proiect ambreiaj

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALA SI TEHNOLOGICA

SPECIALIZAREA: AUTOVEHICULE RUTIERE

DISCIPLINA: CALCULUL SI CONSTRUCTIA AUTOVEHICULELOR

PROIECT: CALCULUL AMBREIAJULUI MECANIC CU ARCURI PERIFERICE INDRUMATOR,

STUDENT,

Prof. Dr. Ing.

GRUPAORADEA

2014TEMA DE PROIECTS se proiecteze ambreiajul pentru autovehiculul care are urmtoarele caracteristici tehnice:

tipul: autoturism numr locuri: 5 locuri

momentul maxim: Me =200 [Nm]

turaia corespunztoare momentului maxim: nM =1500 rot/min viteza maxim: vmax =186 km/h.

CUPRINS2TEMA DE PROIECT....................................................................................................................

3CUPRINS.....

4I.MEMORIU DE PREZENTARE

4CONSIDERENTE TEORETICE

81.2. STUDIUL COMPARATIV AL AUTOVEHICULELOR CU DATE TEHNICE SIMILARE CU CEL DIN TEMA DE PROIECT

9II.MEMORIU DE CALCUL

102.1. Determinarea momentului de calcul al ambreiajului

112.2. Determinarea dimensiunilor garniturilor de frecare

132.3. Determinarea forei de apsare al arcurilor asupra discului de presiune al ambreiajului

142.4. Verificarea garnituri de frecare

142.4.1. Verificarea presiuni specifice dintre garniturile de frecare

142.4.2. Verificarea la uzur a garniturii de frecare

162.4.3. Verificarea ambreiajului la nclzire

182.5. Calculul arcului de presiune

182.5.1. Determinarea diametrului srmei i a diametrului de nfurare a spirei

202.5.2. Determinarea numrului de spire ale arcului de presiune

222.5.3. Determinarea lungimii arcului n stare liber

222.5.4. Determinarea coeficientului de siguran a ambreiajului dup uzarea garniturii de frecare

242.5.5. Determinarea lucrului mecanic necesar debreierii

252.6. Calculul arborelui ambreiajului

272.7. Calculul discurilor

272.7.1. Calculul elementelor de fixare i ghidare ale discului de presiune.

282.7.1. Calculul discului condus

28Calcul niturilor de fixare a discului propriu-zis pe butucul ambreiajului

302.8. Calculul mecanismului de acionare

312.8.1. Calculul forei de acionare al pedalei ambreiajului cu acionare mecanic

322.8.2. Calculul cursei pedalei

32III.EXPLOATAREA I NTREINEREA AMBREIAJULUI

34IV.Bibliografie

I. MEMORIU DE PREZENTARECONSIDERENTE TEORETICE

Ambreiajul este un cuplaj (leag capetele a doi arbori dispusi unul in prelungirea celuilalt, fr sau cu abateri de la coaxialitate) intermitent (asigur cuplarea i decuplarea arborilor fr demontarea sau remontarea cuplajului), comandat (decuplarea sau cuplarea se fac ca urmare a unei comenzi) normal cuplat (in stare normala este in situatia cuplat). Pe autovehicule se ntlneste si sub form de cuplaj intermitent automat, adic cuplarea sau decuplarea au loc automat in functie, cel mai adesea, de turatia motorului cu ardere intern.Pe automobil ambreiajul se ntlnete in trei variante funcionale:

in transmisie, intercalat ntre motor si schimbtorul de viteze, pentru transmiterea momentului motor;

ca organ de cuplare si decuplare a treptelor de vitez in transmisiile automate;

cuplaj de sigurana pentru limitarea valorii maxime a momentului de torsiune.

Operaia de decuplare a ambreiajului se numete debreiere. Cuplarea progresiv a motorului cu restul transmisiei la pornirea de pe loc sau dup schimbarea treptelor de vitez;

Operaia de cuplare a ambreiajului se numete ambreiere. Limitarea valorii maxime a momentului de torsiune din restul transmisiei (cuplaj de sigurana);

Izolarea intre motor si transmisie, in ambele sensuri, a vibraiilor torsionale provenite din funcionarea motorului sau din deplasarea automobilului pe cale.

Folosirea ambreiajului in transmisia automobilului este impus de folosirea motoarelor cu ardere interna care nu pot porni sub sarcina. Pentru pornire este necesara ntreruperea legturii dintre motor si restul transmisiei prin decuplarea ambreiajului, cuplarea schimbtorului de vitez in prima treapta si apoi cuplarea progresiva a ambreiajului simultan cu actionarea usoar a acceleratiei.

