Calculul i construcia autovehiculelorProiectAmbreiajul auto

Profesor ndrumtor: Student:

Dr.ing. Doru Bldean Radu Laiu

Tema de proiect:

S se proiecteze ambreiajul pentru autovehiculul care are urmatoarele caracteristici:-tipul: autoturism Opel Corsa 1.4 16V;-numrul de locuri:5 locuri;-momentul maxim:14 daNm;-turaia:5750 rot/min;-turaia corespunztoare momentului maxim: 3750 rot/min;-vitez maxim: vmax=180 km/h.

1. Memoriul tehnic 1.1. IntroducereAmbreiajul este ansamblul care se plaseaz ntre motor i cutia de viteze separnd cinematic motorul de transmisie, fiind amplasat n vecintatea volantului cu care este compatibil n dimensiuni (fig. 1.1).Ambreiajul este inclus n transmisia autovehiculului n scopul compensrii principalelor dezavantaje ale motorului cu ardere intern, care constau n:- imposibilitatea pornirii sub sarcin;- existena unei zone de funcionare instabil;- imposibilitatea inversrii sensului de rotaie al arborelui cotit.

Fig.1.1. Dispunerea ambreiajelor n echipamentul de propulsie. 1-motor cu ardere intern; 2-ambreiajul; 3-cutie de viteze.

1.2. Rol

Ambreiajul este inclus n transmisia automobilului n scopul compensrii principalelor dezavantaje ale motorului cu ardere intern, care constau n: imposibilitatea pornirii sub sarcin, existena unei zone de funcionare instabil i mersul neuniform al arborelui cotit. Necesitatea includerii ambreiajului n transmisia automobilului este determinat de particularitaile funcionrii acesteia, caracterizate mai ales de cuplarea i decuplarea cu motorul. Decuplarea este necesar la oprirea i frnarea total a automobilului sau schimbarea treptelor de vitez, iar cuplarea este necesar la pornirea din loc i dup schimbarea treptelor de vitez. Cuplarea lin a arborelui primar al cutiei de viteze cu arborele cotit al motorului, care are o turaie ridicat, asigur creterea transmisiei i far ocuri a sarcinii la dinii roilor dinate si la piesele transmisiei, fapt care reduce uzura si elimina posibilitatea ruperii lor. Prin decuplarea transmisiei de motor, roile dinate din cutia de viteze nu se mai afl sub sarcin i cuplarea lor se poate face far eforturi mari ntre dini. n caz contrar, schimbarea treptelor de vitez este aproape imposibil, funcionarea cutiei de viteze fiind nsoit de zgomot puternic, iar uzura dinilor este deosebit de mare putnd avea loc chiar distrugerea lor.Aprecierea diferitelor tipuri de ambreiaje se face n funcie de gradul satisfacerii de ctre acestea a urmtoarelor cerine: asigurarea transmiterii momentului maxim al motorului, cuplarea lin i decuplarea rapid, momentul de inerie mic i al pieselor conduse, reglarea i ntreinerea uoara, fabricaia simpl i cost ct mai redus.Cerina principal privind asigurarea transmiterii momentului maxim al motorului este ndeplinit de toate tipurile de ambreiaje corect calculate. n ceea ce privete ndeplinirea celorlalte cerine, gradul de satisfacere este diferit de la un tip la altul, funcie de particularitile constructive i de funcionare.Ambreiajele mecanice cu un singur disc corespund cel mai bine tuturor cerinelor amintite fapt pentru care au raspndirea cea mai larg n construcia de automobile. Ambreiajele mecanice cu dou discuri prezint aproape aceleai avantaje ca i cele cu un singur disc, cu excepia faptului c momentul de inerie al pieselor conduse este mai mare i rapiditatea decuplrii nu este totdeauna satisfactoare. Ambreiajele hidraulice asigur o cuplare i o pornire din loc foarte lin, ns nu asigur decuplarea complet a motorului, au dimensiuni de gabarit mai mari i sunt mult mai scumpe. Ambreiajele electromagnetice corespund din punct de vedere al cerinelor impuse, dar nu sunt suficient de sigure n exploatare i solicit mult sistemul electric al automobilului. Ambreiajele combinate asigur cuplare lin i decuplarea rapid a motorului de transmisie, dar au cost foarte ridicat.Din punct de vedere al sistemului de acionare, cel mai important neajuns al ambreiajelor neautomate const n obosirea rapid a conductorului auto. Acionarea mai uoar presupune utilizarea unui dispozitiv care folosete o sursa de energie n scopul micorrii forei la pedal, conductorul executnd aceleai operaii ca i la ambreiajul obinuit, dar cu eforturi mai mici. Acionarea automat are n vedere ca la una din manevrele obinuite ale conductorului auto, cum ar fi eliberarea pedalei de acceleraie sau manevrarea prghiei cutiei de viteze, fr alt intervenie, sistemul s decupleze, la momentul optim, motorul de transmisie i apoi s asigure cuplarea lin a acestora. Prin folosirea sistemelor automate de acionare, conducerea automobilului devine mai uoar, datorit suprimrii pedalei ambreiajului, dar sigurana de funcionare este mai redus i costul mult mai ridicat dect la acionarea direct, neautomat. De aceea, sistemele de acionare automat au o raspndire limitat n construcia de automobile.Necesitatea includerii ambreiajului n transmisia autovehiculului este determinat de particularitile funcionrii acesteia, caracterizate mai ales de cuplarea i decuplarea cu motorul. Astfel, rolul ambreiajului este: - s decupleze transmisia de motor la oprirea autavehiculului cu motorul n funciune si la schimbarea treptelor de viteze; - s asigure demararea n bune condiii a autovehiculului, asigurnd o cretere progresiv a solicitrilor n transmisie; - s limiteze valoarea maxim a momentului de rsucire n organele transmisiei i motorului prin patinarea elementelor sale, acionnd ca un cuplaj de siguran; - s izoleze vibraile torsionale provenite din funcionarea motorului i din deplasarea autovehiculului pe calea de rulare.Decuplarea este necesar la oprirea i frnarea total a autovehiculului sau la schimbarea treptelor de viteze, iar cuplarea este necesar la pornirea de pe loc i la shimbarea treptelor de viteze. Cuplarea lin a arborelui cotit (care are o turaie ridicat) cu arborele primar al cutiei de viteze, asigur creterea treptat i far ocuri a sarcinii la dinii roilor dinate i la piesele transmisiei. Prin decuplarea transmisiei de motor, roile dinate din cutia de viteze nu se mai afl sub sarcin, iar cuplarea lor se realizeaz fr eforturi mari ntre dini. n caz contrar schimbarea treptelor de viteze este aproape imposibil, funcionarea cutiei de viteze fiind nsoit de zgomote puternice, iar uzura dinilor este deosebit de mare putnd avea loc chiar distrugerea lor.

