. ntre cei doi volani, centrai printr-un rulment 3, este amplasat izolatorul de vibraii torsionale, compus din arcurile elicoidale 4 i amortizorul 5, format dintr-un pachet de inele de frecare. Datorit spaiului disponibil n gabaritul volantului motor, dimensiunile izolatorului de vibraii pot fi majorate fa de cazul dispunerii lui n discul condus al ambreiajului i, ca urmare, rezult un filtraj al vibraiilor torsionale foarte bun chiar i n regimurile de turaie reduse. Prin nserierea arcurilor 4 ntre cei doi volani acestea ndeplinesc i rolul dispozitivului elastic suplimentar pentru limitarea momentului la cuplarea brusc a ambreiajului.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    42

    1.3.4. Carcasa ambreiajului

    Carcasa ambreiajului este fixat rigid pe volantul motorului prin uruburi, constituind suport pentru arcul diafragm i elementele de solidarizare n rotaie i ghidare axial a discului de presiune. In partea central, carcasa are o deschiztur circular, prin care trece arborele ambreiajului cu manonul de decuplare. Carcasa este obinut prin ambutisare din tabl cu coninut redus de carbon sau, n cazul unor ambreiaje de dimensiuni mari, prin turnare din font. Soluia realizat din tabl ambutisat ofer avantajul de a obine o uoar elasticitate axial a carcasei, ce contribuie la progresivitatea cuplrii.

    1.3.5. Manonul de decuplare Manonul de decuplare este elementul ce permite transmiterea efortului de decuplare (prin apsare sau prin traciune) primit de la furca de decuplare fixat pe carterul ambreiajului, mecanismului ambreiaj aflat n micare de rotaie. Ansamblul este concentric cu arborele ambreiajului. La ambreiajele cu mecanisme cu arcuri periferice, manonul acioneaz asupra prghiilor de decuplare. La ambreiajele cu mecanisme cu arcuri tip diafragm, manonul acioneaz direct asupra prii centrale a arcului.

    Manonul se compune din dou inele cilindrice coaxiale, unul n rotaie cu mecanismul ambreiaj i cellalt fr rotaie, legat de furca de comand. Pentru evitarea nclzirii provocate de frecarea de contact, la soluiile actuale, ntre aceste inele, se intercaleaz un rulment, numit rulment de presiune.

    Construcia unui manon de decuplare cu ghidaj central este prezentat n figura 1.29. a.

    a) b)

    Fig.1.29. Construcia manonului de decuplare:

    a- cu ghidaj central; b- cu autocentrare

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    43

    Partea fr rotaie a manonului 1 culiseaz pe buca 2, concentric cu arborele ambreiajului, i fixat n carterul ambreiajului; partea rotitoare (inelul rotitor al rulmentului 3) acioneaz direct asupra prghiilor de decuplare sau asupra arcului de tip diafragm.

    Aceast construcie poate s funcioneze i fr curs liber (gard) mpreun cu un sistem de acionare adaptat. Manonul de decuplare cu autocentrare (fig.1.29. b) se utilizeaz att n situaia unei comenzi cu joc (gard), ct i n cea a unei comenzi de tipul cu apsare constant. El elimin dezavantajele provocate de dezaxarea posibil ntre manonul de decuplare i mecanismul ambreiajului (zgomot i uzur accentuate), ce pot aprea n montajul prezentat mai nainte. Rulmentul 1 se poate deplasa radial n raport cu manonul culisant 2, astfel nct se autocentreaz pe mecanismul ambreiaj 1. 1.3.6. Calculul prii conduse

    Calculul prii conduse cuprinde calculul arborelui condus, calculul legturii dintre arborele ambreiajului i butucul discului condus i calculul arcurilor elementului elastic suplimentar.

    a) Calculul arborelui ambreiajului. Dimensionarea arborelui ambreiajului se face din condiia de rezistena la solicitarea de torsiune determinat de aciunea momentului motor, diametrul de predimensionare fiind dat de relaia:

    32,0 at

    Mi

    MD

    tb

    = , (1.19)

    unde at este efortul unitar admisibil pentru solicitarea de torsiune. Valoarea definitiv a diametrului urmeaz a fi determinat n funcie de dimensiunile standardizate ale arborilor canelai, de diametrul Di determinat, reprezentnd diametrul de fund necesar canelurilor adoptate. Se utilizeaz canelurile triunghiulare (STAS 7346-85), care pot prelua sarcini i cu oc, centrarea realizndu-se pe flancuri. Pentru cazul ambreiajelor ce urmeaz s transmit fluxuri mari de putere se recomand caneluri n evolvent (STAS 6858-85), cu centrare pe flancuri. Adoptnd seria canelurilor dup diametrul interior necesar rezult i ceilali parametri necesari calculului mbinrii.

    b. Calculul mbinrii dintre butucul discului condus cu arborele ambreiajului. Calculul mbinrii dintre arbore i butuc se face pentru strivire pe flancurile canelurilor cu relaia:

    asd

    Ms LzhD

    M2k s

    b=s (1.20)

    n care: k este coeficientul de repartizare a sarcinii pe caneluri; se adopt k=1/0,5 pentru caneluri triunghiulare i k = 1/0,75 pentru caneluri n evolvent; Dd-

    diametrul mediu al canelurilor, 2

    ied

    DDD += ; h-nlimea portant a canelurii,

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    44

    2ie DDh

    -= ; z-numrul de caneluri; L- lungimea de mbinare cu butucul discului

    condus. c. Calculul arcurilor elementului elastic suplimentar. Pentru calculul arcurilor care formeaz elementul elastic suplimentar, momentul limit care le solicit i care limiteaz rigiditatea lor minim se consider a fi momentul capabil atingerii limitei de aderen la roilor motoare ale automobilului dat de relaia:

    ocv

    dadc ii

    rGM

    j

    =1

    , (1.21)

    n care Gad este greutatea aderent; =0,8 coeficientul de aderen; rd-raza dinamic a roilor; icv1-raportul de transmitere n prima treapt a cutiei de vitez; io-raportul de transmitere al punii motoare.

    Dac Rmed este raza medie de dispunere a arcurilor i dac se consider c toate arcurile (z-numrul de arcuri) particip n mod egal la preluarea momentului de calcul, fora de calcul este:

    med

    cc Rz

    MF

    = (1.22)

    Din condiia ca amplitudinea unghiular pe care trebuie s o admit elementul elastic s se situeze n intervalul = (710)o se obine pentru sgeata arcului valoarea maxim:

    q= sinmax medRf (1.23) n continuare, calculul arcurilor se face dup metodologia ce decurge din

    parcurgerea tabelului 1.5, cu recomandrile urmtoare: indicele arcului c = 45; diametrul srmei de arc d = 2,54 mm; numrul total de spire nt < 6.

    Capetele arcurilor se sprijin pe ferestrele executate n disc i n butuc (fig.1.30). Lungimea ferestrelor se face mai mic dect lungimea liber a arcurilor cu aproximativ 1520%, astfel nct la montare arcurile se pretensioneaz. Pentru dimensionarea ferestrelor se recomand urmtoarele valori: lf=2527 mm; Re=4060 mm; a=1,41,6 mm; nclinarea capetelor 11,50. Tietura n butuc B=d?+r+m, n care: d este diametrul limitatorului, d= 810 mm; r i m jocurile dintre limitatori i butuc, care caracterizeaz deformaia maxima a arcurilor la transmiterea momentului n

    Fig.1.30. Parametrii constructivi ai elementului elastic suplimentar

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    45

    sensul de la roat spre motor (r) i la transmiterea momentului de la motor la roat (m); r i m se adopt n limitele 22,5 mm.

