Proiect realizat de: Beldiman Remus-IonutFacultatea: TransporturiSectia: Autovehicule RutiereGrupa: 8103Profesor indrumator: Dr.Ing.Nicoleta Eseanu

Transmisia longitudinala

1

1.Destinatia si conditiile impuse transmisiei longitudinale 1.1Destinatia si compunerea transmisiei longitudinale Transmisia longitudinala are rolul de a transmite momentul motor de la schimbatorul de viteze la transmisia principala in cazul automobilelor organizate dupa solutia clasica,precum si de la schimbatorul de viteze la reductorul-distribuitor si de la acesta la puntile motoare,si intre punti,in cazul automobilelor cu mai multe punti motoare.Rezulta deci ca transmisia longitudinala asigura transmiterea momentului motor intre diferite organe ala transmisiei automobilului, a caror pozitie relative este,in general,variabila.Schimbatorul de viteze este montat pe cadru ,iar transmisia principala in puntea din spate,suspendata de cadru prin intermediul unor arcuri.Axa geometrica a arborelui secundar al schimbatorului de viteze este asezata sub un anumit unghi in raport cu axa geometrica a arborelui conducator al transmisiei principale,unghi care variaza in timpul deplasarii automobilului.De aceea pentru a transmite momentul motor de la un arbore la altul,care au axele geometrice,dispuse sub un unghi variabil,se foloseste transmisia longitudinala compusa din articulatii cardanice,arbori longitudinali,cuplaje decompresare si paliere intermediare. Trebuie aratat ca transmisia longitudinala transmite momentul motor fara sa-l modifice . In figura 6.1 se reprezinta schemele diverselor transmisii longitudinale utilizate la automobilele 4x2. In figura 6.1,a se prezinta solutia cu tub central cand se utilizeaza o singura articulatie cardanica .Transmiterea fortelor de impingere si a momentului de reactie de la rotile motoare la cadrul automobilului se face prin `intermediul tubului central 4, in interiorul caruia se afla arboreal longitudinal 2.In figura 6.1,b se prezinta transmisia longitudinala cu doua articulatii cardanice montate la capetele arborelui longitudinal.Deoarece in timpul deplasarii automobilui distanta dintre cele doua articulatii cardanice este variabila,datorita modificarii sagetii arcurilor suspensiei,transmisia longitudinala este prevazuta cu un cuplaj de

2

Compresie axiala 5.Pentru a mari rigiditatea arborelui longitudinal si pentru a se micsora tendinta de vibrare,la unele automobile cu ampatamentul mare,transmisia longitudinala este prevazuta cu un arbore principal si unul sau doi arbori intermediary.(fig 6.1,c si d) In figura 6.2 se prezinta schema transmisiei longitudinale utilizata la automobilele 4x4 ,iar in figura 6.3 scheme de transmisii longitudinale utilizate la automobilele 6x4.

3

1.2Conditiile impuse transmisiei longitudinale Conditiile principale impuse transmisiilor longitudinale sunt

urmatoarele: sa asigure sincronismul miscarii arborilor cuplati;sa functioneze cu randament ridicat;sa asigure compensitatile axiale si unghiurile necesare ; sa fie echilibrate dinamic pentru a nu rezulta solicitari suplimentare ;sa nu atinga in exploatare turatia critica corespunzatoare regimului de rezonanta; sa asigure amortizarea vibratilor ;uzura suprafetelor in frecare sa fie minima ; montarea si demontarea sa fie usoara ;sa asigure unghiurile necesare intre axele arborilor ;intretinerea sa fie cat mai simpla;constructia sa fie simpla si economica etc.

2.Cinematica transmisiei longitudinale 2.1.Cinematica articulatiei cardanice In figura 6.4,a este reprezentata schema unei articulatii cardanice la care

arboreal 1 este conducator,iar arborele 2 condus si formeaza cu primul .Fiecare arbore are la capat cate o furca cu bratele AA` respectiv BB`.Legatura dintre bratele furcilor se face prin intermediul unei cruci cu bratele perpendiculare .In timpul rotatiei ,punctele AA` al furcii arborelui 1 descriu cercul 3,care se gaseste intr-un plan perpendicular pe arborele 1.Punctele BB` ale furcii arborele condus descriu cercul 4 ,care se gaseste intr-un plan ce face unghiul

cu planul cercului 3.Daca se considera ca arborele 1 se roteste pana cand punctul A ajunge in A ,in acelasi timp punctual B va ajunge in B .