1.3. Cerine

Cerinele impuse ambreiajului sunt: - s se decupleze complet i rapid motorul de transmisie, pentru a permite schimbarea treptelor de viteze fr ocuri i pentru a prentampina uzura prematur a ambreiajului prin existena frecrii mecanice dintre suprafeele de contact atunci cnd autovehiculul este oprit cu motorul n funciune; - cuplarea motorului cu transmisia s se fac lin i progresiv, asigurnd o cretere progresiv a momentului pe care l transmite, pentru a evita pornirea brusc a autovehiculului de pe loc i apariia unor solicitri dinamice n transmisie; - s transmit sigur i integral momentul maxim al motorului, fr patinare, n toate condiiile normale de funcionare; - s protejeze motorul i transmisia n regimurile n care pot aparea suprasarcini dinamice (prin patinarea organelor sale);- s fie capabil s preia ntreaga cldur produs de suprafeele n frecare i s evacueze o parte din aceasta pentru ai menine regimul termic la valori reduse; - partea condus (solidar la rotaie cu arborele primar al cutiei de viteze) s aib momentul de inerie ct mai mic, pentru a scurta la minim durata de egalizare a vitezelor unghiulare ale roilor dinate ce urmeaz a fi cuplate; - parametri de baz ai ambreiajului s varieze ct mai puin pe ntreaga durat de funcionare; - formele normale pe suprafaa de lucru s se echilibreze reciproc (fr s se transmitlagrelor); - s aib durata de seviciu i rezisten la uzura ct mai mare; - s aib dimensiuni geometrice i mase ct mai reduse; - s confere siguran n funcionare printr-o construcie simpl i ieftin.