Conditiile impuse ambreiajului Decuplarea ambreiajului trebuie sa fie complet, rapid si sa necesite din partea conductorului auto eforturi reduse, pentru o cursa la pedal limitat.

Dac decuplarea ambreiajului nu este complet, au loc urmtoarele fenomene:

schimbarea treptelor de vitez se face cu ocuri si zgomote, deoarece rotile dinate sunt sub sarcin parial, efectul fiind uzura dinilor i a roilor dinate sau a cuplajelor din schimbtorul de viteze;

Dac schimbtorul este cuplat si motorul funcioneaz, ambreiajul patineaz, componentele sale se nclzesc, garniturile de frecare se uzeaz sau chiar se ard.

Eforturi reduse pentru actionarea pedalei ambreiajului in conditiile unei curse limitate a acesteia se realizeaz prin proiectarea corespunztoare a sistemului de actionare.

Cuplarea ambreiajului trebuie sa fie progresiva si perfecta (fara patinare in timpul rulrii).

Dac cuplarea ambreiajului se face brusc, apar smucituri ndeosebi la pornirea de pe loc a automobilului, dar si dup schimbarea treptelor de vitez, care conduc la accentuarea uzurii automobilului si la reducerea confortului. Patinarea ambreiajului conduce la efectele prezentate mai sus. Ambreiajul trebuie sa transmit momentul motor maxim chiar si in cazul

cnd garniturile de frecare sunt uzate la limita admisibila. De asemenea trebuie sa aib siguranta ridicat in functionare, rezisten la uzur si o durat de serviciu ct mai mare.

Se poate afirma c ambreiajul este cel mai solicitat organ al transmisiei automobilului (parcurgerea in trafic urban aglomerat a unei distante de 10km implic actionarea pedalei ambreiajului de zeci de ori). Pentru automobilele moderne obisnuite fiabilitatea ambreiajului trebuie sa fie aceeasi cu a schimbtorului de viteze de exemplu, adic sa functioneze fr reparatii (numai executarea operatiilor de ntretinere prescrise) pe toata durata de viat normal a automobilului.

Alte conditii generale impuse ambreiajului sunt:

moment de inerie si mas proprie cat mai reduse;

dimensiuni de gabarit limitate (diametrul exterior maxim al garniturilor de frecare este limitat);

parametrii de baza sa varieze cat mai puin n timpul exploatrii si sa fie prevzut cu dispozitive pentru reglare;

s fie echilibrat dinamic;

s fie uor de ntreinut sau dac e posibil sa nu necesite operaii de ntreinere;

s aib o construcie simpl si un pre de cost ct mai sczut.

Compunerea ambreiajului

Ambreiajul este compus din urmtoarele prti principale:1. Partea conductoare este acea parte a ambreiajului care este montat pe volantul motorului. Ea poate fi identificat ca fiind acea parte a ambreiajului care se roteste cnd motorul este in functiune, ambreiajul este decuplat, iar automobilul st pe loc. Aceasta cuprinde urmtoarele componente principale:

- carcasa interioar a ambreiajului;

- placa sau discul de presiune;

- arcul (arcurile de presiune).

2. Partea condus este acea parte a ambreiajului care este in legtura cinematic direct cu arborele de intrare (primar) al schimbtorului de viteza. Ea poate fi identificat ca fiind acea parte a ambreiajului care nu se rotete cnd motorul e in funciune, ambreiajul e decuplat, iar automobilul sta pe loc. Aceasta cuprinde urmtoarele componente:

- discul sau discurile conduse ale ambreiajului;

- arborele ambreiajului.

3. Sistemul de actionare sau de comanda al ambreiajului - are in componen dou prti:

a) sistemul interior de actionare care cuprinde piesele si subansamblele care realizeaz comanda ambreiajului si sunt situate in interiorul carterului. In varianta complet sistemul cuprinde urmtoarele:

- prghiile de debreiere;

- inelul de debreiere;

- mantonul de debreiere cu rulmentul de presiune si suportul su;

- furca ambreiajului.

b) sistemul exterior de actionare cuprinde toate piesele si subansamblele montate ntre pedala ambreiajului si captul furcii ambreiajului. El are mai multe variante constructive si constituie un criteriu de clasificare a ambreiajelor.