Intre deplasarile unghiulare ale arborilor 1 si 2 exista urmatoarea relatie: tg =tg *cos ,(1)

in care: este unghiul de deplasare al furcii arborelui conducator; -unghiul de deplasare al furcii arborelui condus; -unghiul dintre cei 2 arbori.

4

Din 1 rezulta ca la o rotatie uniforma a arborelui conducator 1,arborele condus nu se va roti uniform si aceasta neunifomitate este cu atat mai mare ,cu cat unghiul dintre cei 2 arbori este mai mare. In figura 6.4,b este reprezentat decalajul unghiular ( - )dintre arborele 1 si arborele 2 in functie de unghiul pentru diferite valori ale unghiului .Din aceasta figura rezulta ca la o rotatie completa a arborelui conducator ( =0-360 ),arborele condus ramane in urma de doua ori si intrece tot de doua ori arborele conducator. Legatura dintre vitezele unghiulare si ale celor 2 arbori se poate abtine prin diferentierea relatiei 6.1,considerand unghiul constant:

.(2)

Prin impartirea ambelor parti ale ecuatiei cu dt si tinand seama ca d /dt=,iar d /dt= ,rezulta:

.(3)

Daca din relatia 3 se elimina functia trigonometrica cos ,tinand seama de relatia 1,dupa transformari rezulta:

.(4)

Valoarea maxima a raportului are loc atunci cand =0, ,2 ….,

rezultand : .(5)

Raportul are valoarea minima,atunci cand = /2, 3 /2, 5 /2…….:

.(6)

Limita maxima si limita minima a raportului sunt cu atat mai apropiate

una de alta,cu cat unghiul dintre cei 2 arbori este mai mic.

Dependenta dinte diferenta vitezelor unghiulare si viteza unghiulara a arborelui conducator se obtine pornind de la relatia

6,rezultand: (7)

In figura 6.5 se reprezinta grafic relatia 7 din care rezulta ca si viteza unghiulara a arborelui condus in timpul unei rotatii ramane in urma de doua ori si intrece tot de doua ori viteza unghiulara a arborelui conducator .

Cinematica transmisiei longitudinale

5

Pentru a inlatura dezavantajul articulatiei cardanice,transmisia longitudinala a automobilului utilizeaza doua astfel de articulatii,asezate la extremitatile arborelui longitudinal(fig 6.6).

tg =tg ` cos (8)De la arborele longitudinal

2,miscarea se transmite prin articulatia cardanica de la celalalt capat arborelui condus 3.Daca ` este deplasarea unghiulara a arborelui 2 si a arborelui 3,atunci se poate scrie :

tg =tg ` cos (9)

Daca se inlocuieste tg ` din rel 9 in rel 8,rezulta: tg =tg .(10)

Din aceasta relatie rezulta ca transmisia bicardanica devine sincrona daca .In cazul in care unghiul este diferit de unghiul

,atunci decalajul unghiular - dintre arborele 1 si 3 variaza in functie de unghiurile de inclinare ale arborilor ,conform figurii 6.7,a.Din figura rezulta ca decalajul unghiular( - ) este maxim pentru =0 si are valoare 0 cand .

Trebuie subliniat faptul ca si in cazul in care ,arborele longitudinal 2 se va roti cu o viteza unghiulara variabila,daca furcile 4 si 5,montate la extremitatile arborelui longitudinal , nu sunt in acelasi plan ci fac intre ele un unghi oarecare.In figura 6.7,b este reprezentata variatia decalajului unghiular ( -

) in functie de unghiul de rotatie al arborelui conducator pentru diferite unghiuri de decalare ale furcilor,cand .

Din cele de mai sus rezulta ca in cazul transmisiilor longitudinale bicardanice se obtine o viteza unghiulara constanta a arborelui condus daca sunt indeplinite conditiile :unghiurile pe care le face arborele longitudinal cu arborele conducator si condus,sa fie egale;furcile montate la extremitatile arborelui longitudinal sa fie in acelasi plan.

