CAPITOLUL I

PAGE

UNIVERSITATEA TEHNIC "GH.ASACHI" IAI

FACULTATEA DE MECANICSPECIALIZAREA AUTOVEHICULE RUTIERE

PROIECT DE DIPLOMA

NDRUMTOR,

CONF.UNIV.DR.ING. RADU ROSCA

ABSOLVENT,

ENACHE IONUT CRISTIAN

2006

TEMA PROIECTULUI

S se proiecteze ambreiajul autocamionului ROMAN R10215, pe baza urmtoarelor condiii: ambreiaj cu un disc de friciune i arcuri dispuse periferic.

CAPITOLUL I

CALCULUL TERMIC PENTRU MOTORUL

AUTOCAMIONULUI ROMAN R10215

1.1. BAZE TEORETICE

Calculul termic al unui motor, cunoscut i sub denumirea de calculul ciclului de lucru al motorului, se efectueaz n scopul determinrii anticipate a parametrilor proceselor ciclului motor, a indicilor energetici i de economicitate a presiunii gazelor n cilindrul motorului. Aceste date ale calculului permit stabilirea dimensiunilor fundamentale ale motorului, trasarea diagr amei indicate i efectuarea calculelor de rezisten a principalelor piese ale motorului.

Fig. 1.1. Diagrama real (indicat) a ciclului motor DIESEL n 4 timpi:

1 admisia; 2 presiunea atmosferic; 3 punctul de deschidere a supapei de admisie; 4 evacuare; 5 compresia; 6 spaiul de compresie; 7 punctul de presiune maxim; 8 arderea i destinderea; 9 puncul de ncepere al injeciei; 10 punctul de nchidere al supapei de admisie; 11 punctul de deschidere al supapei de evacuare.

Variaia parametrilor ncrcturii din cilindri n timpul compresiei, arderii i destinderii este descris prin ecuaii obinute din primul principiu al termodinamicii, scris n form diferenial i din ecuaiile de stare.CICLUL DE FUNCIONARE AL MOTOARELOR DIESEL

Ciclurile de funcionare ale motoarelor DIESEL se deosebesc de cele ale motoarelor cu aprindere prin scnteie prin modul de formare a amestecului carburant i procedeul de aprindere.Evoluia ciclului unui motor DIESEL este urmtoarea:

Admisia aerului proaspt n cilindru. Pistonul de deplaseaz de la P.M.I. (punctul motor interior) la P.M.E. (punctul motor exterior). Supapa de admisie este deschis nc de la punctul 3, respectiv nainte de terminarea cursei anterioare (de evacuare), pentru ca umplerea cu aer a cilindrului s se fac ct mai bine prin reducerea rezistenelor gazodinamice. Supapa de evacuare este deschis la nceputul cursei, dar se nchuide la scurt timp dup deplasarea pistonului de la P.M.I. Presiunea n cilindru n timpul admisiei este ceva mai mic dect presiunea atmosferic (curba 1), din cauza pierderilor gazodinamice n conductele de admisie i la trecerea prin supape.

Compresia aerului introdus n cilindru. Este reprezentat prin curba 5. Pistonul se deplaseaz de P.M.I. la P.M.E. Supapa de evacuare este nchis. Supapa de admisie este deschis la nceputul cursei pentru umplerea mai bun cu aer a cilindrului, dar este nchis la scurt timp dup deplasarea pistonului de la P.M.E., respectiv n punctul 10. Din acest moment, ambele supape fiind nchise, ncepe comprimarea aerului, care la sfritul cursei, avnd o presiune ntre 30 55 [daN/cm2] i o temperatur ntre 700 i 900 [C], provoac autoaprinderea combustibilului. nainte ca pistonul s ajung la P.M.I., n punctul 9, combustibilul este injectat n cilindru cu o presiune de 171 172 [daN/cm2] pentru pulverizarea fin i distribuia sa uniform n masa de aer comprimat din camera de ardere.

Deoarece, de la nceputul injeciei i pn la nceperea arderii combustibilului trebuie s treac un timp pentru autoaprindere, nceputul injeciei trebuie astfel potrivit, nct, n momentul cnd ncepe arderea, pistonul s ajung la P.M.I. Numrul de grade cu care se rotete arborele cotit din momentul cnd ncepe injecia i pn cnd pistonul ajunge la P.M.I., se numete avans de injecie i variaz cu felul construciei motorului, cu turaia, cu felul combustibilului i cu modul cum acesta este injectat. n timpul arderii, presiunea maxim n cilindru (punctul 7) este de 59 98 [daN/cm2].

Arderea i destinderea. Sunt reprezentate prin curba 8. Ambele supape sunt n continuare nchise. Injecia continua iar arderea de asemenea continu pn la epuizarea oxigenului aflat n aerul nchis n cilindru. Presiunea exercitat de gazele arse asupra pistonului produce deplasarea acestuia spre P.M.E., cu dezvoltare de lucru mecanic. nainte ca pistonul s ajung la P.M.E., n punctul 11, ncepe s se deschid supapa de evacuare pentru a asigura ieirea gazelor de ardere. Avansul deschiderii supapei de evacuare depinde de turaia motorului, deoarece cu ct motorul este mai rapid, timpul de scurgere al gazelor este mai redus iar supapa de evacuare trebuie s se deschid mai devreme pentru a asigura golirea cilindrului.

Evacuarea gazelor de ardere (curba 4). Pistonul se deplaseaz de la P.M.I. i se continu activ evacuarea gazelor de ardere, supapa de evacuare fiind deschis din cursa anterioar a pistonului. Ct dureaz evacuarea, presiunea din cilindru este ceva mai mare dect presiunea atmosferic din cauza pierderilor gazodinamice la trecerea prin seciunea supapelor, n colector i tobe de eapament. nainte de terminarea cursei de evacuare, se deschide supapa de admisie (punctul 3) pentru ca umplerea cu aer a cilindrului s se fac ct mai bine.

Arderea combustibilului n motorul DIESEL se face n faze i, de modul de efectuare a acestora depinde funcionarea lin i economicoas a motorului. Pentru nelegerea procesului de ardere, n Fig. 1.2. se prezint diagrama variaiei presiunii n cilindrul unui motor DIESEL, n timpul arderii.

Arderea propriu-zis nu ncepe n punctul 1, cnd ncepe injectarea combustibilului n cilindru, ci dup un anumit timp, denumit ntrziere de aprindere, n punctul 2. Poriunea de curb dintre punctele 1 i 2 reprezint ntrzierea la aprindere, perioad n care, fiecare particul de combustibil trebuie s ajung n stare de autoaprindere (se nclzete i se vaporizeaz). n timpul acestei faze, presiunea crete numai datorit comprimrii aerului.

n punctul 2 ncepe arderea rapid a combustibilului, ceea ce produce creterea rapid n cilindru a temperaturii i presiunii. Creterea presiunii este reprezentat prin poriunea de curb cuprins ntre punctele 2 i 3. Cu ct durata ntrzierii la aprindere ( distana ntre punctele 1 i 2) este mai mare, cu att cantitatea de combustibil introdus n cilindru pn la momentul aprinderii este mai mare. Ca urmare, arderea este puternic i avnd caracter de de explozie, funcionarea motorului este dur, cu bti. Cnd durata ntrzierii la aprindere este mic, la nceputul arderii se va gsi n cilindru o cantitate mai mic de combustibil i ca urmare, creterea presiunii n timpul arderii nu este att de bun i deci motorul funcioneaz fr bti, lin.

n punctul 3 ncepe faza arderii latente, la o presiune aproximativ constant, pn n punctul 4, cnd ncepe injecia, apoi presiunea scade ca urmare a deplasrii pistonului ctre P.M.E.

Creterea perioadei de ntrziere la aprindere i deci i funcionarea necorespunztoare a motorului este favorizat de muli factori i anume: folosirea unui combustibil necorespunztor; nerealizarea presiunii i temperaturii necesare pentru a injecta combustibilul (compresie insuficient); pulverizarea insuficient de fin a combustibilului, datorit presiunii de injecie necorespunztoare; factori de care trebuie s se in seama n exploatarea automobilelor DIESEL.

Fig 1.2. Diagrama variiei presiunii n cilindrul unui motor DISEL n timpul arderii. 1 nceputul injeciei; 2 nceputul arderii rapide;

3 nceputul arderii lente;4 sfritul injeciei.

PROCEDEUL DE ARDERE MAN

La motoarele SAVIEM 795-05 i MAN D2156 HMN se aplic procedeul de ardere MAN, denumit HM, prin care se realizeaz un amestec corespunztor i o aredere fr creteri foarte mari de presiune i vibraii. Motoarele prezint un mers fr bti, la orice sarcin i pot folosi cu maxim economicitate, orice combustibil avnd punctul de fierbere ntre 40 i 400C.

Procedeul de ardere MAV const n:

Fig. 1.3.a. La cursa de admisie, n cilindru intr un curent de aer rotitor (turbionar); pentru aceasta canalul de admisie este prelucrat n form de spiral.

Fig. 1.3.b. Prin injecie, combustibilul este proiectat pe peretele cald al camerei sferice de ardere din capul pistonului, ctre sfritul cursei de compresie; n felul acesta se formeaz o pelicul subire de combustibil, care se nclzete treptat, se vaporizeaz i se unete cu vrtejul de aer. Pentru realizarea peliculei de combustibil gura de ardere din pistonul 1 are o degajare n partea dinspre care se efectueaz injecia. Jetul de combustibil izbindu-se n unghi ascuit de peretele camerei de ardere creaz pelicula de combustibil. Apoi ncepe arderea.

Fig. 1.3.c. Arderea se caracterizeaz printr-o vitez redus de cretere a presiunii prin mare independen a motorului fa de calitatea combustibilului i prin reducerea substanial a fumului din gazele de evacuare. Desfurarea mai complex a arderii permite o reducere a consumului specific de combustibil cu 1520 %.

Vrtejul incandescent care se rotete n camera de ardere evacueaz combustibilul n straturi de pe perete, nlesnind o ardere complet.

Fig. 1.3. Formarea i arderea amestecului combustibil la procedeul MAV. a) admisia aerului; b) compresia aerului i injecia combustibilului; c) arderea;

1 piston cu camer sferic de ardere; 2 injector cu un singur orificiu.

1.2. DATE INIIALE PENTRU CALCULUL TERMIC

Pentru calculul termic al motorului se vor folosi urmtoarele date:

- motor cu aprindere prin compresie, nesupraalimentat;

- raportul de comprimare; = 17

- coeficientul excesului de aer; = 1,5

- D alezajul cilindrului; D = 121 [mm]

- S cursa pistonului; S = 150 [mm]

- 1 avansul la injecie; 1 = 23 [RAC]

- a.d.a. avansul la deschiderea supapei de admisie; a.d.a. = 11 [RAC]

- ..a. ntrzierea la nchidere a supapei de admisie; ..a. = 41 [RAC]

- a.d.e. avansul la deschiderea supapei de evacuare; a.d.e. = 5 [RAC]

- ..e. - ntrzierea la nchidere a supapei de evacuare; ..e. = 5 [RAC]

- P0 presiunea mediului ambiant; P0 = 1 [bar]

- T0 - temperatura mediului ambiant; T0 = 298[k]

- raportul dintre raza manivelei i lungimea bielei; = 0,277

1.3. SCHIMBUL DE GAZE

Se vor calcula urmtoarele mrimi:

- Pr presiunea gazelor reziduale; Pr = (1,051,15)P0; adopt Pr = 1,07 [bar]

- Tr temperatura gazelor reziduale; Tr=(700800)[ k]; adopt Tr = 790[ k]

- t creterea de temperatur a fluidului proaspt; t = 1040[ k]; adopt t = 20[ k]

- masa specific a aerului la intrarea n colectorul de admisie

a cderea de presiune, datorat pierderilor gazodinamice pe traseul aspiraiei;

unde:

coeficientul global de rezisten la curgere prin traseul admisiei; = 2,54; adopt = 3

Ws viteza medie de curgere din supapa de admisie; Ws = 80100 [m/sec]; adopt Ws = 100[m/sec]

- Pa presiunea la sfritul admisiei; Pa = P0- a

Pa = 1-0,175 Pa = 0,825[bar]

- r coeficientul gazelor reziduale;

unde:

2 coeficientul care ine cont de influiena ineriei asupra coloanei de fluid 2 = 1,11,17; adopt 2 = 1,17

- Ta temperatura la sfritul cursei de admisie

v randamentul umplerii:

pu = 0,12

Randamentul umplerii trebuie s se ncadreze ntre limitele:

v = 0,80,9

1.4. COMPRIMAREA

Calculul procesului de comprimare are drept scop determinarea presiunii i a temperaturii n cilindru, la sfritul cursei de comprimare.