    1.4. Sistemul de acionare a ambreiajului Ambreiajul mecanic cu discuri poate avea n funcionare dou stri: cuplat i decuplat. Trecerea ambreiajului din starea cuplat (normal) n starea decuplat se obine n urma aciunii de debreiere i se realizeaz prin intermediul sistemului de acionare, care desface legtura de cuplare. Pentru a corespunde constructiv i funcional, sistemele de acionare a ambreiajului trebuie s ndeplineasc o serie de cerine printre care: s asigure o cuplare rapid i o decuplare rapid i total, fora aplicat pedalei s fie ct mai mic (80120 N la curse ale pedalei de 80120 mm); s asigure compensarea automat a jocurilor datorate uzurilor normale ale ambreiajului, s aib o construcie simpl i sigur n utilizare. Din punct de vedere constructiv, sistemele de acionare pot fi cu comand mecanic sau cu comand hidraulic. a. Comanda mecanic a ambreiajului. La acest tip de comand, realizat n variantele moderne prin cablu, acionarea manonului de decuplare se face de ctre conductorul automobilului prin apsarea pedalei de ambreiaj. Comanda cu cablu se bazeaz pe capacitatea de a transmite fora de acionare prin deplasarea unui cablu meninut pe un traseu de regul curbiliniu de o teac fix. Construcia unui astfel de mecanism este prezentat n figura 1.31.

    Fig.1.31. Construcia mecanismului cu comand mecanic

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    46

    Comanda se transmite de la pedala 1 la furca 9, articulat de prghia de debreiere 10, prin intermediul cablului 2 montat n teaca 1. La comanda prin cablu, transmiterea efortului de acionare se face numai prin traciune. Cablul este constituit dintr-un miez flexibil i inextensibil din oel, ce preia sarcina i o mbrcminte de fire nfurate n spiral, alternativ n cele dou sensuri; flexibilitatea este conferit de alunecarea dintre fire. La fiecare extremitate, cablul este solidarizat cu elemente sertizate, pentru asamblare cu pedala de ambreiaj 1 i cu furca de debreiere 9. Teaca constituie un tub flexibil i incompresibil, avnd diametrul interior superior cablului pentru a permite unsorii s uureze micarea cablului. Construcia asigur rezisten la eforturile transversale dezvoltate de cablu n zonele de curbur. Teaca este mbrcat ntr-o manta din PVC, care mpiedic ptrunderea apei i prafului, i este rezemat ntre planeul 4 al automobilului i carterul 8 al ambreiajului prin ansamblul elastic 3 i respectiv 6,7. Pentru compensarea uzurii garniturilor de friciune, cursa liber necesit un reglaj periodic. Reglarea cursei libere (gard) existent ntre manonul de decuplare i mecanismul de ambreiaj (arc diafragm sau prghiile de decuplare) se realizeaz cu dispozitivul 11 de tip urub-piuli asigurat cu contrapiuli. Controlul valorii de reglaj este realizat prin mrimea deplasrii furcii sau a pedalei, deoarece manonul de decuplare nu este accesibil. Revenirea pedalei dup debreiere se realizeaz de arcul 12.

    n figura 1.32 este prezentat construcia sistemului de acionare pentru un ambreiaj cu mecanism cu apsare constant. Pentru realizarea apsrii constante a manonului de decuplare 1 asupra mecanismului ambreiajului 2, planeul pedalier este prevzut cu arcul de compresiune 3, ce tensioneaz sistemul. Arcul 3 menine manonul de decuplare apsat pe diafragm cu o for de 5080 N. Reglarea cursei active a pedalei poate fi realizat cu un dispozitiv urub-piuli 4, asigurat cu contrapiuli situat i n acest caz la extremitatea cablului din zona furcii exterioare carterului ambreiaj. Pentru a verifica dac elementul de traciune cablul - culiseaz liber n teac este suficient ridicarea pedalei pentru a se evidenia existena unei curse libere ntre extremitatea pedalei i tampon. Sistemele moderne de acionare mecanic sunt prevzute cu dispozitive de reglare automate.