6

In practica transmisia bicardanica se intalneste fie in varianta Z(fig 6.8) 3.Constructia transmisiei longitudinale 3.1.Constructia articulatiilor cardaniceTransmisiile

longitudinale ale automobilelor moderne sunt prevazute cu articulatii cardanice asincrope rigide de tip deschis,cu rulmenti cu role-ace.

In figura 6.9 se reprezinta constructia articulatiei cardanice asincrope rigide de tip deschis,compusa din furcile 1 si 2,asamblate cu crucea 3,prin intermediul relmentilor cu role-ace 4.

Furca 1 este prevazuta cu o flansa cu ajutorul careia se asambleaza ,prin suruburi ,de flansa arborelui secundar al schimbatorului de viteze sau de flansa arborelui pinionului transmisiei principale.Furca 2 este solodarizata la rotatie cu arborele longitudinal fie prin sudura,fie printr-un butuc canelat care permite modoficarea distantei dintre cele doua articulatii cardanice ale arborelui.

Crucea cardanica este prevazuta cu canalele de ungere prin care lubrifiantul de la gresor 9 ajunge la rulmenti.

7

In scopul reducerii pierderilor prin frecare si marimii duratei de functionare ,legatura dintre orificile furcilor fusurile crucii se realizeaza prin intermediul unor rulmenti role-ace.

In figura 6.10 se prezinta divese siteme de entansare utilizate la articulatiile cardanice deschise.Sistemul de etansare cu inel din pasla este compus din inelul de etansate 1,din pasla presata,montat in carcasa metalica 2 si din bucsa 3.Suprafata frontala a bucsei este apasata pe inelul din pasla realizand etansarea.La sistemul din fig6.10,b manseta din cauciuc 3 e montata in carcasa 5 a carei margine exterioara este indoita in degajarea inelului exterior al rulmentului 6.Opritorul de praf 2 este montat prin presare pe portiunea fusului 1 de diametru mai mare.Mansetele de etansare sunt confectionate din dintr-un cauciuc sintetic rezistent la actiunea lubrifiantului precum si la temperature de cca 85 C.

In figura 6.11 se prezinta o sectiune printr-o supapa de siguranta care se utilizeaza la articulatii cardanice,fixarea carcasei rulmentilor in orificile bratelor furcilor se face cu ajutorul unui inel de siguranta 1 si b)dispus la unul din capetele carcasei.

3.2Constructia arborilor longitudinaliArborii longitudinali sunt organe ale transmisiei

longitudinale care fac legatura intre doua articulatii cardanice

sau intre articulatia cardanica si unul din agregatele transmisiei automobilului, avand rolul de a transmite la distanta momentul de torsiune si,uneori,fortele axiale.Arborii longitudinali sunt formati din partea centrala (arborele propriu-zis) si piese de legatura dintre partea centrala si articulatia cardanica sau agregatul transmisiei.Partea centrala a arborelui longitudinal poate avea sectiune circulara plina sau tubulara.Tevile din care se confectioneaza arborii longitudinali sunt tevi speciale din otel,trase sau sudate.

8

Forma constructive a arborelui longitudinal depinde de lungimea dintre centrele articulatiilor cardanice ,de regimul de incarcare si de locul de dispunere in cadrul transmisiei.

In figura 6.13 este reprezentat arborele longitudinal al unui autocamion 4x2 confectionat dintr-un tub de otel 8.Pe el,la capatul dinspre schimbatorul de viteze,este montat prin presare si consolidat prin sudura un arbore canelat 5,pe care culiseaza furca 2 a articulatiei cardanice 13,iar in capatul dinspre puntea motoare este montata furca 10 a articulatiei cardanice 14.Montarea furcii 2 pe arborele 5,prin intermediul canelurilor este necesara pentru a permite variatia distantei dintre axele crucilor cardanice 3 si 11 datorita variatiei sagetii suspensiei.Aceasta imbinare poarta denumirea de cuplaj de compresare axiala.Pentru micsorarea frecarii dintre caneluri si a uzurii lor,aceastea sunt unse prin intermediul gresorului 4,montat in butucul furcii 2.Pentru ca unsoarea san u iasa din regiunea de ungere precum si pentru a nu patrunde murdaria,butucul furcii 2 este prevazut la capat cu garnitura de etansare 6.Pentru a nu se produce presiuni in interiorul butucului furcii 2 care ar expulza unsoarea din imbinarea canelata prin garniture 6,la deplasarea acesteia,capacul 1 este prevazut cu orificiul 12.