Valorile acestor parametri depind de relaia urmtoare:

Se consider c valorile presiuniui i temperaturii la comprimare sunt corecte, atunci cnd cei doi membri ai relaiei de mai sus sunt ct mai apropiai valoric, unul fa de cellalt.

n relaia anterioar apar urmtorii parametri:

mc exponentul politropic mediu al procesului de comprimare = 1,311,37; adopt mc = 1,33

Pc presiunea n cilindru la sfritul cursei de comprimare

Tc temperatura n cilindru la sfritul cursei de comprimare

- Tmedc temperatura medie

- Kc exponentul adiabatic al fluidului de lucru, supus comprimrii

- Qp cldura schimbat cu pereii; Q = 0,22( Qiunde:

- Qi puterea caloric = 41850 [kj/kg]

Qp = 0,0241850Qp = 837 [kj/kg]

- a.i. cantitatea de kilomi de amestec iniial (aer + combustibil + gaze arse)

a.i.= i.(1+ r); cu i. = Lmin = 1,50,4966 i = 0,7449 [kmol/kg motorin]

a.i. = 0,7449(1+0,028) a.i .= 0,705 [kmol/kg motorin]

Se verific egalitatea celor 2 membri ai ecuaiei:

1.5. ARDEREA

Calculul procesului de ardere are drept scop pentru determinarea presiunii i temperaturii la sfritul fazei principale a arderii.

Se calculeaz:

- c coeficientul variaiei molare

EMBED Equation.3 unde:

= 1,5; Lmin = 0,4966 [kmol/kg motorin];

h = 0,133 [kj/kg];

o = 0,010 [kj/kg];

c = 0,857 [kj/kg]

- coeficientul variaiei molare, innd cont de gazele reziduale

- mc.v.a. cldura specific molar a fluidului motor

- mc.v.g. cldura specific molar medie a gazelor de ardere

mc.v.g.=c+Dtzunde:

cu:

Deci:

Se va rezolva ecuaia:

unde:

cu:

z coeficientul de utilizare a cldurii n procesul arderii

z = 1,70,95; adopt z = 0,95

z raportul de cretere a presiunii n procesul arderii;

z = 1,72,6; adopt z = 2,6

Temperatura la sfritul arderii:

Presiunea maxim la sfritul arderii:

- z gradul de destindere prealabil

- Vz volumul corespunztor presiunii maxime

1.6. DESTINDEREA

Se calculeaz presiunea i temperatura la sfritul cursei de destindere.

Pentru corectitudinea calculelor este necesar ca cei 2 membri ai relaiei urmtoare s fie ct mai apropiai valoric unul fa de cellalt:

unde:

- md exponentul politropic mediu al procesului de destindere;

md = 1,281,37; adopt md = 1,34

- pd presiunea la sfritul cursei de destindere;

- Td temperatura la sfritul cursei de destindere;

- Tmedd temperatura medie;

- Kd exponentul adiabatic al fluidului de lucru, care se destinde n cilindri;

Verificarea corectitudinii calcului:

unde:

1.7. VERIFICARE

Tr temperatura gazelor reziduale;

Condiie: Tr calculat s nu difere cu mai mult de 1 % fa de Tr adoptat iniial la schimbul de gaze:

1.8. TRASAREA DIAGRAMEI INDICATE

Se calculeaz:

VC volumul camerei de ardere;

VS - cilindreea unitar:

Va volumul n P.M.E.:

Pxc presiunea corespunztoare fazei de comprimare;

( = 180360)

unde:

Pa = 0,825 [bar]; mc = 1,33; Va = 1,82 [dm3]

- Pxd presiunea corespunztoare fazei de destindere (=360540)

unde:

md=1,34; Va=1,82 [dm3]; Pd=2,79 [bar]

Vx - volumul:

unde:

= 0,277 i r = 0,75 [dm]

- PZreal presiunea maxim real

- Pi puterea indicat:

unde:

- reprezint presiunea medie iniial care este calculat ca fiind nlimea dreptunghiului aproximat de lungime VS i de arie egal cu bucla pozitiv a diagramei indicate.

Se mai cunosc:

- Mi momentul indicat:

- i randamentul indicat: ,

unde:

- Hi puterea caloric inferioar a combustibilului pentru motorin:

cu:

Deci

[RAC]Vx [dm3]Px [bar]

1801,820,825

1901,8080,8316

2001,7580,8637

2101,6790,918

2201,5731,0016

2301,4461,120

2401,3041,285

2501,1511,517

2600,9961,838

2700,8422,268

2800,6962,961

2900,5613,945

3000,4415,428

3100,3377,771

3200,25211,441

3300,18517,258

3400,13825,485

3500,10934,87

3600,1039,11

3800,13888,44

3900,18559,7

4000,25239,46

4100,33726,73

4200,44118,64

4300,56213,47

4400,69610,11

4500,8437,82

4601,9966,25

4701,1525,15

4801,3044,36

4901,4463,79

5001,5733,22

5101,6793,108

5201,7582,922

5301,8082,814

5401,822,79

CAPITOLUL II

CALCULUL DINAMIC AL AUTOCAMIONULUI

ROMAN R10215

Calculul dinamic autocamionului ROMAN R 10215 se va efectua, pornindu-se de la urmtoarele date iniiale:

puterea maxim i turaia corespunztoare puterii maxime:

Pmax = 192 [cp]

np = 2100 [rpm]

greutatea proprie: Go = 7000 [kgf]

greutatea util: Gu = 9000 [kgf]

ecartamentul: E= 2154 [mm]

ampatamentul: L = 4500 [mm]

lungimea total: Lt = 8470 [mm]

limea: B = 2490 [mm]

nlimea: H = 2920 [mm]

coeficientul aerodinamic: K = 0,031

panta maxim: max = 11 []

viteza maxim: Vmax = 88 [km/h]

tipul pneurilor: 11,00R20

numrul de locuri: 3

2.1. DETERMINAREA GREUTII TOTALE A AUTOVEHICOLULUI (GA) I REPARTIZAREA GREUTII PE PUNI (G1,G2)

a) Greutatea autovehicolului reprezint suma greutilor tuturor mecanismelor i agregatelor din construcia lui, la care se adaog i greutatea ncrcrii, mpreun cu greutatea pasagerilor. n mod concret, greutatea autovehicolului (Ga) este dat de formula:

unde:

Go greutatea proprie = 7000 [kgf]

Gu greutatea util = 9000 [kgf]

n numrul de persoane n cabin = 3

b) Greutatea total a autovehicolului (Ga) este aplicat n centrul de mas al autovehicolului. Aceast greutate se repartizeaz pe puntea din fa (G1) i pe puntea din spate (G2). innd seama de repartiia greutii autovehicolului pe cele dou puni, se va scrie:

unde:

- G1 =(0,250,45)Ga

- G2 =(0,550,75)Ga

Adopt:

2.2. DETERMINAREA PUTERII LA VITEZ MAXIM A MOTORULUI (PVMAX)

Puterea la vitez maxim se va obine pe o cale de rulare orizontal ( = 0), pe care, rezistena la naintare datorat drumului este caracterizat numai de coeficientul de rezisten la rulare (f), la care se va aduga i rezistena datorat aerului.

La vitez maxim, puterea se calculeaz cu relaia:

unde:

Ga greutatea total a autovehicolului; Ga = 18207 [kgf]

K coeficientul aerodinamic; K = 0,031

f coeficientul de rezisten la rulare; f = 0,022

A aria transversal maxim a autovehicolului; A = EH

CE ecartamentul = 2,154 [m]; H nlimea = 2,920 [m]

V viteza maxim prescris ca performan; Vmax = 88 [km/h]

- randamentul transmisiei; = 0,92

Se calculeaz puterea real necesar, ca fiind:

2.3. TRASAREA CARACTERISTICII EXTERNE A MOTORULUI

Caracteristica extern a motorului cuprinde curbele de variaie a puterii efective (P) i a momentului motor (M), la plin admisie, n funcie de turaia (n) a arborelui cotit al motorului. Tot pe aceast caracteristic sunt indicate i punctele particulare, cu ajutorul crora se avideniaz parametrii cei mai importani ai caracteristicii i ai motorului, i anume:

punctul corespunztor turaiei minime stabile (nmin), la care motorul are o funcionare stabil, la plin admisie, dezvoltnd puterea Po i momentul Mo;

punctul corespunztor momentului maxim (Mmax), care are loc la turaia nm i puterea motorului Pm;

punctul corespunztor puterii maxime (Pmax), care are loc la turaiea np i momentul motor Mp;

punctul corespunztor turaiei maxime (nmax);depirea acestei turaii este periculoas din punct de vedere al soclicitrilor mecanice i al uzurii motorului, fr s se obin nici un avantaj n privina puterii i a economicitii.

Motoarele cu aprindere prin compresie sunt ntotdeauna prevzute cu regulator limitator de turaie, iar turaia maxim de funcionare este aleas mai redus dect turaia corespunztoare puterii maxime posibile pe care ar putea s o dezvolte motorul. n felul acesta se limiteaz solicitrile mecanice i termice, care sunt mai mari la M.A.C.-uri dect la M.A.S.-uri.

a) Calculul puterii efective

unde:

Pmax putere maxim a motorului; Pmax=192 [c.p.]

np turaia corespunztoare puterii maxime; np=2100 [rpm]

n o turaie oarecare;

a1, a2, a3, - coeficieni de calcul (pentru M.A.C.- uri: a1=0,5, a2=1,5, a3=1).

Calculul se face ncepnd cu turaia minim stabil:

nmin=0,2np+(100200 [r.p.m.])

nmin=0,22100+180=420+180 nmin=600 [r.p.m.]

Se vor lua valori pentru turaia n, cu pasul de 100 [r.p.m.]

n [rpm]P [cp]

60046,46

70056,86

80067,75

90078,92

100090,28

1100101,71

1200113,07

1300124,24

1400135,11

1500145,53

1600155,4

1700164,59

1800172,96

1900180,41

2000186,79

2100192

b) Calculul momentului efectiv:

[daNm]n [rpm]M [daNm]

60055,45

70058,17

80060,65

90062,80

100064,65

110066,22

120067,42

130068,44

140069,11

150069,48

160069,42

170069,34

180068,81

190068,00

200066,88

210065,48

Mmax=69,48 [daNm]; nM=1500 [r.p.m.]

2.4. DETERMINAREA RAZEI DE RULARE (rr) I A RAPORTULUI DE TRANSMITERE AL TRANSMISIEI PRINCIPALE (iO)

a) Determinarea razei de rulare rr

unde:

=0,945(pentru pneuri de nalt presiune);

r0=0,540 raza liber a pneului;

rr=0,9450,540 rr=0,510 [m]

b) Determinarea raportului de transmitere al transmisiei principale i0Se face pentru raportul de transmitere din cutia de viteze corespunztor prizei directe ic.v= 1, la care s se obin viteza maxim a autovehicolului.