    Fig.1.32. Mecanismul de acionare cu apsare constant

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    47

    Construcia unui astfel de dispozitiv, utilizat la autoturismele Renault, este prezentat n figura 1.33. Cablul flexibil 1 este comandat de pedala 2 prin intermediul bieletei 3 i al sectorului dinat 4. n poziie de repaus, cnd ambreiajul este cuplat, pedala de ambreiaj 2 i bieleta 3 apas tamponul limitator 5, fixat pe caroserie astfel c pedala nu se afl n contact cu sectorul dinat 4. Sectorul dinat fiind liber de aciunea pedalei, dar sub aciunea arcului 7, tensioneaz cablul de comand 1, determinnd o apsare constant de apsare a manonului de decuplare asupra diafragmei. La acionare pedala 2 se rotete n jurul axului principal 6.

    Fig.1.33. Mecanism cu dispozitiv de reglare automat

    Fazele de funcionare ale mecanismului corespund schemelor din figura

    1.34. La nceputul acionrii (fig.1.34, b), cnd se apas pedala de ambreiaj,

    pedala 2 se rotete n jurul axului principal 6, desprinzndu-se din contactul cu tamponul limitator 1. Rotaia liber a pedalei este posibil pn ce extremitatea sa superioar angreneaz cu sectorul dinat 4, moment n care este mpiedicat pivotarea liber n jurul axului 6. La apsarea n continuare asupra pedalei (fig.1.34, c), ansamblul cuplat, format din pedala 2-sectorul dintat 4 - bieleta 3, se rotete n jurul axului principal 6, funcionarea fiind identic celei cu pedal clasic. Revenirea sistemului dup debreiere se face pn cnd pedala vine n contact cu tamponul limitator 5, respectiv se revine n poziia din fig.1.34, a, care corespunde jocului prescris al pedalei i apsrii constante a manonului asupra arcului diafragm.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    48

    a) b) c)

    Fig.1.34. Fazele de funcionare ale mecanismului de acionare cu dispozitiv de reglare automat

    a-poziia neacionat a pedalei; b- nceputul acionarii pedalei; c- poziia apsat a pedalei

    b. Comanda hidraulic a ambreiajului, ca principiu de funcionare i realizare constructiv, este similar comenzii hidraulice a frnelor. n figura 1.35 este prezentat construcia de ansamblu a unei comenzi hidraulice a ambreiajului.

    Fig.1.35. Organizarea acionrii hidraulice a ambreiajului Pedala de ambreiaj 4 acioneaz pistonul pompei hidraulice de comand 3;

    pompa este alimentat cu ulei special furnizat de rezervorul 1. Prin intermediul

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    49

    unei conducte flexibile 6, fluidul este transmis cilindrului receptor 2, al crui piston acioneaz furca 1 legat de manonul de decuplare. Principalul avantaj al sistemului este efectul multiplicator obinut prin adoptarea unui diametru, pentru cilindrul receptor, superior celui al cilindrului pompei de comand. Datorit vibraiilor grupului motopropulsor, cilindrul receptor are o fiabilitate redus. Pentru a atenua acest dezavantaj al sistemului hidraulic precum i pentru a spori durabilitatea rulmentului din manonul de decuplare a fost promovat, n ultimii ani, soluia n care cilindrul receptor este integrat manonului de decuplare. Este suprimat astfel i furca al crui principal inconvenient este cel de transformare a micrii de rotaie (n jurul articulaiei fa de carter) n micare de translaie a manonului de decuplare. n figura 1.28 sunt prezentate dou soluii promovate de firma Sachs. Poziia C, dispus deasupra axei, corespunde strii cuplate a ambreiajului, iar poziia D, dispus sub ax, corespunde strii debreiate a ambreiajului. Distana Sm corespunde cursei manonului pentru decuplarea ambreiajului.

    a) b)

    Fig. 1.36. Cilindrul receptor integrat manonului de decuplare: a- cu etanare frontal; b- cu etanare radial

    La soluia din figura 1.26.a, deplasarea axial a rulmentului de presiune 1

    se face de pistonul 2 al cilindrului receptor 3 din buca 4. Accesul lichidului sub presiune se face prin racordul 5, etanarea fiind asigurat de garnitura frontal cu autoetanare 6. Meninerea apsrii constante a rulmentului asupra arcului diafragm se face de arcul de compresiune 7. La varianta din figura 1.36, b similar constructiv, rezult creterea diametrului activ al cilindrului receptor, dar, prin deplasarea relativ a pistonului 1 faa de cele dou suprafee cilindrice concentrice ale bucei 2, apar dificulti de etanare.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    50