La alte tipuri tipuri constructive cuplajul de compresie axiala poate fi protejat de un manson gofrat din cauciuc(fig.6.14).

Dupa fabricare ,arborele longitudinal impreuna cu articulatiile cardanice,este supus echilibrarii dinamice. Echilibrarea arborelui se realizeaza cu adausuri de metal,prin sudare,sub forma placutelor 7 si 8(fig.6.13).Dupa terminarea echilibrarii se marcheaza pe mansonul furcii alunecatoare 2 si arborele canelat 5,cate un reper pentru montare,deoarece montarea furcii 2 in alta pozitie ar putea duce la dezechilibrarea arborelui 8.

Pentru a obtine o echilibrare corespunzatoare a arborilor longitudinali se recomanda efectuarea unei echilibrari dinamice la o turatie joasa ,cuprinsa intre

9

600-1000 rot/min ,urmata de o verificare la o turatie nominala. Pentru dezechilibrari se admit urmatoarele valori:50g cm pentru autoturismele si autocamioanele mijlocii si 75g cm pentru autobuze si autocamioane grele.

In unele cazuri,dezechilibrarea admisibila a arborilor longitudinali este data pe unitatea de greutate la diferite turatii prescrise pentru efectuarea verificarii.Astfel firma Schenk da urmatoarele valori admisibile pentru dezechilibrare : mm/kg la n=950rot/min; g mm/kg la n=3000rot/min; g mm/kg la n=9500 rot/min.

In figura 6.15 se prezinta diferite tipuri constructive de arbori longitudinali telescopici.

3.3Constructia palierelor intermediareIn cazul cand distanta dintre punti este mare,utlizarea transmisiei

longitudinale bicardanice ar necesita un arbore prea lung,care,pentru evitarea functionarii in regim de rezonata,necesita un diametru prea mare.Din acest motivArborele longitudinal este sectionat in doua parti ,rezultand o transmisie longitudinala tricardanica ca un palier intermediar.Introducerea arborelui intermediar permite sa se reduca lungimea arborelui principal,marindu-i-se rigiditatea si micsorandu-se tendinta aparitiei rezonantei.In general arborele longitudinal se sectioneaza daca lungimea sa depaseste 1,8 2m.

In afara rolului principal de rezemare a arborelui longitudinal, palierul intermediar trebuie sa amortizeze vibratiile care iau nastere in transmisia longitudinala si sa permita compresari axiale ,radiale si unghiulare ale arborilor.

Palierele intermediare elastice (fig. 6.16) se compun , in principiu, dintr-un rulment radial cu bile pe un singur rand,montat intr-un suport, prin intermediul unui element elastic , care prezinta proprietati bune de amortizare si permite compresari unghiulare.La solutia din figura 6.16,a rulmentul 1 este montat cu

10

prestrangere in suportul 2, prin intermediul inelului din cauciuc 3. In figura 6.16,b se reprezinta un palier intermediar avand inelul din cauciuc 1 de dimensiuni mai mari, fiind prevazut si cu orificii pentru marirea elasticitatii.Palierele intermediare prezentate sunt prevazute cu o serie de aparatoare din tabla contra prafului,noroiului si apei,intrucat ele se gasesc sub caroseria automobilului.Palierele intermediare elastice se utilizeaza mai ales la automobilele 4x2.

Palierele intermediare rigide pot fi simple sau duble.Palierele intermediare rigide sunt compuse dintr-un lagar fix, cu rulmenti

oscilanti cu bile sau cu role,iar cele duble,cu rulmenti conici sau rulmenti radiali-axiali cu bile.

In figura 6.17 se prezinta un palier intermediar rigid, cu doi rulmenti conici,utilizat ka actionarea puntii motoare din spate la automobilele 6x6 sau 6x4.El se compune din arborele 3,avand montat la capete flansele 1 si 4 si din rulmentii conici 2,prin care arborele se sprijina in corpul suportului 5.

d

11

4.Calculul transmisiei longitudinale 4.1.Determinarea momentului de calcul Momentul de calcul al transmisiei longitudinale M se

determina,considerand cazul in care motorul rezvolta momentul maxim M ,iar schimbatorul de viteza se afla in treapta I-a, cu relatia:

(11),in care este raportul de transmisie al primei trepte a schimbatorului de viteze.