1.4. Destinaie

Pornirea motoarelor cu ardere intern nu este posibil sub sarcin, fiind necesar desfacerea legturii dintre motor i transmisie prin decuplarea ambreiajului sau prin aducerea cutiei de viteze n poziia neutr (punctul mort). La pornirea motorului, n acest al doilea caz, vor fi puse n micare de rotaie ambreiajul i toate prile cutiei de viteze permanent legate de arborele primar, elemente ce reprezint prin momentul lor de inerie o sarcin ce trebuie nvins de sistemul de pornire al motorului (la temperaturi sczute rezistenele ce trebuie nvinse sunt i mai mari din cauza vscozitaii lubrifiantului din cutia de viteze). De aceea, pentru uurarea pornirii motorului este indicat desfacerea legturii dintre motor i transmisie prin debreiere. Plecarea de pe loc a autovehiculului (dup ce motorul a fost pornit) se face prin cuplarea progresiv a arborelui cotit al motorului, aflat n micare de rotaie cu o turaie de ordinul a 700...1000 rotaii/ min cu transmisia solidar cu roile motoare, aflate iniial n repaus. Cuplarea progresiv a motorului de transmisie se realizeaz prin cuplarea ambreiajului i ncepe din momentul punerii n contact cu frecare a suprafeelor frontale de frecare ale prilor conductoare i condus. Din acest moment, procesul pornirii din loc a autovehiculului se suprapune peste fazele de funcionare ale ambreiajului.

1.5. Clasificare

Clasificarea ambreiajelor utilizate n construcia autovehiculelor se realizeaz dup modul de acionare i dup modul de transmitere a momentului motor.a. Dup modul de acionare ambreiajele se mpart n: - ambreiaje neautomate (puse n funciune de fora muscular a conductorului prin acionarea mecanic sau hidraulic). Pentru reducerea efortului depus de conducator, sistemul de acionare a ambreiajelor neautomate poate fi prevazut cu un servo-mecanism de tip mecanic, hidraulic sau pneumatic; - ambreiaje automate, acionate hidraulic, pneumatic, electric sau vacuumatic, n funcie de poziia pedalei de accelerarie, turaia i sarcina motorului sau de poziia prghiei de schimbare a treptelor de vitez. b. Dup modul de transmitere a momentului motor de la partea conductoare la cea condus, ambreiajele se mpart n: - mecanice cu friciune, care realizeaz transmiterea momentului motor prin frecarea dintre prile conductoare i cele conduse ale ambreiajului; - hidraulice, care transmit momentul motor prin intermediul unui lichid; -electromagnetice, care realizeaz transmiterea momentului motor prin interaciunea cmpurilor electromagnetice ale prilor conductoare si conduse; - combinate.Ambreiajele mecanice se clasific dup mai multe criterii i anume:a. Dup forma suprafeei de frecare i direcia de aplicare a forei de apsare, se deosebesc: - ambreiaje cu discuri (fora axial); - ambreiaje cu tamburi(fora radial); - ambreiaje cu conuri (fora radial-axial).b. Dup modul de realizare a forei de apsare, exist: - ambreiaje cu arcuri; - ambreiaje cu prghii; - ambreiaje electromagnetice, ambreiaje hidrostatice cu apsare hidraulic, ambreiaje semicentrifuge, ambreiaje centrifuge.c. Dup construcia mecanismului de presiune, se deosebesc: - ambreiaje normal cuplate; - ambreiaje facultativ cuplate.d. Dup natura frecrii, pot fi: - ambreiaje cu frecare uscat; - ambreiaje cu frecare umed.e. Dup modul de distribuie a puterii de transmisie, se deosebesc: - ambreiaje cu un singur sens (simple); - ambreiaje cu dou sensuri (duble).Ambreiajele normal cuplate sunt prevzute cu arcuri care apas tot timpul asupra suprafeelor de frecare. Pentru decuplare se aplic o for asupra unei pedale sau manete, care comprim suplimentar arcurile, ndeprtnd suprafeele de frecare ale ambreiajului. Odat cu eliberarea pedalei de decuplare discurile de friciune revin n contact sub aciunea arcurilor. Prin urmare aceste ambreiaje n mod normal sunt cuplate i se decupleaz numai sub aciunea unei fore din exterior. Aceste ambreiaje au cea mai larg rspndire la autovehiculele rutiere.Ambreiajele normal cuplate simple permit transmiterea puterii numai ntr-un singur flux la transmisia autovehiculului.Ambreiajele normal cuplate duble se folosesc la tractoare i permit transmiterea puterii de la motor n dou fluxuri: la transmisia tractorului i la transmisia arborelui prizei de putere.Ambreiajele facultativ cuplate necesit aciunea unei fore din exterior, att la cuplare cat i la decuplare, ns odata cuplate sau decuplate rmnnd n aceasta poziie, indiferent dac aciunea forei s-a ntrerupt sau nu.Ambreiajele cetrifuge (sub aciunea unor arcuri) sunt decuplate cnd motorul nu funcioneaz. Pe msura creterii turaiei motorului,contragreutile cu care este prevazut ambreiajul se deplaseaz apsnd pe discul de presiune i realiznd cuplarea. La reducerea turaiei motorului pn la mersul n gol, ambreiajul se decupleaz. La cuplarea treptelor de viteze, decuplarea acestui ambreiaj se realizeaz acionnd asupra unei pedale. Aceste ambreiaje prezint dezavantajul c, la turaie intermediar i sarcin mare a motorului, pot s patineze. Au perspective de aplicare n transmisiile automate.