1.2. STUDIUL COMPARATIV AL AUTOVEHICULELOR CU DATE TEHNICE SIMILARE CU CEL DIN TEMA DE PROIECTNr.1234

Marca

CaracteristiciFIAT MAREAFIAT MULTIPLFIAT STILOFiat Brava

Pe(Kw)81858575

NP (rot/min)4000400040004200

Me(N*m)200203255200

nM (rot/min)1500150020002250

Vmax(km/h)186176192180

nr. cilindri4444

Masa tot(kg)1290130015001254

I 03,77

I 13,48

I 22,01

I 31,39

I 41

I 50,71

Forma roilor4x22x42x44x2

Tip ambreiajmonodiscmonodiscmonodiscmonodisc

Tip arcuri de presiunediafragmadiafragmadiafragmadiafragma

Tip mecanism actionaremecanicmecanicmecanicmecanic

Tip si dimensiuni anvelope185/65 R14185/65 R15195/65 R15195/65 R14

II. MEMORIU DE CALCUL

La calculul ambreiajului se urmrete stabilirea dimensiunilor elementelor principale ale acestuia, n raport cu valoarea momentului motor i pe baza parametrilor constructivi ai automobilului.

Calculul unui ambreiaj cuprinde n principal: determinarea dimensiunilor garniturilor de frecare; calculul arcurilor de presiune; calculul arborelui; calculul mecanismului de acionare.

Pe baza analizelor modelelor similare de autovehicule se alege pentru autovehiculul din tema de proiect urmtoarele:

un motor cu ardere intern avnd:

schimbtorul de vitez n trepte cu urmtoarele rapoarte de transmisie:

raportul de transmisie al transmisiei principale:

soluia constructiv de ambreiaj:

ambreiaj mecanic monodisc cu arcuri periferice elicoidale i mecanism de acionare mecanic. masa total a autovehiculului:

tipul anvelopei:

185/60 R142.1. Determinarea momentului de calcul al ambreiajului

Pentru ca ambreiajul s transmit momentul maxim dezvoltat de motor fr s patineze, pe toat durata de funcionare chiar i dup uzarea garniturii de frecare cnd valoarea forei de apsare a arcurilor de presiune scade este necesar ca momentul de frecare a ambreiajului s fie mai mare dect momentul maxim al motorului. Momentul de calcul al ambreiajului reprezint momentul fa de care se dimensioneaz elementele ambreiajului. Acesta se determin cu relaia:

unde: - momentul de calcul al ambreiajului;

- coeficient de siguran al ambreiajului;

- momentul motor maxim.

Valoarea coeficientului maxim de siguran se alege conform recomandrilor literaturii de specialitate [1] n funcie de tipul ambreiajului i condiiile de exploatare ale autovehiculului. Astfel pentru autoturisme avem: = 1,31,75.

Alegem = 1,3Criteriile care au stat la baza alegerii lui au fost:

ambreiajul s nu patineze dup uzura garniturilor

fora la pedal s aibe valori optime astfel nct s nu suprasolicite conductorul auto.

2.2. Determinarea dimensiunilor garniturilor de frecare

Calculul garniturilor de frecare cuprinde: determinarea dimensiunilor, calculul presiunii specifice i verificarea la uzur.

Fig. 2.1. Garnitura de frecare a ambreiajului Raza exterioar a garnituri de frecare se determin cu relaia:

unde:

- coeficientul ce depinde de tipul ambreiajului i al autovehiculului.

= 2530 pentru ambreiaj monodisc de autoturisme

Se alege= 27

i=2 numrul de perechi de suprafee aflate n contact

pentru autovehicule c=0,55...0,75

se alege c=0,55.

Valorile superioare ale lui c corespund motoarelor ce funcioneaz la turaii ridicate deoarece alunecrile dintre suprafeele de frecare sunt mai intense la periferie.

Se alege c=0,75 deoarece motorul autovehiculului este rapid.

Deoarece dimensiunile garniturilor de frecare sunt standardizate se adopt conform STAS 7793-83 valorile superioare cele mai apropiate de cea calculat.

Dimensiunile garniturii de frecare alese din standard sunt:

diametrul exterior al garniturii: 212 mm

diametrul interior al garnituri: 130 mm

grosimea g =3,5 mmRaza exterioar a garniturii de frecare:

Raza interioar a garniturii de frecare:

Raza medie a suprafeei de frecare se determin cu relaia:

2.3. Determinarea forei de apsare al arcurilor asupra discului de presiune al ambreiajului

Din condiia ca momentul de calcul s fie egal cu momentul de frecare a ambreiajului rezult urmtoarea relaie:

- fora de apsare asupra discului de presiune;

- coeficientul de frecare dintre discurile ambreiajului; pentru frecare ferodou font = 0,250,35

Se adopt = 0,25

- coeficient ce ine seama de frecare dintre butucul discului condus i arborele ambreiajului.