    1.5. Calculul sistemului de acionare a ambreiajului

    Calculul sistemelor de acionare se face n scopul determinrii parametrilor

    acestuia n condiiile n care fora de acionare exercitat de conductor asupra pedalei ambreiajului i cursa pedalei trebuie s se situeze n limite ergonomice. Calculul se desfoar n dou etape, prima etap fiind cea de dimensionare cinematic a sistemelor de comand. Urmtoarea etap, dup dimensionarea cinematic, cuprinde calculul de rezisten (dimensionare i/sau verificare), cnd n funcie de mrimile de intrare n sistem fora la pedal i de caracteristice cinematice ale sistemului, se determin forele i momentele din elementele componente, se identific solicitrile i se efectueaz calculele dup metodele de calcul al organelor de maini.

    1.5.1. Dimensionarea cinematic a sistemelor de acionare a. Acionarea mecanic. La acest sistem (fig.1.37), fora Fp se transmite

    de la pedala 1 prin cablul 2 la furca 3, care acioneaz manonul de decuplare 4. De la manonul de decuplare fora se transmite discului de presiune prin intermediul prghiilor de debreiere.

    Raportul de transmitere al mecanismului cu acionare mecanic este:

    4

    3

    2

    1

    LL

    LLiii dpm == (1.24)

    Deplasarea total a manonului de decuplare Sm este format din cursa liber S i cea de lucru (activ), necesar deplasrii discului de presiune exterior cu distana h, adic:

    6

    5

    LL

    hSSSS am D+=+= (1.25)

    unde: h=S.i, cu S distana dintre dou suprafee de frecare; i- numrul suprafeelor de frecare. Cursa total a pedalei de acionare a ambreiajului se determin cu relaia:

    4

    3

    2

    1

    6

    5

    LL

    LL

    LL

    iSSS p

    D+= (1.26)

    Fora de apsre pe pedal Fp, necesar decuplrii complete a ambreiajului, se determin cu relaia:

    pam

    a

    m

    mp ii

    FiFF

    == , (1.27)

    unde Fm este fora necesar la manon pentru realizarea strii de decuplare a ambreiajului; Fa - fora de apsare a arcurilor n starea decuplat a ambreiajului;

    5

    6

    LL

    i pa = - raportul de transmitere al prghiilor de debreiere. In cazul ambreiajelor

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    51

    cu arc central diafragm se nlocuiete raportul Fm= Fa /ip de mai nainte cu valoarea forei Q, determinat de relaia (1.23).

    Fig. 1.37. Sistem cu acionare mecanic

    b. Acionarea hidraulic. In acest caz sistemul de acionare (fig. 1.38) cuprinde o parte mecanic i o parte hidraulic. Partea mecanic, asemntoare cazului precedent, este caracterizat prin raportul de transmitere mecanic, im, definit conform relaiei (1.14). Fora necesar ce trebuie dezvoltat de tija pistonului din cilindrul receptor este dat de relaia:

    43

    2 LL

    FF m = (1.28)

    unde Fm este fora necesar la manon pentru realizarea strii de decuplare a ambreiajului. Fora de apsare asupra pistonului din cilindrul pompei centrale este:

    2

    11 L

    LFF p = , unde Fp este fora de apsare asupra pedalei.