Turaia arborelui motor la vitez maxim (nVmax), se determin n funcie de turaia arborelui motor la putere maxim (np):

nVmax=(1,051,25)np

Adopt: nVmax=1,05np=1,052100 nVmax=2205 [r.p.m.]

2.5. DETERMINAREA RAPORTULUI DE TRANSMITERE AL PRIMEI TREPTE DIN CUTIA DE VITEZE (iKI)

Determinarea raportului de transmitere a schimbtorului de viteze n treapta I se face punnd condiia ca automobilul s urce panta maxim dmax, impus ca performan n tema de proiectare.

n cazul n care autovehicolul urc panta maxim, rezistenele care se opun nintrii vor fi numai rezistena la rulare (Rr) i rezistena datorat pantei (Rp). Din cauza vitezei reduse cu care se urc panta maxim, rezistena aerului se neglijeaz. n acest situaie, rezistenele la naintare pe panta maxim vor fi:

Se noteaz:

Rezult:

La urcarea pantei maxime, fora de traciune va trebui s aib i ia valoarea maxim. Aceasta nseamn c motorul va trebui s funcioneze i ia la valoarea maxim. Aceasta nseamn c motorul va trebui s funcioneze la turaia nM, corespunztoare momentului motor maxim Mmax, iar viteza de urcare a pantei maxime va fi viteza critic n treapta I (VcrI).

unde:

PM puterea corespunztoare momentului maxim PM=145,53 [c.p.]

EMBED Equation.3 Verificarea raportului de transmitere al primei trepte din condiia limitrii dat de aderen:

unde:

Gi greutatea ce revine punii motoare, n condiia deplasrii pe pant

Puntea motoare este puntea spate:

coeficient de aderen; =0,6

L ampatamentul; L=4500 [mm]

Rezult c:

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3 2.6. DETERMINAREA NUMRULUI TREPTELOR DIN CUTIA DE VITEZE

Numrul de trepte al cutiei de viteze se determin din condiia ca funcionarea motorului pe caracteristica exterioar s aib loc ntre turaiile nM i nVmax.

unde:

iKi= 6,34;

nVmax= 2205 [r.p.m.];

nM=1500 [r.p.m.]

EMBED Equation.3 S-a rotunjit prin adaos pn la primul numr ntreg.

2.7. DETERMINAREA CELORLALTE RAPOARTE DE TRANSMITERE

unde:

K numrul total de trepte; K=6;

i trepte pentru care se determin raportul (i=26)

treapta a-II-a:

treapta a-III-a:

EMBED Equation.3 treapta a-IV-a:

treapta a-V-a:

treapta a-VI-a:

2.8. DETERMINAREA VITEZELOR MAXIME DE DEPLASARE N FIECARE TREAPT A CUTIEI DE VITEZE, LA DEPLASARE PE DRUMUL ORIZONTAL

Raia raportului de transmitere din cutia de viteze:

Viteza maxim pentru fiecare treapt de viteze:

unde:

q raia = 1,47;

k numrul total de trepte = 6;

i treapta pentru care se determin viteza maxim

2.9. TRASAREA DIAGRAMEI FERSTRU

Trasarea diagramei FERSTRU sau a graficului schimbtorului de viteze reprezint variaia vitezelor n funcie de turaia arborelui cotit, pentru fiecare din treptele schimbtorului de viteze.

Diagrama FERSTRU se traseaz n ipoteza c schimbarea treptelor de viteze nu se face instantaneu i deci exist pierderi de vitez n timpul trecerii dintr-o treapt n treapt imediat superioar.

Va exista o relaie de forma:

;

EMBED Equation.3 ; ; ;

rr=0,51 [m]

io=4,81; iKI=6,34; iKII=4,38; iKIII=3,02; iKIV=2,09; iKV=1,44; iKVI=1

Calculele se fac pentru turaii pornind de la nM i sfrind la nVmax (15002205 [r.p.m.]).

n [rpm]15001600170018001900200021002205

Treapta I

V [km/h]9,4510,0810,7111,3411,9712,6113,2313,90

Treapta a-II-a

V [km/h]13,6814,615,5116,4217,3318,2519,1620,12

Treapta a-III-a

V [km/h]19,8521,1722,5023,8225,1426,4727,7929,18

Treapta a-IV-a

V [km/h]28,6830,6032,5134,4236,3338,2540,1642,17

Treapta a-V-a

V [km/h]41,6344,4147,1849,9652,7455,5158,2961,20

Treapta a-VI-a

V [km/h]59,9563,9567,9571,9475,9479,9483,9488,13

2.10. TRASAREA CARACTERISTICII DE TRACIUNE A AUTOVEHICOLULUIAceast caracteristic se mai numete i caracteristica forei la roile motoare i reprezint graficul de variaie a forelor la roat n funcie de viteza autovehicolului (FR = f(v)), pentru treptele cutiei de viteze. Pentru a putea analiza posibilitile autovehicolului la micare n diferite condiii, pe caracteristica de traciune se reprezint grafic i variaia forelor de rezisten pentru cazurile concrete de micare. O astfel de reprezentare grafic permite studierea performanelor autovehicolului npreun cu posibilitile acestuia de trecere de la o treapt la alt treapt de vitez.

Curbele de variaie ale forei la roile motoare au o form parabolic, deoarece aceast for se reprezint grafic pe baza relaiilor cu care se construiete caracteristica exterioar a motorului autovehicolului, respectiv curbele Me=f() i Pe=f().

Fora la roat poate fi calculat n funcie de momentul motor Me sau n funcie de puterea efectiv Pe.

n funcie de momentul motor Me, fora la roat este:

unde:

Me momentul motor calculat anterior, pentru caracteristica extern,

io raportul de transmitere al transmnisiei principale; io=4,81,

iKI raporturile de transmitere ale treptelor din cutia de viteze:

iKI=6,34; iKII=4,38; iKIII=3,02; iKIV=2,09; iKV=1,44; iKVI=1,

tr randamentul transmisiei; tr=0,92,

rr raza de rulare a roii; rr=0,51 [m].

Pentru calcularea vitezei se folosete formula:

cu turaia n variind ntre turaia nM i turaia nVmax (15002205).

Pentru ultima treapt a cutiei de viteze se traseaz i curba forelor rezistente pentru deplasarea pe drum orizontal.

n [rpm]15001600170018001900200021002205

Treapta I

V

[km/h]9,4510,0810,7111,3411,9712,6113,2313,90

Fr [kgF]3822,183818,883814,483785,323740,763679,153602,143277

Treapta a-II-aV

[km/h]13,6814,615,5116,4217,3318,2519,1620,12

Fr [kgF]2640,562638,282635,242615,102584,31254,752488,342263,5

Treapta a-III-aV

[km/h]19,8521,1722,5023,8225,1426,4727,7929,18

Fr [kgF]1820,661819,0918171803,101781,781725,531715,841560,71

Treapta a-IV-aV

[km/h]28,6830,6032,5134,4236,3338,2540,1642,17

Fr [kgF]12601258,91257,41247,81233,151212,841187,451080,09

Treapta a-V-aV

[km/h]41,6344,4147,1849,9652,7455,5158,2961,20

Fr [kgF]868,13867,38866,38859,75849,73835,64818,15744,18

Treapta a-VI-aV [km/h]59,9563,9567,9571,9475,9479,9483,9488,13

Fr [kgF]602,86602,34601,65597,05590,02580,30568,16516,79

Calculul forelor rezistente, pentru ultima treapt a cutiei de viteze:

Se consider deplasarea pe drum drept (=0)

rezistena la rulare: Rr=fGacos Rr= fGa f = 0,22

Ga = 18207 [kgF] Rr = 0,2218207 Rr = 400,54 [kgF]

rezistena la rulare cumulat cu rezistena aerului:

2.11. TRASAREA CARACTERISTICII DINAMICE

Caractzeristica dinamic a autovehicolului reprezint graficul ce conine variaia factorului dinamic, n funcie de viteza acestuia pentru toate treptele de viteze.

Factorul dinamic (D) exprim raportul dintre fora excendentar (fe), de care dispune autovehicolul i greutatea acestuia Ga.

Fora excedentar Fe este dat de relaia:

deci:

Deplasarea autovehicolului este posibil dac se ndeplinete condiia:

R FR Fad

unde:

R reprezint suma rezistenelor la naintare a autovehicolului;

FR reprezint fora la roile motoare ale autovehicolului;

Fad = Gad reprezint fora maxim de aderen a autovehicolului i calea de rulare;

Gad reprezint greutatea de aderen a autovehicolului respectiv reaciunea normal la puntea motoare a acestuia.

nlocuind n formula anterioar a factorului dinamic, se obine factorul dinamic limitat de aderen (D):

unde: Gad greutatea punii motoare (spate); Gad=10924,2 [kgF].

Pentru fiecare treapt se va determina factorul dinamic maxim (Dmax):

unde:

Pmax puterea maxim

EMBED Equation.3 a) Determinarea curbelor D = f(v)

n [rpm]15001600170018001900200021002205

Treapta IFr [kgF]3822,183818,883814,483785,323740,763679,153602,143277

V [km/h]9,4510,0810,7111,3411,9712,6113,2313,90

D0,20990,20970,20940,20780,20540,20200,19770,1799

Treapta

a-II-aFr [kgF]2640,562638,282635,242615,102584,312541,752488,342263,15

V [km/h]13,6814,615,5116,4217,3318,2519,1620,12

D0,14490,14480,14460,14350,14180,13950,13650,1241

Treapta

a-III-aFr [kgF]1820,661819,091817,601803,101781,781725,531715,841560,71

V [km/h]19,8521,1722,523,8225,1426,4727,7929,18

D0,09980,09970,09960,09880,09760,09600,09400,0854

Treapta

a-IV-aFr [kgF]12601258,91257,41247,81233,151212,841187,451080,09

V [km/h]28,6830,632,5134,4236,3338,2540,1642,17

D0,06910,06880,06870,06810,06730,06620,06470,0588

Treapta

a-V-aFr [kgF]]868,13867,38866,38859,75849,73835,74818,19744,18

V [km/h]41,6344,4147,1849,9652,7455,5158,2961,2

D0,04720,04700,04690,04650,04580,04500,04390,0398

Treapta

a-VI-aFr [kgF]]602,86602,34601,65597,05590,02580,3568,16516,79

V [km/h]59,9563,9567,9571,9475,9479,9483,9488,13

D0,03210,03190,03170,03130,03070,03000,02920,0262

La calculul factorului dinamic (D) s-au mai folosit:

iKI= 6,34; iKII= 4,38; iKIII= 3,02; iKIV= 2,09; iKV= 1,44; iKVI= 1

A = 2,154 [m2]

Ga= 18207 [kgF]

K = 0,031

b) Determinarea curbelor D= f(v)Se calculeaz pentru: =0,4; =0,3; =0,2; =0,1; =0,05

=0,4 Gad=0,410924,2=4369,68 [KgF]

=0,3 Gad=0,310924,2=3277,26 [KgF]

=0,2 Gad=0,210924,2=2184,84 [KgF]

=0,1 Gad=0,110924,2=1092,42 [KgF]

=0,05 Gad=0,0510924,2=546,21 [KgF]

K=0,031

A=2,154 [m2]

V [km/h]D(=0,4)D(=0,3)D(=0,2)D(=0,1)D(=0,05)

9,450,2399740,1799740,11997530,0599780,029974

13,680,2399470,1799470,11994720,0599510,029947

19,850,2398880,1798880,1198880,059890,029988

28,680,2397670,1797670,1197670,059770,029976

41,630,2395110,1795110,1195110,0595140,029951

59,950,2389860,1789860,1189860,0591200,029898

88,130,2378080,1778080,1178080,0578120,029780

c) Calculul pantei maxime care poate fi nvins pentru fiecare treapt de vitez

Pmax=(Dmax-f)100 [%]; cu f=0,031

TreaptaDmaxPmax [%]

I0,209917,89

II0,144911,39

III0,09986,88

IV0,069193,819

V0,04721,62

VI0,03210,11

Reprezentnd grafic att factorul dinamic DK, ct i factorul dinamic D, n funcie de vitez, se obine diagrama limitelor de utilizare a autovehicolului la treptele de viteze i pentru diferitele valori ale coeficientului de aderen.