Pentru ambreiaje monodisc = 0,900,95

Se adopt =0,90 Din relaia (6) obinem:

2.4. Verificarea garnituri de frecare

2.4.1. Verificarea presiuni specifice dintre garniturile de frecare

Presiunea specific ntre supape se determin cu relaia:

Pentru garniturile de frecare de ferodou valoarea admis a presiuni specifice este:

Deoarece garniturile rezist la presiune.

2.4.2. Verificarea la uzur a garniturii de frecare

Aprecierea solicitrilor la uzur a garniturii de frecare se face utiliznd lucrul mecanic specific de frecare la patinare n regimul pornirii de pe loc.

Acesta se determin cu relaia:

unde L reprezint lucrul mecanic de frecare la patinare al ambreiajului

unde:

- 1290- greutatea total a autovehiculului;

- raza de rulare a roilor motoare n metri

- raza liber a roi care se determin pe baza caracteristici anvelopei

iI raportul de transmitere al treptei nti de vitez

i0 raportul de transmitere al transmisiei principale

A aria suprafeei de frecare;

Avnd n vedere c autoturismul din tema de proiect are anvelop tip 185/65 R14 calculul razei libere a roii r0 se calculeaz cu formula:

unde:

Hpneu nlimea profilului pneului

Bpneu limea pneului

r raza jantei

Din relaia (9) rezult:


2.4.3. Verificarea ambreiajului la nclzirenclzirea ambreiajului se produce numai n timpul patinrii datorit transformrii lucrului mecanic de frecare n cldur. Verificarea la nclzire se face pentru discul cel mai solicitat termic i se apreciaz prin creterea de temperatur .n cazul ambreiajului monodisc verificarea la nclzire se face pentru discurile de presiune deoarece discul condus este izolat termic prin garniturile de frecare.

Creterea de temperatur se calculeaz cu relaia:

(15)

unde:

- coeficientul care exprim fraciunea din lucru mecanic de frnare consumat pentru nclzirea piesei care se verific.

pentru discul de presiune al ambreiajului monodisc

c cldura specific a materialului piesei care se verific.

c =0,115 pentru oel i font

- greutatea piesei care se verific.

Calcul greutii se face n ipoteza c discul de presiune este o plac de font cu seciunea din fig. 2.2, iar marginile acestuia trebuie s le depeasc pe cele ale garniturii de frecare cu 2-3mm.

Fig. 2.2 Discul verificat la nclzire.

- grosimea discului de presiune n metri

Se adopt constructiv =0,007

= 7800 pentru font;

g =9,81 m/acceleraia gravitaional;

A aria frontal a discului


Valoarea admisibil a creterii de temperatur pentru o cuplare la plecarea de pe loc n cazul utilizrii relaiei (15) este: . Deoarece rezult c ambreiajul rezist la nclzire.

2.5. Calculul arcului de presiune

Arcurile de presiune ale ambreiajului sunt solicitate dup un ciclu asimetric cu un coeficient de asimetrie R=0,80,9 iar numrul ciclurilor de solicitare n condiiile normale de exploatare nu depesc 5 cicluri. Din aceast cauz distrugerea arcurilor de presiune nu se produce datorit oboseli materialului.

Arcurile de presiune periferice elicoidale sunt arcuri cilindrice din srm tras de oel carbon de calitate pentru arcuri sau oel aliat pentru arcuri i au o caracteristic liniar. Calculul acestora const n determinarea diametrului srmei, a diametrului de nfurare a spirei, a numrului de spire i a lungimii arcului n stare liber.

2.5.1. Determinarea diametrului srmei i a diametrului de nfurare a spirei

Se adopt numrul arcurilor de presiune ca multiplu de 3 astfel nct fora de apsare ce revine unui arc s fie ntre 40...80 daN.

Se adopt numrul de arcuri na=6.

Fora este necesar s dezvolte un arc este:

O condiie necesar pentru ca manevrarea ambreiajului s nu fie obositoare este ca n momentul n care acesta este decuplat, fora dezvoltat de un arc Fa s fie maxim 10...25 % mai mare de valoarea corespunztoare poziiei cuplate.