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    52

    Fig. 1.38. Sistem cu acionare hidraulic

    Datorit faptului c presiunea de lucru este redus, iar conductele de legtur dintre cilindri au lungime relativ mic, se poate neglija deformaia conductelor, iar volumul de lichid refulat din cilindrul pompei centrale se poate considera egal cu volumul generat de pistonul cilindrului receptor. In aceste ipoteze, de pierderi nule de presiune din sistemul hidraulic, conform principiului lui Pascal se poate scrie:

    hp

    c iDD

    FF

    == 22

    1

    2 , (1.29)

    unde ih, este raportul de transmitere al prii hidraulice. Se obine astfel:

    hm

    mp ii

    FF

    = (1.30)

    Cunoscnd cursa manonului de decuplare i considernd c volumul refulat de pomp se regsete n cilindru receptor, se obine pentru cursa pedalei relaia: Sp=Sm. im.ih (1.31)

    unde Sm este cursa manonului de decuplare, dat de relaia 1.24. La ambreiajele existente raportul de transmitere are valori ntre 1520, iar n cazuri cu totul rare, chiar mai ridicate. Valoarea raportului de transmitere este legat de cursa total a pedalei ambreiajului, care are limite relativ nguste (120150 mm). Prin mrirea raportului de transmitere al sistemului de acionare,

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    53

    cursa pedalei de acionare crete. Lucrul mecanic necesar debreierii ambreiajului se recomand s nu depeasc 1520 N.m. Dac fora la pedal depete aceste limite, trebuie s se utilizeze un servomecanism de acionare.

    Organele componente ale mecanismului de acionare se verific, n funcie de tipul solicitrilor la care sunt supuse, dup metodele de calcul pentru organe de maini. Calculul de rezisten al mecanismului de acionare se face considernd fora maxim de acionare de 300400 N.

    Pedala de acionare este solicitat la ncovoiere, dac fora la pedal Fp, acioneaz n centrul suprafeei de apsare, sau la ncovoiere i torsiune dac fora acioneaz excentric.

    Cablul de acionare se verific la solicitarea de ntindere, de regul seciunea periculoas fiind situat n zonele filetate de la capete.

    Prghia de debreiere este solicitat la ncovoiere, momentul ncovoietor maxim fiind determinat prin reducerea n seciunea periculoas a forei de la manon corespunztoare strii decuplate a ambreiajului.

    1.6. Exemplu de calcul

    Tema de proiect: Proiectarea unui ambreiaj mecanic, monodisc cu arc central diafragm, pentru un autoturism care dezvolt un moment maxim, Mmax = 210 Nm.

    Pentru calcule de dimensionarea a ambreiajului se aleg urmtorii parametrii constructivi: = 1,5.

    po=0,4 MPa - pentru o garnitur din rini sintetice impregnat cu fibre de kevlar sau cu fibre de sticl (Valoare pentru garnitura Valeo 201/202 fr azbest). Dt = 14 C.

    Dimensionarea garniturilor de frecare

    Ambreiajul se consider corect dimensionat dac momentul capabil este

    egal cu momentul necesar, adic:

    ( )ieieoMacapa RRRR

    piMMM --

    pm=b=2

    22

    de unde rezult:

    ( ) ( )

    cRR

    ]mm[8,98R)7,01()7,01(4,023,0

    10002105.12c1c1pi

    M2R

    ei

    e3 23 20

    Me

    =

    =-+p

    =

    +-pmb

    =

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    54

    Garniturile de frecare sunt piese de uzur ale ambreiajului, piese care de-a lungul duratei de utilizare sunt de mai multe ori nlocuite. Posibilitatea de nlocuire trebuie s ofere interschimbabilitate pieselor, motiv pentru care garniturile sunt realizate ntr-o gam tipodimensional limitat prezentat n tabelul 1.2 dup STAS 7793-83. Lundu-se n considerare valorile determinate prin calcul i cele prezentate de constructor se alege un ambreiaj cu: diametrul exterior: De = 200 mm i diametrul interior: Di = 130 mm. Grosimea garniturii: g = 3,5 mm.

    Raza medie a garniturilor de frecare este:

    ]mm[5.82R2

    651002

    RRR med

    iemed =

    +=

    +=

    Rezult c aria suprafeei de frecare este:

    ]mm[36285A2)65100(i)RR(A 2222i2e =-p=-p=

    Calculul arcului diafragm

    Meninerea strii cuplate a ambreiajului la limita momentului necesar al ambreiajului proiectat este posibil cnd pe suprafaa de frecare se dezvolt fora normal:

    N][5,61760825,03,02

    2105,1Ri

    MFmed

    max =

    =m

    b=

    Pentru trasarea caracteristicii elastice a arcului diafragm se procedeaz astfel: se verific cu relaia (1.11), efortul tangenial maxim cnd discul este

    aplatisat (f = h) i se compar cu sad = 20 MPa; se calculeaz mrimile din tabelul 1.4 pentru diferite valori ale sgeii

    cuprinse ntre f = 0 i f = 1,7. h.