Folosind diagrama limitelor de utilizare a autovehicolului, rezult c pentru treptele cutiei de viteze la care valorile factorului dinamic DK sunt mai mari dect factorul dinamic D, autovehicolele nu pot fi folosite deoarece la aceste trepte roile motoare patineaz.

Dac se ridic perpendiculara pe axa absciselor pn la factorul dinamic D, se poate determina coeficientul rezistenei totale a drumului.

2.12. TRASAREA CURBELOR ACCELERAIEI AUTOVEHICOLULUI LA DEMARAJ

Acceleraia caracterizeaz calitile dinamice pentru condiii identice, mrimea acesteia influiennd direct proporional valoarea vitezei medii de deplasare a autovehivolului. Valoarea acceleraiei autovehicolului (a) se determin plecnd de la expresia de calcul a factorului dinamic:

unde:

D factorul dinamic pentru fiecare treapt de vitez calculat anterior;

coeficientul rezistenei specifice a drumului;

g acceleraia gravitaional; g=98 [m/s2];

coeficientul de infuien al maselor aflate n micare de rotaie = 1+a1+a2iKi2;

iKI=6,34; iKII=4,38; iKIII=3,02; iKIV=2,09; iKV=1,44; iKVI=1

a1 coeficientul de influien al roilor: a1=0,030,05. Adopt a1=0,04

a2 coeficientul de influien al motorului: a2=0,040,05.Adopt a2 = 0,045

Rezult:

I = 1+0,04+0,0456,342 I=2,848

II = 1+0,04+0,0454,382 II=1,903

III = 1+0,04+0,0453,022 III=1,450

IV = 1+0,04+0,0452,052 IV=1,236

V = 1+0,04+0,0451,442 V=1,13

VI = 1+0,04+0,04512 VI=1,085

n [rpm]15001600170018001900200021002205

Treapta I

0,01252330,01252740,01253190,01253680,01254210,01254790,01255410,0125612

D0,20990,20970,20940,20780,20540,20200,19770,1799

a [m/s2]0,67980,67910,67810,67250,66430,65250,63770,5764

Treapta a-II-a0,01255880,01256920,1258050,01259280,01260620,01262090,01263650,0126543

D0,14490,14480,14460,14350,14180,13950,13650,1241

a [m/s2]0,68220,68160,68050,67480,66590,65390,63850,5745

Treapta a-III-a0,012640,01267520,01270410,01273530,01276930,01280640,1284600,0128909

D0,09980,09970,09960,09880,09760,09600,09400,0854

a [m/s2]0,58960,58870,58780,58220,57390,56280,54900,4905

Treapta a-IV-a0,01287440,01294020,01301220,01309080,01317620,01326910,01336870,0134815

D0,069190,06880,06870,06810,06730,06620,06470,0588

a [m/s2]0,44690,44330,44190,43660,42950,42010,40740,3596

Treapta a-V-a0,01345040,01361710,01379960,01399950,01421690,01445140,01470490,0149905

D0,04720,04700,04690,04650,04580,04500,04390,0398

a [m/s2]0,29290,28980,28730,28210,27410,26520,25340,2153

Treapta a-VI-a0,01486530,01527980,01573510,01623110,01677160,01733650,01798700,0186976

D0,03210,03190,03170,03130,03070,03000,02920,0262

a [m/s2]0,15580,15020,14430,13620,12590,11440,10130,0678

Se observ c la treapta I a cutiei de viteze, curba acceleraiei este situat mai jos dect cea corespunztoare treptei a-II-a a cutiei de viteze. Acest fapt se explic prin aceea c la prima treapt de vitez o influien mare o are ineria volantului. La antrenarea volantului se pierde o parte din acceleraie. La treptele urmtoare influiena volantului asupra autovehicolului se micoreaz.

Trasarea curbelor inversului acceleraiei n funcie de vitez 1/a=F(v)

Acestea permit determinarea vitezelor la care trebuie s aib loc schimbarea treptelor corespunztoare punctelor de intersecie ale curbelor.

n [rpm]15001600170018001900200021002205

Treapta Ia [m/s2]0,67980,67910,67810,67250,66430,65250,63770,5764

1,47101,47251,47471,48691,50531,53251,56811,7349

Treapta

a-II-aa [m/s2]0,688220,68160,68050,67480,66590,65390,63850,5745

1,46581,46711,46951,48181,50171,52981,56611,7406

Treapta

a-III-aa [m/s2]0,58960,58870,58780,58220,57390,56280,54900,49905

1,69601,6981,70121,71761,74241,77681,82142,0387

Treapta

a-IV-aa [m/s2]0,44690,44330,44190,43660,42950,42010,40740,3596

2,23762,25582,26292,29042,32822,388032,45452,7808

Treapta

a-V-aa [m/s2]0,29260,28980,28730,28210,27410,26520,25340,2153

3,41763,45063,48063,54483,64833,77073,94634,6446

Treapta

a-VI-aa [m/s2]0,15580,15020,14430,13620,12590,11440,10130,0678

6,4186,65776,93007,34217,94288,74129,871614,7492

2.13. CALCULUL TIMPULUI I SPAIULUI DE DEMARAJ

Se va calcula timpul (n secunde) i spaiul pentru care autovehicolul ajunge de la viteza nul la viteza maxim. Se consider ca fiind instantanee schimbarea treptelor de viteze (Vnmin=Vn-1max)

; i

EMBED Equation.3

i

Treapta I

V [km/h]a [m/s2]a1/amed

TT [s]VVmedSS [m]

9,45-0,6798--------

10,080,630,67911,35891,47140,25750,257519,539,7650,69840,6989

10,710,630,67811,35721,47360,25780,515320,7910,3950,74431,4427

11,340,630,67251,35061,48080,25910,774422,0511,0250,79352,2362

11,970,630,66431,33681,49610,26181,036223,3111,6530,84743,0836

12,610,640,65251,31681,51880,27001,306224,5812,290,92174,0053

13,230,620,63771,29021,55010,26691,573125,8412,920,97084,9761

13,90,670,57641,21411,64730,30651,879627,1313,5651,15496,131

V [km/h]Va [m/s2]a1/amed

TT [s]VVmedSS [m]

13,90,670,57641,15281,73490,38742,26727,813,91,49577,6285

14,60,70,68161,2581,58980,37092,637928,514,251,46819,0966

15,510,910,68051,36211,46830,37113,00930,1115,0551,551910,6482

16,420,910,67481,35531,47560,37303,38231,9315,9651,654112,3026

17,330,910,66591,34071,49170,37703,75933,7516,8751,767114,0697

18,250,920,65391,31981,51530,38724,146235,5817,791,913415,9831

19,160,910,63851,29241,54780,39124,537437,4118,7052,033618,0167

20,120,960,57451,2151,64600,43894,976339,2819,642,394420,411

Treapta a-II-a

Treapta a-III-a

Treapta a-IV-a

V [km/h]Va [m/s2]a1/amed

TT [s]VVmedSS [m]

20,120,960,57451,1491,74060,46415,440440,2420,122,593823,0049

21,171,050,58871,16321,71930,50145,941841,2920,6452,875325,8802

22,51,330,58781,17651,69990,62806,569843,6721,8354,124930,0051

23,821,320,58221,17001,70940,62677,196546,3223,164,031734,0368

25,141,320,57391,15611,72990,63427,830748,9624,484,312538,3493

26,471,330,56281,13671,75940,65008,480751,6125,8654,670043,0193

27,791,320,54901,11181,78890,65599,136654,2627,134,942947,9622

29,181,390,49051,03951,92400,74289,879456,9728,4855,877453,8369

Treapta a-V-a

V [km/h]Va [m/s2]a1/amed

TT [s]VVmedSS [m]

42,172,010,35960,71322,78081,552620,688884,3442,1718,1869162,8753

44,412,240,28980,44943,07971,916222,60586,5843,2924,1068186,9821

47,182,770,28730,57713,46562,666525,271591,5945,79533,9201220,9022

49,962,780,28210,56943,51242,712327,983897,1448,5736,5934257,4946

52,742,780,27410,55623,59582,776730,7605102,751,3539,6065297,1021

55,712,970,26520,53933,70853,059533,82107,9853,9945,8840342,9861

57,291,750,25340,51863,85651,874635,6946112,856,429,3374372,3235

61,203,910,21530,46874,26714,634540,3291118,4959,24576,2697448,5932

V [km/h]Va [m/s2]a1/amed

TT [s]VVmedSS [m]

29,181,390,49050,9812,03870,787110,666558,3629,186,379860,2194

30,061,420,44330,93382,14170,844711,511259,7829,897,013367,2327

32,511,910,44190,88522,25931,198612,709863,1131,55510,506077,7387

34,421,910,43660,87852,27661,207813,917666,9333,46511,227588,9662

36,331,910,42950,86612,30921,225115,412770,7435,3712,0366101,0028

38,251,920,42010,84962,35401,255416,398174,5837,2913,0032114,006

40,161,910,40740,82752,41691,282317,680478,4139,40514,0358128,0418

42,172,010,35960,7672,60751,455819,136282,3341,16516,6466144,6884

Treapta a-VI-a

V [km/h]Va [m/s2]a1/amed

TT [s]VVmedSS [m]

61,203,910,21530,43064,64465,044545,3736122,461,285,7565534,3497

63,952,750,15020,36555,47194,178049,5516125,1562,57572,6217606,9714

67,954,000,14430,29456,79117,545657,0972131,965,95138,2312745,2026

71,943,990,13620,28057,13017,902564,9997139,8969,945153,5389898,7415

75,9440,12590,26217,63068,478473,4781147,8873,94174,13691072,28784

79,9440,11440,24038,32299,247682,7257155,8877,94200,211273,0884

83,9440,10130,21579,272110,302393,028163,8881,94234,491507,57

88,134,190,06780,169111,827313,7656106,7936172,0786,035328,9781836,5564

Coloanele tabeleleor exprim urmtoarele:

- V viteza de la 0 la Vmax

- V cu V=Vlinia 2-Vlinia 1 .a.m.d.

- a acceleraia determinatp anterior

- a linia 1: a=alinia1+alinia2 linia 2: a=alinia2+alinia3

-

-

- T timpul de demaraj:

- linia 2: T=T linia 2- linia 3: T=T linia 3+ T linia 3- linia 4: T=T linia 2+ T linia 3+ T linia 4- V:

- linia 2: V=Vlinia 1+Vlinia 2

- linia 3: V=Vlinia 2+Vlinia 3 - Vme= V/2

- - S spaiul de demaraj:

- linia 2: S=Slinie 2=Slinie 2- linia 3: S=Slinie 3=Slinie 2+ + Slinie 3- linia 4: S=Slinie 4=Slinie 2+ Slinie 3++ Slinie 4.a.m.d.