1.6. Variante constructive:

1.Ambreiaj Ford Fiesta 1.4:

Fig.1.2 Plac de presiune i disc de ambreiaj

Date tehnice: -putere: 55 kw;-turaia de putere: 5200 rot/min;-momentul maxim: 180 Nm;-turaia de moment: 2800 rot/min;-masa total: 1250 kg;- vitez maxim: 180 km/h;-tip ambreiaj: monodisc uscat;-tip arcuri de presiune: periferice;-mecanism de acionare: mecanic;

2.Ambreiaj Logan 1.6 16V:

Fig1.3. Plac de presiune i disc de ambreiajDate tehnice: -putere: 77 kw;-turaia de putere: 5750 rot/min;-momentul maxim: 148 Nm;-turaia de moment: 3750 rot/min;-masa total: 1280 kg;- vitez maxim: 174 km/h;-tip ambreiaj: monodisc uscat;-tip arcuri de presiune: periferice;-mecanism de acionare: mecanic; 3.Ambreiaj Opel Astra 1.4 :

Fig1.4. Plac de presiune, rulment , disc de ambreiaj

Date tehnice: -putere: 74 kw;-turaia de putere: 3500 rot/min;-momentul maxim: 170 Nm;-turaia de moment: 2000 rot/min;-masa total: 1600 kg;- vitez maxim: 180 km/h;-tip ambreiaj: monodisc uscat;-tip arcuri de presiune: periferice;-mecanism de acionare: mecanic;

4. Ambreiaj VW Golf 3 1.6:

Fig.1.5Date tehnice: -putere: 57kw;-turaia de putere: 4000 rot/min;-momentul maxim: 196 Nm;-turaia de moment: 2250 rot/min;-masa total: 1230 kg;-vitez maxim: 185;-tip ambreiaj: monodisc uscat;-tip arcuri de presiune: periferice;-mecanism de acionare: mecanic;

Varianta proiectat : Ambreiaj Opel Corsa 1.4 16V:

Fig.1.6 Plac de presiune, rulment , disc de ambreiaj

Date tehnice: -putere: 74 kw;-turaia de putere: 4750 rot/min;-momentul maxim: 151 Nm;-turaia de moment: 3750 rot/min;-masa total: 1145 kg;-vitez maxim: 180;-tip ambreiaj: monodisc uscat;-tip arcuri de presiune: periferice;-mecanism de acionare: mecanic;