Diametrul srmei arcului se determin din condiia de rezisten de torsiune a acestuia n poziie decuplat a ambreiajului cu relaia:

D diametrul de nfurare al spirei arcului.

Pentru arcurile elicoidale ale ambreiajului c = 58 conform literaturii de specialitate.

Se adopt c = 5. k coeficient de corecie ce depinde de raportul c i se determin cu relaia:

- rezistena admisibil a arcului


Deoarece dimensiunile pentru srma tras din oel pentru arcuri sunt standardizate se adopt conform STAS 893-67:

d =4mm. Diametrul de nfurare a spirei arcului conform relaiei (22) este:

2.5.2. Determinarea numrului de spire ale arcului de presiune

Din expresia matematic a sgei unui arc elicoidal din srm cu seciunea circular rezult relaia de calcul al numrului de spire active:

G modul de elasticitate transversal al srmei arcului;

G =800000 pentru oel de arc.

- rigiditatea arcului

unde:

- sgeata suplimentar corespunztoare deformrii arcului la decuplarea ambreiajului;

unde:

nd - numrul de discuri conduse;

- jocul dintre o pereche de suprafee de frecare necesar pentru decuplarea complet a ambreiajului.

= 0,751,5mm ambreiaj monodisc

Se adopt = 0,8 mm.

j creterea grosimii discului condus datorit elementului elastic axial

j =0,51,5mm.

Se adopt j =0,5 mm.




Numrul de spire trebuie s fie multiplu de 0,5 i mai mare dect 6. Deoarece spirele de la captul arcului nu sunt active, numrul total de spire

2.5.3. Determinarea lungimii arcului n stare liber

Lungimea arcului n stare liber se determin cu relaia:

- lungimea arcului comprimat n poziia decuplat a ambreiajului;

- sgeata arcului corespunztoare poziiei cuplate.

se determin din condiia ca distana dintre n starea comprimat a arcului s fie js=1 mm cu relaia:


2.5.4. Determinarea coeficientului de siguran a ambreiajului dup uzarea garniturii de frecare

Datorit uzrii garniturilor de frecare arcurile de presiune se destind mai mult i fora de apsare scade de la valoarea pn la .

Momentul de frecare al ambreiajului dup uzarea garniturilor de frecare este:

f sgeata corespunztoare arcului n poziia cuplat a ambreiajului

u - destinderea corespunztoare uzurii tuturor garniturilor de frecare pn la limita maxim admisibil.

- uzura admisibil pentru o garnitur de frecare.

=1,22mm Se alege =1,2 mm





Coeficientul de siguran al ambreiajului dup uzarea garniturii de frecare este:

Deoarece >1 rezult c ambreiajul va transmite fr patinare momentul maxim al motorului i dup uzarea garniturilor de frecare.

2.5.5. Determinarea lucrului mecanic necesar debreierii

Lucrul mecanic necesar debreierii este lucrul mecanic produs de forele elastice la comprimarea arcurilor de presiune cu sgeata F1 i se determin cu relaia:

unde:

- randamentul mecanismului de acionare

, conform literaturi de specialitate

Alegem:

2.6. Calculul arborelui ambreiajului

Arborele ambreiajului este supus solicitri de torsiune cu un moment egal cu momentul de calcul al ambreiajului i solicitrile de strivire si forfecare la nivelul canelurilor de-a lungul crora culiseaz discul condus.

Din condiia de rezisten la torsiune se determin diametrul interior al arborelui ambreiajului cu relaia:

unde:

- rezistena admisibil la torsiune i are valorile:=1000-1200 daN/cm2Alegem =1000 daN/cm2.

Materialul din care se confecioneaz arborele ambreiajului este oel aliat pentru cementare 21MoCr12 conform STAS 791-80. Deoarece arborii canelai au dimensiuni standardizate din STAS 1770-68 se aleg urmtoarele dimensiuni:

diametrul interior al canelurii di=34 mm diametrul exterior al canelurii de=36 mm

numrul de caneluri z=8 limea canelurii b=4 mm.Verificarea la strivire a canelurilor arborelui ambreiajului se face cu relaia:

unde:

l - lungimea butucului discului condus

Considerm c condiiile de lucru sunt condiii obinuite de lucru astfel ca lum lungimea discului condus ca fiind l=2 cm.

h - nlimea canelurii arborelui

Rezistena admisibil la strivire pentru canelurile arborelui ambreiajului este Psa=200250daN/cm2. Deoarece Ps

proiect ambreiaj

Documents

Transcript of proiect ambreiaj