CAPITOLUL III

CONSTRUCIA I CALCULUL AMBREIAJULUI AUTOCAMIONULUI ROMAN R10215

Calculul ambreiajului autocamionului ROMAN R 10215 se va desfura n urmtoarele ipoteze:

- ambreiaj cu un disc de friciune i arcuri dispuse periferic

- momentul maxim dezvoltat de motor MM=69,48 [daNm]

3.1. DESTINAIA I CONDIIILE IMPUSE AMBREIAJULUI

3.1.1. DESTINAIA AMBREIAJULUI

Ambreiajul este inclus n construcia automobilelor n scopul compensrii principalelor dezavantaje ale motorului cu ardere intern, care este caracterizat de imposibilitatea pornirii sub sarcin, existena unei zone de funcionare instabil i mersul neuniform. n transmisia automobilelor ambreiajul se folosete att ca un mecanism independent, intercalat ntre motor i schimbtorul de viteze, ct i ca un organ al mecanismului de acionare a schimbtorului de viteze planetare.

Ambreiajul servete la decuplarea temporar i la cuplarea progresiv a motorului cu transmisia.

Decuplarea motorului de transmisie este necesar n urmtoarele cazuri:

- la pornirea din loc a automobilului;

- n timpul mersului automobilului, la schimabrea treptelor schimbtorului de viteze;

- la frnarea automobilului (pentru viteze mai mici dect cele corespunztoare mersului n gol al motorului);

- la oprirea automobilului cu motorul n funciune;

- la pornirea motorului pe timp de iarn.

Cuplarea progresiv a motorului cu transmisia este necesar n cazurile:

- la pornirea din loc a automobilului;

- dup schimbarea treptelor schimbtorului de viteze.

Datorit faptului c motorul cu ardere intern folosit la automobile nu pornete sub sarcin, n cazul pornirii din loc a automobilului, trebuie realizat cuplarea ntre arborele motor, care are o turaie suficient de mare i restul transmisiei solidare cu roile motoare, care au turaie zero. Dac aceast cuplare se realizeaz brusc, n transmisia automobilului apar solicitri mari care pot s conduc la ruperea danturii roilor dinate n angrenare i a altor organe de transmisie. n afar de aceasta, acceleraiile mari care ar aprea la pornirea din loc ar fi duntoare att pasagerilor ct i ncrcturilor ce se transport.

Prin utilizarea ambreiajului aceste neajunsuri se elimin deoarece el permite o cuplare progresiv a motorului cu transmisia.

Pentru ca la schimbarea treptelor schimbtorului de viteze s nu apar ocuri n transmisie este necesar decuplarea motorului de transmisie. n cazul n care nu se realizeaz decuplarea motorului de transmisie, schimabrea treptelor este aproape imposibil , uzura dinilor este deosebit de mare, iar funcionarea schimbtorului de viteze este zgomotoas.

n cazul n care ncrcrile organelor transmisiei depesc momentul ambreiajului acesta va ncepe s patineze limitnd aceste ncrcri. n felul acesta ambreiajul ndeplinete rolul unui organ de protecie a transmisiei la suprasarcini.

3.1.2. CONDIIILE IMPUSE AMBREIAJULUI

a) Condiiile impuse ambreiajului la decuplare.

La decuplare (debreiere), ambreiajul trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:

s permit decuplarea complet i rapid a motorului de transmisie, pentru a da posibilitatea schimbrii treptelor fr ocuri;

decuplarea s necesite din partea conductorului eforturi reduse, fr a avea o curs prea mare la pedal.

Dac decuplarea ambreiajului nu este complet, schimbarea treptelor se face cu zgomot, deoarece roile dinate ale schimbtorului de viteze se afl sub sarcin parial. Acest lucru conduce la uzura prilor frontale ale dinilor pinioanelor sau cuplajelor.

De asemenea, dac decuplarea ambreiajului nu este complet iar schimbtorul de viteze se gsete ntr-o treapt oarecare, atunci n timp ce motorul funcioneaz ambreiajul patineaz, iar prile sale componente se nclzesc i garniturile de frecare se uzeaz.

Uurina decuplrii ambreiajului este asigurat n primul rnd prin alegerea corect a raportului de transmitere al mecanismului de acionare.

b) Condiiile impuse ambreiajului la cuplare.

n cazul cuplrii (ambreierii), ambreiajul trebuie s satisfac urmtoarele condiii:

s asigure o cuplare progresiv a motorului cu transmisia, pentru a evita pornirea brusc din loc a automobilului i ocurile n organele transmisiei;

s permit eliminarea cldurii care se produce n timpul procesului de cuplare la patinarea ambreiajului;

s asigure n stare cuplat o mbinare perfect (fr patinare) ntre motor i transmisie.

Cuplarea ambreiajului trebuie s se fac progresiv, pentru a nu aprea acceleraii excesiv de mari la demararea automobilului, care au influien asupra pasasgerilor i ncrcturii.

c) Condiiile generale impuse ambreiajului.

s aib durata de serviciu i rezisten la uzur ct mai mare;

s aib o greutate proprie ct mai redus;

s ofere siguran n funcionare;

s aib o construcie simpl i ieftin;

parametrii de baz s varieze ct mai puin n timpul exploatrii;

s aib dimensiuni reduse, dar s fie capabil s transmit un moment ct mai mare;

s fie echilibrat dinamic;

s fie uor de ntreinut.

Durata de funcionare a ambreiajului depinde de numrul cuplrilor i decuplrilor, deoarece garniturile de frecare se uzeaz mai ales la patinarea ambreiajului. La fiecare cuplare, lucrul mecanic de frecare la patinare se transform n cldur, datorit creia, temperatura de lucru a garniturilor de frecare crete. Experimental s-a constatat c la creterea temperaturii de la 20C la 100C uzura garniturilor de frecare se mrete de aproximativ dou ori.

3.2. FUNCIONAREA AMBREIAJULUI N PROCESUL DEMARRII AUTOMOBILULUI

Fig. 1 Graficul procesului de funcionare a ambreiajului la demararea automobilului.

n figura 1 se prezint graficul demarrii automobilului care poate fi mprit n trei perioade:

Perioada 1 de demarare a automobilului, reprezint timpul t1 din momentul nceperii cuplrii ambreiajului i pn la pornirea din loc a automobilului.

Aceast perioad se caracterizeaz prin patinarea total a ambreiajului (wa=0).

n aceast perioad, momentul de frecare al ambreiajului Ma este mai mic dect momentul rezistent M redus la arborele ambreiajului, iar automobilul se afl n repaus. Mrimea acestei perioade depinde de sarcina automobilului, de dexteritatea conductorului, etc., fiind egal cu fraciuni de secund iar uneori poate depi chiar o secund.

Din cauza vitezei mari de alunecare, n aceast perioad se dezvolt o mare cantitate de cldur. Rezult deci c durata primei perioade de demarare nu trebuie s fie prea mare, deoarece va rezulta un lucru mecanic de frecare exagerat de mare i prin aceasta o uzur accentuat a garniturilor de frecare.

Perioada a doua de demarare reprezint timpul t2 de la pornirea din loc a automobilului pn n momentul n care vitezele unghiulare ale motorului i ambreiajului devin egale (wm=wa).

Pornirea din loc a automobilului ncepe n momentul n care momentul ambreiajului Ma devine egal cu momentul rezistent M (punctul A din diagram).

A doua perioad de demarare se caracterizeaz prin patinarea parial a ambreiajului, creterea vitezei unghiulare a arborelui ambreiajului wa i scderea vitezei unghiulare a arborelui motorului wm. Diferena wm-wa se micoreaz treptat iar n punctul B se anuleaz i patinarea nceteaz (viteza de patinare Vp se anuleaz).

n aceast perioad viteza unghiular a arborelui motorului se micoreaz, din cauza aciunii de frnare a momentului de frecare a ambreiajului. Din aceast cauz energia cinetic a motorului trebuie s fie suficient de mare pentru ca motorul s nu se opreasc. n schimb, pentru arborele ambreiajului, momentul de frecare Ma are o aciune motoare, de aceea viteza unghiular wa crete odat cu Ma.

n perioada a doua de demarare, momentul ambreiajului Ma crete pn la valoarea sa maxim Mc i va trebui s echilibreze att momentul motor maxim Mmax ct i momentul forelor de inerie , care apare datorit deceleraiei unghiulare a arborelui cotit a motorului.

Creterea momentului de frecare al ambreiajului la cuplarea lui trebuie s asigure o demarare rapid a automobilului. Aceast cretere depinde de ritmul cuplrii i de proprietile elastice ale ambreiajului.

Perioada a treia de demarare, ncepe din momentul n care vitezele unghiulare ale motorului i ambreiajului devin egale i se termin cnd viteza automobilului devine constant. n aceast perioad arborele cotit al motorului i arborele ambreiajului formeaz din punct de vedere cinematic un singur corp, legtura fiind realizat prin intermediul ambreiajului.

n realitate procesul de lucru al ambreiajului difer de cel prezentat n figura 1.

n figura 2 se prezint graficul real al procesului de lucru al ambreiajului la demararea automobilului.

Se consider c discurile ambreiajului vin n contact (nceputul patinrii) n punctul A, cnd momentul de frecare al ambreiajului Ma=0.

Fig. 2 Graficul real al procesului de lucru al ambreiajului la demararea automobilului.

Att timp ct momentul ambreiajului Ma este mai mic dect momentul rezistent M, automobilul nu pornete din loc (wa=0). Din punctul B ncepe demararea automobilului.

Din figur rezult c viteza unghiular a motorului wm la nceput crete (poriunea EC), iar apoi scade pn la ncetarea patinrii ambreiajului n punctul D care corespunde timpului t2.

Momentul ambreiajului Ma, perioada corespunztoare timpului t2, crete aproximativ dup relaia Ma=Kt i atinge valoarea maxim Mc la sfritul perioadei t2. Constanta K depinde rapiditatea eliberrii pedalei ambreiajului. Dup ncetarea patinrii ambreiajului demararea automobilului are loc la un moment Ma mai mic.

La sfritul perioadei corespunztoare timpului t3 ambreiajul este decuplat pentru trecerea n alt treapt de vitez.

3.3. CONSTRUCIA AMBREIAJULUI

3.3.1. GENERALITI

n construcia de automobile, ambreiajele mecanice (de friciune) au cptat rspndirea cea mai mare dat fiind faptul ca satisfac n bun msur cerinele principale, respectiv: sunt simple ieftine, sigure n exploatare, uor de manevrat i au momente de inerie mici ale pieselor prii conduse. Funcionarea ambreiajelor mecanice este bazat pe folosirea forelor de frecare ce apar ntre suprafeele prilor conduse i conductoare ale acestora.

Ambreiajele mecanice utilizate n construcia de automobile pot avea unul sau dou discuri de friciune, funcie de mrimea momentului transmis.

Dintre ambreiajele simple utilizrea cea mai larg au cptat-o ambreiajele cu un singur disc de friciune datorit simplitii construciei, greutii reduse i preului de cost sczut. Folosirea acestui tip de ambreiaj se recomand n cazurile n care momentul transmis nu este mai mare de 700800 [Nm]. Momentul maxim transmis de ambreiaj depinde de fora dezvoltat de arbori, de dimensiunile discurilor de coeficientul de frecare i de numrul suprafeelor de frecare. posibilitatea mririi coeficientului de frecare pentru materialele existente este limitat; mrirea diametrului discurilor este de semenea limitat de dimensiunile volantului motorului iar fora dezvoltat de arbori nu poate fi orict de mare deoarece crete n mod nepermis ncrcarea specific iar acionarea ambreiajului se face mai greu.

La transmiterea unui moment mai mare de 800 [Nm] se recomand folosirea ambreiajului cu dou discuri. Creterea momentului de frecare prin mrirea numrului discurilor ambreiajului nu aduce schimbri n schema de principiu a acestuia ci impune doar mrirea numrului de piese similare. O oarecare dificultate constructiv la aceste ambreiaje o constituie necesitatea asigurrii unei deplasri forate a discurilor de presiune interioare n scopul obinerii unei decuplri totale i rapide.