1.7. Justificarea alegerii fcuteAmbreiajele cele mai rspndite la automobile sunt ambreiajele mecanice, la care legtura dintre partea conductoare i partea condus este realizat de forele de frecare care apar ntre suprafeele de frecare. Dup forma geometric a suprafeelor de frecare ambreiajele pot fi: conice, cu discuri i speciale. Ambreiajele cu discuri sunt cele mai rspndite datorit construciei simple, greutii reduse i a unui moment de inerie alprii conduse mai mic dect la ambreiajele conice. Dup numrul de discuri conduse ambreiajele se mpart n: ambreiaje cu un singur disc,ambreiaje cu dou discuri (bidisc) i ambreiaje cu mai multe discuri (polidisc). Dup condiiilede lucrual suprafeelor de frecare, ambreiajele cu discuripot fi:ambreiaje cu suprafee de frecare uscat i ambreiaje cu suprafee de frecare n ulei. n funcie de modul de obinere al forei de apsare dintre suprafeele de frecare ambreiajele sempart n: ambreiajecu arc, ambreiaje semicentrifugale, ambreiaje centrifugale.Ambreiajele cu arc realizeaz fora de apsare dintre suprafeele de frecare cu mai multe arcuri dispuse periferic sau cu ajutorul unui arc central care poate fi simplu sau diafragm.n urma studiului soluiilor considerate ca fiind similare cu autoturismul primit prin tem spre proiectare i innd cont de realizrile recente n domeniu, ale unor firme reprezentativen industria autoturismelor, optez pentru folosirea ambreiajului mecanic, monodisc, uscat, cu arc central tip diafragm. Avantajele folosirii arcului central tip diafragm reies din caracteristica prezentat n figura 6.1.

Fig.6.1Dreapta 1reprezint caracteristica unui arc elicoidaliar curba 2caracteristica arcului tip diafragm. Punctul a corespunde poziiei cuplate a ambreiajului, iar punctele b i bcorespund poziiei decuplate. Din analiza celor dou caracteristici rezult urmtoarele: - acionarea ambreiajuluicu arc tip diafragm este mai uoar deoarece fora necesar pentru meninerea ambreiajului n poziia decuplat este mai redus la acest tip de arc ; - fora F cu care arcul tip diafragm acioneaz asupra discului de presiune se menine aproximativ constan i la uzura a garniturilor de frecare; - ambreiajul nu are tendina de patinare la uzura garniturilor deoarece momentul de frecare se menine aproximativ constant pe toat durata de funcionare a ambreiajului; - prezint oprogresivitate ridicat la cuplaredatorit elasticitiimari a arcului diafragm.Discul condus este de tipul cu element elastic suplimentar i amortizor pentru vibraiile de torsiune. Prin introducerea elementului elastic suplimentar se reduc sarcinile care apar la cuplarea brusca ambreiajului ise modific caracteristica elastic a transmisiei nlturndu-se prin aceasta posibilitatea apariieirezonanei de nalt frecven, iar amortizorul pentru oscilatiile de torsiune se introduc pentru a proteja transmisia autoturismului mpotriva rezonanei de joas frecven.Defectele ambreiajului se pot manifesta astfel:- ambreiajul nu cupleaz sau patineaz;- ambreiajul nu cupleaz;- ambreiajul cupleaz cu smucituri sau face zgomot;- ambreiajul patineaz sau nu cupleaz.Defectul se constat mai ales la deplasarea autovehiculului n treapta de priz direct, cu vitez redus, cnd motorul este accelerat iar turaia sa crete brusc, fr ca viteza automobilului s se mreasc sensibil.Defectul are mai multe cauze:- lipsa cursei libere a pedalei oblig furca ambreiajului s apese n permanen pe rulmentul de presiune, ceea ce provoac uzura mai rapid. nlturarea defectului const n reglarea cursei libere a pedalei la valoarea prescris de fabricant.- existena uleiulul pe suprafaa discului de frnare se datoreaz ptrunderii acestuia n ambreiaj, ca urmare a pierderilor de ulei de la motor pe la palierul principal, a ungerii abundente a rulmentului de presiuni sau a depirii nivelului uleiului n carterul cutiei de viteze. nlturarea defectului const n splarea garniturilor de frecare cu benzin sau dac au fost mbibate cu ulei, se nlocuiesc. De asemenea, va trebui eliminat cauza ptrundeerii uleiului n ambreiaj.- slbirea sau declirea arcurilor de presiune este urmarea folosirii ndelungate i a supranclzirii acestora. Remedierea const n demontarea ambreiajului, verificarea rigiditii arcurilor de presiune i nlocuirea celor slbite.- uzura accentuat a garniturilor de frecare se datoreaz utilizrii necorespunztoare sau ndelungate a ambreiajului. Garniturile uzate peste limita admis se nlocuiesc.Ambreiajul se alege n funcie de tipul automobilului, n funcie de destinaia lui, de modul de utilizare, n funcie de gabarit, de aceea fiecare autovehicul are un anumit tip de ambreiaj, cu diferite particulariti.

18