    Mrimile caracteristicii elastice a arcului diafragm Mrimea calculat f F Q q1 q2 q Numrul relaiei - 1.21 1.23 1.22

    se traseaz graficele F(f); Q(q1) i Q(q), figura 1.39, figura 1.40; se stabilesc poziiile A i B: funcionare pe diagrama forei la platou F(f)

    (vezi fig.1.22); se stabilesc poziiile a i b pe diagrama forei la manonul de decuplare. se stabilesc poziiile A i B: funcionare pe diagrama forei la platou F(f); se stabilesc poziiile a i b pe diagrama forei la manonul de decuplare.

  • PROIECTAREA AMBREIAJULUI

    55

    Fig. 1.39. Caracteristica elastic a arcului

    diafragm n timpul cuplrii Fig. 1.40. Caractersitica de elasticitate a

    arcului diafragm Pentru arcul difragm au rezultat urmtoarele dimensiunile:

    Denumire Simbol Unitate de msur Dimensiunea Diametrul exterior al diafragmei d1 [mm] 190 Diametrul de sprijin d2 [mm] 150 Diametrul manonului de presiune d3 [mm] 42 Numrul de tieturi ale diafragmei z [-] 18 Limea tieturii dintre lamele c [mm] 3 Grosimea arcului diafragm s [mm] 2,5 Sgeata la plat h [mm] 5,25

    Calculul prii conductoare

    Calculul prii conductoare cuprinde calculul discului de presiune i

    al elementelor de fixare ale discului de presiune de carcasa ambreiajului.

    Dimensionarea discului de presiune

    Asimilnd discul condus cu un corp cilindric (figura 1.41.) cu dimensiunile bazei: raza exterioar red=Re+(35) mm, raza interioar rid=Ri-(35) mm, Re, Ri fiind razele exterioar, respectiv interioar ale discului condus,

    Se determin astfel: ( )( ) mm104410053Rr

    mm6326532Rr

    eed

    iid

    =+=+==-=-=

    K

    K

    nlimea necesar a discului de presiune este: Fig.7.14. Dimensionarea

    discului de presiune

  • PROIECTAREA TRANSMISIEI MECANICE

    56

    ( )2id2edd rrtcLh

    -Drpa

    = ,

    a =0,5-coeficient care exprim partea din lucrul mecanic preluat de discul de presiune al ambreiajeului; c = 500 J/kgC este cldura specific a pieselor din font i oel. Deoarece lucrul mecanic de patinare L, ca mrime absolut, nu poate caracteriza solicitarea ambreiajului i nici rezistent lui la uzur, n acest scop se utilizeaz noiunea de lucru mecanic specific de patinare l, care reprezint raportul dintre lucru mecanic de patinare L i suprafat de frecare a ambreiajului A;

    ALl =

    Pentru autoturisme se consider l = 100 120 Nm/ cm2. Adopt l = 110 Nm/cm2, atunci:

    ( ) ( ) 252242i2e mmmN10635256510010110RRlAlL p=-p=-p==

    Atunci grosimea minim a discului de presiune este:

    ( ) ( ) mm10m0099,06310412780050010635255,0

    rrtcLh 22

    5

    2id

    2ed

    d =-pp

    =-Drp

    a=

    Calculul elementelor de legtur Pentru ambreiajul de proiectat, se adopt soluia de fixare prin bride a carcasei ambreiajului cu discul de presiune (fig 1.26.c). Calculul cuprinde calculul niturilor de fixare a bridelor elastice de carcas i respectiv de discul de presiune i verificarea lor la srivire i forfecare

    d = 7 mm -diametrul nitului; g = 3