O influien deosebit asupra construciei ambreiajelor mecanice o are dispunerea arcurilor de presiune care pot fi centrale sau periferice.

Tendinele de obinere a unei plecri din loc ct mai line i de eliminare a posibilitii de patinare a ambreiajului la turaii ridicate ale arborelui cotit al motorului au dus la construirea i utilizarea ambreiajelor centrifugale, la care presiunea dintre discuri se asigur att cu ajutorul arcurilor (mai slabe) ct i cu ajutorul forelor centrifuge ale greutilor de la capetele prghiilor de decuplare.

Din clasa ambreiajelor mecanie fac parte i ambreiajele centrifugale care au aciune automat n sensul c att procesul cuplrii ct i cel al decuplrii este legat de regimul de funcionare a motorului. Atunci cnd motorul nu funcioneaz, ambreiajul este decuplat, iar n intervalul unor turaii stabilite se cupleaz sub aciunea forelor centrifuge ale unor prghii cu greuti la capete.

3.3.2. DISCUL DE FRICIUNE

La ambreiajele cu un singur disc cuplarea se face mult mai rigid dect n caazul ambreiajelor cu mai multe discuri de friciune. Din aceast cauz discurile de friciune ale ambreiajelor monodisc au construcie special n scopul asigurrii unei cuplri ct mai line.Soluiile constructive cel mai des utilizate i totodat recomandabile sunt cele ale discurilor ondulate sau prevzute cu arcuri plate n interior (fig.3).

a.b.

Fig. 3 Soluii constructive pentru discuri de friciune care echipeaz ambreiaje monodisc

Partea perfect a discului artat n figura 3.a este mprit n mai multe sectoare ndoite n afar sau nuntru prin alternare. Numrul sectoarelor se recomand ntre 4 i 12, funcie de diametrul discului. Tieturile radiale care dau natere la sectoare ondulate micoreaz totodat i tendina spre formare a discului metalic. n stare liber, ntre garniturile de friciune exist un joc =12 [mm], iar cn discul este presat ondulaiile ncep s se ndrepte treptat ceea ce asigur o frecare progresiv i deci o cuplare lin. Un dezavantaj al discurilor cu sectoare const n dificultatea de a obine aceeai rigiditate la toate sectoarele.

O rigiditate mai uniform pe suprafaa discului de friciune se poate obine prin construcia artat n figura 3.b, la care sunt arcuri plate ntre disc i garniturile de friciune ceea ce face ca ntre ele s apar, n stare liber, un joc =12 [mm], care se preia n procesul cuplrii. Schimbnd rigiditatea acestor discuri se poate influiena rigiditatea total a discului. Pentru o aezare mai bun i o suprafa de contact mai mare ntre arcuri i garniturile de friciune se recomand ca numrul arcurilor plate s nu fie mai mic de ase.

Deoarece discurile trebuie s fie elastice ele se execut din oel laminat cu coninut mediu sau ridicat de carbon cu grosime de 1,42 [mm]. Tierea i ndoirea sectoarelor se face n prese speciale. n scopul meninerii formei i calitilor elastice dorite, tratamentul termic se face sub presiune.

Dup tratamentele termice de clire n ulei i revenire discul trebuie s aib duritatea HRC=3050.

La soluia cu arcuri plate, discul poate fi executat din oel cu coninut redus de carbon, de aceeai grosime. Arcurile plate se execut din band de oel laminat la rece i lustruit, cu grosime de 0,5 [mm] i se clesc, dup care sunt supuse unei reveniri sub presiune la temperatura de aproximativ 700 [K].

3.3.3. GARNITURILE DE FRICIUNE

n construcia ambreajelor se folosesc de obicei cupluri de frecare din materiale diferite: volantul i discurile de presiune din metal, iar garniturile discului de friciune din material nemetalic. Materialul de baz pentru confecionarea garniturilor de friciune este azbestul, care are o stabilitate chimic i termic remarcabil. Acesta poate fi utilizat fie sub forma unor fire scurte, fie sub forma unor texturi, care se preseaz mpreun cu inserii metalice i liani de tipul rinilor sintetice ale cror proprieti influieneaz n mod hotrtor asupra funcionrii ambreiajului. Utiliznd diferite inserii se poate varia coeficientul de frecare, rezistena la uzur i calitile mecanice ale materialului de friciune.

Cele mai rspndite incluziuni metalice sunt: plumbul, zincul i cupru, alama, sub form de srm , pan sau pulbere.

Fiecare din aceste elemente are o influien specific asupra calitii garniturii de friciune. Spre exemplu, zincul ntr-un anumit interval de temperaturi stabilizeaz coeficientul de frecare, iar plumbul reduce posibilitatea apariiei unor zgrieturi pe suprafeele discului de presiune i a volantului. Utilizarea diferiilor componeni n proporii diferite a condus la realizarea unui mare numr de tipuri de materiale de friciune, ceea ce permite ca n funcie de condiii i de sarcin, s se poat alege materialul dorit, care evident trebuie supus unor ncrcri prealabile acceptrii sale definitive.

Cerinele principale ale garniturilor de friciune pentru ambreiaje sunt urmtoarele:

s asigure coeficientul de frecare dorit i asupra lui s influieneze puin valorile de temperatur, ale vitezei de alunecare i ale ncrcrii specifice;

s aib o rezisten ridicat la uzur, mai ales la tempraturi nalte;

s-i refac rapid calitile de friciune iniale dup nclzirea urmat de rcirea corespunztoare;

s aib stabilitate mare la temperaturi ridicate (lipsa carbonizrii, a mirosului i a pierderilor de liant);

s aib propriti mecanice (rezisten, elasticitate, plasticitate) ridicate;

s se prelucreze uor i s asigure o cuplare lin, fr ocuri, la plecarea din loc a automobilului.

Uzura garniturilor de friciune depinde de ncrcarea specific de viteza de alunecare i de temperatur, cunoscnd c la temperaturi mai mari de 523 K, intensitatea uzurii crete brusc.

Fixarea garniturilor de friciune pe disc se face prin nituire sau prin lipire cu uleiuri speciale. Rspndirea cea mai mare o are nituirea, deoarece asigur rezisten i siguran n funcionare i permite nlocuirea garniturilor fr pre mult greutate. Niturile utilizate sunt executate din materiale cu duritate redus (cupru, alam, aluminiu), care nu provoac zgrieturi pe suprafeele de frecare.

Lipirea garniturilor de friciune prezint unele avantaje: mrirea suprafeei de frecare prin eliminarea orificiilor pentru nituri, eliminarea slbirii rezistenei garniturii la eforturi tangeniale, utilizarea mai raional a grosimii garniturii. n schimb aceast metod de fixare are i dezavantaje, n sensul c nu permite montarea arcurilor plate i face s creasc rigiditatea garniturii.

n exploatare o importan deosebit o are meninerea stabilitii coeficientului de frecare, ale crui valori sunt:

pentru materiale de friciune pe baz de azbest =0,250,35;

pentru materiale metaloceramice =0,40,45.

3.3.4. AMORTIZOARELE DE OSCILAII

Pentru a feri transmisia de oscilaiile de torsiune cauzate de relaia neuniform a arborelui cotit i de variaia vitezelor unghiulare la deplasarea automobilului discul de friciune al ambreiajului este prevzut cu un sistem de amortizare a acestor oscilaii. Totodat sistemul de amortizare servete i la asigurarea unei cuplri mai line a ambreiajului.

Amortizoarele de oscilaii ale ambreiajelor indiferent de caracteristicile elementului de amortizare, funcioneaz pe baza aceleeai scheme de principiu conform creia legtura dintre discul de friciune i butucul acestuia se face cu ajutorul unui element elastic.

Din punct de vedere constructiv, aceste sisteme de amortizare difer prin elementul elastic utilizat: arcuri, cauciuc sau capsul hidraulic.

Cea mai larg rspndire o au amortizoarele cu arcuri elicoidale i inele de friciune (figura 4, amortizor de oscilaii realizat de firma LONG).

Fig. 4 Amortizor de oscilaii cu arcuri elicoidale

La aceste construcii elemntul elastic l constituie arcurile elicoidale cilindrice, dispuse tangenial n ferestrele discului de friciune, care pot fi n numr de 612, funcie de diametrul discului. Elementul de friciune l pot constitui garniturile (ca n figur) sau nite inele arcuite, prinse ntre flan i disc.

Unele amortizoare cu arcuri au o rigiditate variabil, respectiv la nceput rigiditatea este mai mic deoarece lucreaz numai cteva arcuri, iar dup aceea rigiditatea crete treptat prin intrarea n funciune i a celorlalte arcuri. Aceasta se realizeaz prin lungimea diferit a ferestrelor tiate n flana butucului discului de presiune.

Prezena amortizorului de oscilaie de torsiune n construcia discului de friciune al ambreiajului contribuie la reducerea zgomotului n transmisie i la evitarea apariiei fenomenului de rezonan, mai ales la roile dinate, care n cazul unor amplitudini mari se pot distruge.

3.3.5. DISCUL DE PRESIUNE

Pentru a asigura o presare uniform a garniturilor de friciune, discurile de presiune trebuie s fie rigide, iar pentru a reduce temperatura suprafeelor de frecare trebuie s aib o masa suficient de mare, condiie necesar pentru preluarea unei cantiti de cldur ct mai mari (n special discurile intermediare de la ambreiajele cu mai multe discuri). La ambreiajele monodisc, n scopul mbuntirii transferului de cldur discurile de presiune sunt prevzute la exterior cu aripioare de rcire de forma paletelor unui ventilator. Unele discuri sunt prevzute cu canale radiale de ventilaie.

Pentru transmiterea momentului discurile de presiune trebuie s se roteasc mpreun cu volantul motorului i s aib posibilitatea, n momentul decuplrii i cuplrii ambreiajului, s se deplaseze de-a lungul arborelui acestuia.

Fig.5. Soluie pentru solidarizarea discului de presiune cu volantul, la ambreiajele monodisc.

La ambreiajele monodisc, solidarizarea discului de presiune cu volantul se poate face ca n figura 5, unde fixarea se realizeaz cu ajutorul unor tifturi montate pe carcasa ambreiajului.

Discurile de presiune trebuie s aib o rezisten mare la uzur, s nu prezinte tendin spre formarea de riduri pe suprafeele de frecare, s se prelucreze uor i s aib o rezisten mecanic mare la turaii ridicate.

Avnd n vedere faptul c discurile de presiune au o configuraie complicat, datorit proeminenelor pentru fixarea pe carcas a elemnetelor directoare pentru arcuri i a celor de fixare pentru prghiii de decuplare, se consider c materialul cel mai potrivit pentru executarea acestor discuri este fonta cu structur perlitic. Discurile cu diametre mari, care sunt supuse unor solicitri dinamice iportante se recomand s se exectue din fonte cu adaosuri de nichel, mangan i siliciu. Duritatea discurilor de presiune se recomand HB=170200.

3.3.6. ARCURILE DE PRESIUNE

Dup modul n care sunt dispuse, arcurile de presiune ale ambreiajului pot fi periferice sau centrale. Pentru autocamioane se folosesc arcuri periferice.

Arcurile periferice sunt cilindrice, iar numrul lor depinde de mrimea diametrului exterior al garniturii de friciune, dup cum se arat n tabelul 1. Odat cu creterea numrului arcurilor diametrul srmei arcului se poate micora, ceea ce face la diametre egale ale arcurilor elasticitatea lor s creasc. Aceasta prezint importan i din punct de vedere al lungimii arcurilor care trebuie s fie ct mai mic.

a.b.

Fig. 6 Arcuri de presiune periferice.

Tabelul 3.1. Numrul arcurilor de preiune, funie de diametrul garniturii de friciune

Diametrul exterior al garniturii de friciuneNumrul arcurilor de presiune

Pn la 2006

200 2809 12

280 38012 18

380 - 45018 30

Pentru a evita nclzirea dintre arcuri i discul de presiune, se monteaz aibe trapezoidale (fig. 6.a), confecionate din acelai material cu garniturile de friciune. Arcurile periferice se centreaz pe discul de presiune cu ajutorul unor bosaje ale acestuia (fig. 6.b), care au rolul de a menine arcurile la locurile lor, atunci cnd forele centrifuge tind s le deplaseze.

Att arcurile periferice ct i cele centrale se execut din oeluri speciale cu adaosuri de mangan, avnd duritatea HRC=4045.

3.3.7. PRGHII I MANOANE DE DECUPLARE

Prghiile de decuplare pot fi forjate sau matriate. Numrul lor poate fi mai mic de trei i depinde de dimensiunile amreiajului.

Dac articulaiile ar fi fixe, rotirea prghiilor ar fi imposibil deoarece punctele de articulaie se deplaseaz pe un arc de cerc n timp ce discul de presiune are numai posibilitatea deplasrii axiale.

Fig. 7 Soluie pentru construcia i fixarea prghiilor de debreiere.

Pentru reducerea pierderilor de frecare la decuplarea ambreiajelor prghiile se fixeaz n articulaii cu reazeme cu rulmeni cu arcuri. Utilizarea lagrelor de alunecare nu este recomndabil deoarece sub aciunea forelor centrifuge i a temperaturii lubrifiantul devine fluid i este aruncat spre exterior, crendu-se posibilitatea griprii articulaiei.

Prghiile de decuplare rigide se execut din oel carbon, se clesc n ulei i se cianureaz la o adncime de 0,2 [mm] pe suprafeele de lucru. Prghiile de decuplare elastice se execut din oel cu coninut de carbon i se clesc n ulei, la o duritate HRC=4345.

Manoanele de decuplare pot fi construite n aa fel nct s se deplaseze pe o buc fixat pe carcasa ambreiajului.

Manoanele de decuplare sunt prevzute cu rulmeni de presiune (fig. 8.a) sau rulmeni radiali de presiune (fig. 8.b).

a.b.

Fig. 8 Soluii constructive de manoane de decuplare.

3.3.8. CARCASA AMBREIAJULUI

Carcasa ambreiajului se fixeaz pe volantul motorului i servete drept cadru de montare pentru prghiile de decuplare, arcurile de presiune i elementele de solidarizare a discurilor de presiune cu volantul. n partea central are o deschiztur prin care trece arborele primar al cutiei de viteze i manonul de decuplare, iar n scopul unei rciri bune, carcasa este prevzut cu ferestre de aerisire (figura 9).

Fixarea carcasei pe volant se face cu uruburi ale cror numr depinde de dimensiunile ambreiajului iar centrarea ei se face cu tifturi sau cu ajutorul unui umr executat pe volant. Carcasa ambreiajului se execut n general din tabl de oel cu coninut redus de carbon, prin presare. n unele cazuri ea poate fi obinut prin turnare, din oel sau din font.

Fig. 9 Carcasa ambreiajului.

3.3.9. CONSTRUCIA MECANISMULUI DE ACIONARE A AMBREIAJULUI

Mecanismul de acionare a ambreiajului asigur cuplarea i decuplarea ambreaiajului. La autocamioanele echipate cu ambreiaje mecanice monodisc, cu arcuri periferice, se utilizeaz de obicei, mecanisme de acionare hidraulice.

Acest mecanism de acionare prezint o serie de avantaje, ca:

randament mai ridicat dect cel mecanic;

simplitatea schemei i posibilitatea acionrii de la distan;

cuplare lin a ambreaijului;

rigiditate bun;

ntreinere i reglare uoare, datorit existenei unui numr redus de puncte de ungere.

Fig. 10 Schema mecanismului de acionare hidraulic: 1-pedal; 2-tij piston pomp central; 3-piston pomp central; 4-cilindru pomp centrl; 5-rezervor de lichid;

6-conduct de legtur; 7-cilindru receptor; 8-piston cilindru receptor; 9-furc de debreiere; 10-manon de debreiere; 11-prghie de debreiere; 12-disc de presiune.

3.4. CALCULUL AMBREIAJULUI

La calculul ambreiajului se urmrete stabilirea dimensiunilor i parametrilor principali ai ambreiajului, n raport cu valoarea momentului motor al autovehicolului.

Calculul ambreiajului va cuprinde :

- determinarea momentului de calcul;

- determinarea dimensiunilor garniturilor de frecare;

- determinarea forei de apsare asupra discurilor ambreiajului;

- determinarea momentului de frecare al ambreiajului;

- verificarea la uzur a ganrniturilor de frecare;

- verificarea ambreiajului la nclzire;

- calculul arcurilor de presiune;

- calcului arborelui ambreiajului;

- calculul discurilor ambreiajului;

- calculul mecanismului de acionare.

3.4.1. DETERMINAREA MOMENTULUI DE CALCUL

Pentru transmiterea de ctre ambreiaj a momentului motor maxim fr patinare pe toat durata de funcionare (chiar i dup uzarea garniturilor de frecare), este necesar ca momentul de frecare Ma al ambreiajului s fie mai mare dect momentul maxim al motorului. n acest scop se introduce n calcul un coeficient de siguran , care ia n consideraie aceste lucru. Ca urmare momentul de calcul al ambreiajului este dat de relaia:

unde:

La alegerea coeficientului de siguran se ine seama de tipul i destinaia automobilului, precum i de particularitile constructive ale ambreiajului.

Atunci cnd valoarea coefientului este prea mare, exist avantaje i dezavantaje:

Avantaje:

- nu apare pericolul patinrii n cazul uzurii garniturilor de frecare;

- se micoreaz lucru mecanic de patinare, iar prin aceasta se mrete durata de funcionare a ambreiajului;

- prin micorarea lucrului mecanic de patinare se reduce i timpul de patinare, ceea ce contribuie la mbuntirea accelerrii automobilului.

Dezavantaje:

- se mrete fora la pedala mecanismului de acionare, necesar decuplrii ambreiajului, iar manevrarea lui devine mai greoaie;

- cresc suprasarcinile n transmisia automobilului, ntruct ambreiajul nu patineaz la apariia unor solicitri mari.

Atunci cnd valoarea coeficientului este mic apar:

Dezavantaje:

- se mrete tendina de patinare a ambreiajului:

- prin mrirea duratei de patinare deci a lucrului mecanic de frecare la patinare, crete uzura garniturilor de frecare.

innd seama de aceste condiii contradictorii, n cazul ambreiajelor simple, pentru coeficientul de siguran se recomand valorile:

- autoturisme: =1,31,75

- autocamioane i autobuze: =1,62,0

- autocamioane cu remorc: =2,03,0

n timpul exploatrii automobilului, coeficientul de siguran se micoreaz datorit uzurii garniturilor de frecare, care duce la destinderea arcurilor de presiune i neasigurarea forei de apsare iniiale.

Pentru a evita patinarea ambreiajului, trebuie ca i dup uzura garniturilor de frecare, coeficientul de siguran s ndeplineasc condiia 1.

n consecin se alege pentru ambreiajul autocamionului ROMAN R 10215, coeficientul de siguran =2.

Momentul de calcul al ambreiajului va fi:

3.4.2. DETERMINAREA DIMENSIUNILOR GARNITURILOR DE FRECARE

Dimensiunile garniturilor de freacre se aleg n funcie de valoarea momentului maxim al motorului i de tipul automobilului.

Suprafaa garniturilor de frecare se poate determina cu relaia:

unde:

coeficient ce depinde de tipul automobilului i de tipul ambreiajului [cm2/daNm]

Mmax momentul maxim al motorului [daNm]

Suprafaa garniturilor de frecare (n cazul n care se cunosc rezele exterioare i interioare ale garniturilor de frecare) se mai poate calcul cu relaia:

Dac se noteaz , relaia de mai sus devine:

Egaliznd relaiile (1) i (2), se obine pentru Re expresia:

unde:

=3540 [cm2/daNm] pentru autocamioane.

Adopt =35 [cm2/daNm];

Mmax=69,48 [daNm]; C=0,530,75. Adopt C=0,53

i numrul perechilor suprafeelor de frecare: i=2nd (cu nd numrul discurilor conduse ale ambreiajului nd=1)i=21i=2

tiind c

Cunoscnd dimensiunile volantului (raza exterioar a volantului ), se definitivieaz dimensiunile garniturilor de frecare, astfel ca:

i

Re 24 [cm]. Adopt: Re=21 [cm]

EMBED Equation.3 De=42 [cm]

Ri 10,5 [cm]. Adopt: Ri=13,5 [cm]

EMBED Equation.3 Di=27 [cm]

Suprafaa garniturilor de frecare va fi:

Raza medie a suprafeelor de frecare:

3.4.3. DETERMINAREA FOREI DE APSARE ASUPRA DISCURILOR AMBREIAJULUI

Fora de apsare asupra discurilor ambreiajului se determin din condiia ca momentul de frecare al ambreiajului Ma s fie egal ca momentul de calcul Mc:

, deci ,

cu:

coeficieentul de siguran al ambreiajului, =2

Mmax momentul maxim al motorului, Mmax=694,8 [Nm]

coeficientul de frecare azbest font, =0,250,3.

Adopt =0,27

Rm raza medie a suprafeelor de frecare, Rm=0,1752 [m]

i numrul de perechi de suprafee de frecare, i=2

Presiunea specific dintre suprafeele de frecare va fi dat de relaia:

3.4.4. DTERMINAREA MOMENTULUI DE FRECARE AL AMBREIAJULUI

n figura 10 este prezentat schema unui ambreiaj la care cele dou suprafee de frecare se afl sub aciunea forei axiale F.

Se consider un element de arie dA, de grosime d, aflat la distana de centru:

Fig. 11. Schema pentru determinarea momentului de frecare al ambreiajului.

Fora normal elementar este dat de relaia:

,

unde: p este presiunea dintre suprafeele de frecare.

Momentul de frecare elementar dMa este dat de expresia:

,

unde: coeficientul de frecare.

Momentul de frecare total se obine prin integrarea relaiei de mai sus, n care se consider i p ca fiind constante:

n care Re este raza exterioar a suprafeelor de frecare i Ri este raza interioar a suprafeelor de frecare, iar p este dat de relaia:

.

nlocuind expresia presiunii n relaia de mai sus, se obine:

Pentru un ambreiaj prevzut cu mai multe perechi de suprafee de frecare, momentul de frecare va fi:

unde:

coeficientul de frecare azbest font, =0,27

i numrul perechilor suprafeelor de frecare, i=2

F fora de apsare asupra discurilor ambreiajului, F=14688 [N]

Re raza exterioar a suprafeelor de frecare, Re=0,21 [m]

Ri raza interioar a suprafeelor de frecare, Ri=0,135 [m]

3.4.5. VERIFICAREA LA UZUR A GARNITURILOR DE FRECARE

Pentru aprecierea uzurii garniturilor de frecare se folosete ca parametru, lucrul mecanic specific de frecare, dat de relaia:

unde:

L lucrul mecanic de frecare la patinare al ambreiajului

i numrul de perechi de suprafee de frecare, i=2

A suprafaa unei garnituri de frecare:

Durata de funcionare a ambreiajului depinde mai ales de numrul cuplrilor i decuplrilor, deoarece farniturile de friciune se uzeaz intens n timpul patinrii. n medie la un parcurs de 100 [km] n condiii de ora, numrul cuplrilor i decuplrilor este 500 600.

Cuplarea ambreiajului este nsoit de efectuarea unui lucru mecanic de patinare, att n cazul plecrii din loc a automobilului, ct i n cazul schimbrii treptelor de viteze.

La plecarea din loc a automobilului, patinarea ambreiajului este de mai lung durat, i de aceea se consider drept specific aceste regim.

Lucrul mecanic de patinare al ambreiajului, la plecarea din loc a automobilului, se determin cu ajutorul relaiei:

Un ambreiaj care achipeaz un autocamion este considerat satisfctor din punct de vedere al rezistenei la uzur dac:

n turaia motorului la pornirea de pe loc, n=nminst=600 [r.p.m.]

rr raza de rulare a roii, rr=0,51 [m]

iCVI=6,34: i0=4,81

Ga greutatea total a automobilului, Ga=18207 [kgF], g=9,81 [m/s2]

coeficientul de rezisten la rulare, =0,022

K coeficientul care arat, gradul de cretere al momentului de frecare, n timpul cuplrii, K=3050 [daN/sec]. Adopt K=50 [daN/sec]

Lucrul mecanic specific de frecare va fi:

3.4.6. VERIFICAREA AMBREIAJULUI LA NCLZIRE

Lucrul mecanic de patinare se transform n cldur, ridicnd temperatura pieselor ambreiajului. Din aceast cauz garniturile de friciune funcioneaz n condiii grele dac se ia n consideraie slaba conductibilitate termic a acestora.

Deoarece timpul de cuplare este mic i schimbul de cldur cu exteriorul este foarte redus rezult c piesele metalice respectiv volantul motorului i discul de presiune, trebuie s aib o mas suficient de mare pentru a absorbi cldura dezvoltat fr a provoca o nclzire excesiv a acestora i n special a garniturilor de friciune, care n asemenea condiii se uzeaz repede sau se carbonizeaz.

Avnd n vedere faptul c lucrul mecanic de patinare cel mai mare se produce la plecarea din loc a automobilului, aprecierea i comportarea ambreiajului din punct de vedere al nclzirii se face pentru acest regim.

Ridicarea temperaturii ambreiajului n timpul patinrii se determin pentru discul de presiune cu relaia:

coeficient care arat a cta parte din lucrul mecanic ce se transform n cldur este preluat de discul de presiune: =0,5 (pentru discul de presiune i volantul ambreiajului monodisc);

C cldura specific a discului de presiune din font: C=0,115 [kcal/kgC0];

L lucrul mecanic de patinare = 5661,58 [daNm];

G greutatea discului de presiune [daN]

Rep, Rip raza exterioar, interioar a discului de presiune

gp grosimea discului de presiune; gp=20 [mm]=0,2 [dm]

font=7,25 [kg/dm3]

Din punct de vedere al nclzirii pieselor i al rezistenei la uzur, se consider c un ambreiaj a fost bine dimensionat dac valorile temperaturii n timpul cuplrii la o pornire cu treapta I se ncadreaz n limitele:

3.4.7. CALCULUL ARCURILOR DE PRESIUNE

Arcurile de preisune ale ambreiajului sunt solicitate dup un ciclu asimetric, cu coeficientul de asimetrie R=0,80,9, iar numrul ciclurilor de solicitare n condiii normale de exploatare nu este mai mare de 51015, fapt pentru care distrugerea arcurilor nu se datorete oboselii materialului.

Arcurile periferice sunt arcuri cilindrice din srm tras i au o caracteristic liniar.

Calculul arcurilor periferice const n determinarea diametrului srmei; diametrului de nfurare, numrul de spire i lungimii arcului n stare liber.

Determinarea diametrului srmei i a diametrului de nfurare

Cunoscnd c Fa este fora total pe care trebuie s o dezvolte arcurile periferice Fa=14688 [N] i alegnd numrul de arcuri na se poate determina fora Fa pe care trebuie s o dezvolte un arc, cu relaia:

Pentru ca arcurile s acioneze asupra discurilor de presiune cu o apsare uniform, numrul arcurilor se alege n general, un multiplu de 3.

Numrul arcurilor se alege astfel nct fora Fa dat de un arc s se ncadreze ntre valorile 4080 [daN].

n general numrul arcurilor de presiune periferice se adopt n funcie de diametrul exterior al garniturilor de frecare conform tabelului 3.2.

Tabelul 3.2. Recomandri pentru alegerea numrului de arcuri de presiuneDiametrul exterior al garniturilor de frecare De [mm]Pn la 200200280280380380450

Numrul arcurilor de presiune na33691212181830

tiind c diametrul exterior al garniturilor de frecare este De=420 [mm] se alege numrul arcurilor de presiune na=21

Fora dezvoltat de un arc va fi:

Pentru a rezulta un ambreiaj care se manevreaz fr dificultate, se recomand ca la decuplare, creterea forei arcului s nu depeasc cu 1525 [%] valoarea ei iniial. n felul acesta, ntre Fa i Fa exist urmtoarea relaie de legtur:

Adopt Fa=1,2 Fa Fa=1,2 69,9483,92 [daN]

Arcurile periferice sunt solicitate la torsiune iar efortul unitar t se calculeaz cu formula:

unde:

D diametrul mediu de nfurare al arcului;

d diametrul srmei arcului;

K coeficient de corecie al arcului.

Din relaia de mai sus rezult diametrul d:

Notnd raportul dintre diametre cu , formula anterioar devine:

Pentru arcurile de ambreiaj, rezistena admisibil la torsiune at=700 [daN/cm2].

Raportul dintre diametre se recomand c = 58. Adopt c = 8.

Coeficientul de corecie K depinde de raportul dintre diametre i se calculeaz cu relaia:

Definitivarea diametrului d se face tinnd seama de faptul c srma tras din oel pentru arcuri este standardizat conform STAS 89367, diametrul srmei se standardizeazp la d=5,5 [mm].

Dup determinarea diametrului d al srmei, cunoscnd raportul , se poate calcula i diametrul mediu de nfurare al arcului D.

Determinarea numarului de spire ale arcului

Pentru calculul numrului de spire active ale arcului se pornete de la sgeata arcului n starea cuplat a ambreiajului; conform figurii 12. sgeata este:

Figura 12 Schema pentru calculul numrului de spire.

unde: momentul de torsiune;

lungimea arcului n stare desfurat;

modulul de elsticitate transversal;

momentul de inerie scalar.

nlocuind mrimile de mai sus n relaia sgeii arcului rezult numrul de spire:

Dac se noteaz , ca fiind rigiditatea arcului, numrul de spire active vor fi:

EMBED Equation.3 Rigiditatea arcului poate fi determinat cu ajutorul caracteristicii elastice a acestuia (figura 13).

Figura 13 Caracteristica arcului de presiune.

Fa fora ealstic a arcului, n ambreiajul cuplat;

Fa fora elastic a arcului, cu ambreiajul decuplat;

Fa fora elastic a arcului, dup uzarea garniturilor de friciune;

Lo lungimea arcului n stare liber;

f1 deplasarea discului de presiune la decuplarea ambreiajului;

u decuplarea discului de presiune, ca urmare a uzurii garniturilor de friciune.

Din figura 13 se poate scrie:

Rezult c rigiditatea K1 se poate calcula dac se cunoate deplasarea f1 a discului de presiune la decuplarea ambreiajului; aceasta depinde de jocul j ce trebuie s existe ntre suprafeele de friciune, atunci cnd ambreiajul este decuplat.

unde: nd este numrul de discuri conduse (de ambreiaj); nd=1

Jocul dintre suprafeele de friciune, n stare decuplat, depinde de tipul ambreiajului, fiind de 0,751,5 [mm] la ambreiajele monodisc i de 0,50,7 [mm] la ambreiajele bidisc.

Se adopt jocul dintre suprefeele de friciune, n stare decuplat j=0,7 [mm].

Rezult:

Rigiditatea arcului va fi:

Numrul de spire:

EMBED Equation.3 Numrul total de spire:

Determinarea lungimii arcului n stare liber

Calculul se face pentru starea decuplat a ambreiajului conform figurii 11, se poate scrie:

L2 lungimea arcului atunci cnd ambreiajul este decuplat

f2 sgeata arcului atunci cnd ambreiajul este decuplat

Lungimea arcului atunci cnd ambreiajul este decuplat se calculeaz cu relaia:

d diametrul spirei arcului; d=5,5 [mm]

nS numrul de spire active; nS=11 spire;

jS distana ntre dou spire alturate. n general jS 0,1d; pentru autovehicole i tractoare jS=0,51 [mm]. Adopt jS=1 [mm]

Sgeta arcului n stare decuplat a ambreiajului se detremin cu o relaie asemntoare celei utilizate pentru calculul sgeii n stare cuplat ambreiajului:

D diametrul mediu de nfurare al arcului; D=44 [mm];

Fa fora elastic a arcului cu ambreiajul decuplat; Fa=83,92 [daN];

nS numrul de spire active ale arcului; nS=11;

d diametrul srmei arcului; d=5,5 [mm];

G modulul de elasticitate transversal; G=8000 [daN/mm2]

Rezult lungimea arcului n stare liber ca fiind:

Pentru a evita flambajul arcului se recomand ca lungimea arcului n stare liber s nu fie mai mare dect de trei ori diametrul mediu.

Coeficientul de siguran dup uzarea garniturilor de frecare u, se detrmin cu relaia:

Ma momentul de frecare al ambreiajului, dup uzarea garniturilor de frecare.

Calculul momentului M'a se face cu relaia:

Fa"' fora dezvoltat de arc pentru ambreiajul cuplat i cu garniturile de frecare uzate: , unde:

Sgeata f2 se calculeaz cu relaia: , unde:

u uzura admisibil pentru garniturile de frecare ale ambreiajului

Cunoscnd uzura admisibil u1, pentru o garnitur de frecare i numrul discurilor conduse nd=1, se poate calcula u cu relaia:

Uzura admisibil pentru o garnitur de frecare u1=1,52 [mm]. Adopt u1=1,5 [mm] u=211,5 u=3 [mm].

Sgeta f2:

Fora Fa"':

Momentul Ma, dup uzarea garniturilor de frecare: , cu: =0,27; i=2; Fa"'=406,3 [N]; na=21; Rm=0,1752 [m]

Coeficientul de siguran, dup uzarea garniturilor de frecare_

Pentru transmiterea de ctre ambreiaj a momentului Mmax, fr patinare, cnd garniturile de frecare sunt uzate, trebuie ca u1.

Pentru arcuri se alege un oel de arc: ARC 2, conform STAS 795 71.

3.4.8. CALCULUL ARBORELUI AMBREIAJULUI

Arborele ambreiajului (care este i arborele primar al schimbtorului de viteze) are o poriune canelat pe care se deplaseaz butucul dicului condus. Seciunea periculoas a arborelui ambreiajului se afl pe lungimea canelurilor de-a lungul crora se deplaseaz butucul discului de friciune.

Momentul de torsioune pentru verificarea arborelui se consider momentul transmis de ambreiaj mojorat cu 20%, pentru a ine seama i de eforturile de ncovoiere:

Rezult: , unde

Diametrul interior calculat se coreleaz cu stasul: STAS 1769 68.

n funcie de acest diametru interior se aleg i dimensiunile standardizate ale arcurilor cu profil dreptunghiular:

Diametrul interior Di [mm]Diametrul exterior De [mm]Limea b [mm]Numrul de caneluri zCentrarea

465498Interioar sau pe flancuri

nlimea canelurii:

Lungimea canelurilor se consider:

Adopt: L=2,1dL=2,146L=96,6 [mm]

Canelurile arborelui ambreiajului autovehicolelor fac parte din seria mijlocie (asamblare mobil, cu deplasarea butucului fr sarcini).

Figura 14. Schema pentru calculul arborelui ambreiajului.

Presiunea de strivire ce acioneaz asupra canelurilor este:

Presiunea admisibil de strivire Pas=2025 [Mpa], PS