In cazul automobilelor cu mai multe punti motoare, cand nu se cunoaste distributia momentului motor la arborii longitudinali dispusi dupa reductorul-distribuitor, momnetul de calcul de determina in functie de aderenta rotilor

motoare :

in care Z este reactiunea normala a rotilor puntii motoare.La automobilele prevazute cu frana pe transmisie, in timpul franarii pana la

blocarea rotilor, datorita influentei momentelor de inertie ale acestora,incarcarea dinamica care apare depaseste momentul maxim de aderenta al rotilor cu solul,fiind practic limitat de valoarea momentului de franare. In acest caz momentul de calcul se determina cu relatia:

in care : este coeficientul de incarcare dynamic avand o valoare cuprinsa intre 1,5-3 .

4.2Calculul arborilor longitudinaliArbori longitudinali se calculeaza la torsiune si se verifica deformatia la

rasucire precum si la turatia critica.a.Calculul arborelui la torsiune.Efortul unitar la torsiune se determina cu

relatiile:-pentru arborele cu sectiune circulare plina,

(14)

unde d este diametrul arborelui longitudinal;

12

-pentru arborele cu sectiune tubulara:

(15)

b)Verificarea deformatiei la rasucire .unghiul de rasucire,exprimat in grade,al arborelui longitudinal se calculeaza

cu relatia: in care L este lungimea

arborelui; G-modulul de elasticitate transversal.

c)Verificarea arborelui longitudinal la turatie critica.Datoriata inexactitatii de montaj si a faptului ca arborele longitudinal are o sectiune mica si o lungime mare, iar capetele sunt,in general,libere in lagare, la functionarea cu turatie ridicata arborele are tendinta de a intra in vibratie,care duce la distrugerea lui.

II In figura alaturata se prezinta fortele si momentele care actioneaza asupra elementului arborelui de lungime d .Elementul de arbore se gaseste sub actiunea fortei centrifuge a fortelor taietoare T si T+dT si a momentelor incovoietoare M si M+dM. Trebuie precizat ca se neglijeaza greutatea proprie a

13

arborelui considerandu-se supus la inconvoiere numai de forta centrifuga.

Din ecuatia de momente fata de centrul de greutate al elementului rezulta:

(17)

Sau neglijind produsul dT dx/2 se obtine ecuatia diferentiala : dM/dx=T(18)

Prin diferentierea relatiei 18 se obtine:

Ecuatia diferentiala a fibrei medii deformate este de forma:

In care : E-este modulul de elasticitate; I-momentul de inertie al arborelui.

Diferentiind relatia 20 si inlocuind expresia obtinuta pentru in relatia

19 rezulta: .(21)

Din conditia de echilibru a elementului de arbore,proiectand fortele pe axa verticala rezulta:

T-(T+dT)-F =0.(22) In acesta caz forta centrifuga este data de relatia: Inlocuind expresia fortei centrifuge in relatia 22 rezulta:

(24)

Tinand seama de expresia 24 ecuatia diferentiala 21 devine:

Integrala generala a acestei ecuatii diferentiale este de forma:

unde :A,B,C,D sunt constante,iar k are expresia:

Din solutia generala a ecuatiei 26 se constata ca primii doi termeni nu vor schimba de semn daca A=B.In felul acesta ,solutia generala a ecuatiei devine:

14

Pentru determinare constantelor A si C,in cazul unui arbore liber rezemat,se poate considera ca la capetele arborelui (x=L/2),razele de curbura sunt infinite,adica

Diferentiind de doua ori relatia 28 si punand conditia ca x=L/2,se obtine o ecuatie in A si C.Daca in expresia 28 se considera ca la x=L/2,y=0,rezulta a doua ecuatie in A si C.Rezolvand cele doua ecuatii rezulta:

Inlocuind constantele in relatia 28,rezulta:

Ruperea arborelui se produce la o anumita turatie critica pentru care y=

.Se observa ca y= cand cos kL/2,adica pentru

Din conditia ca tinand seama de expresia lui k(27),rezulta:

(30)iar turatia critica:

Considerand arborele din otel cu E=2,1x10 daN/cm si daN/cm ,rezulta:

-pentru arborele de sectiune plina liber rezemat,

(32)

-pentru arborele tubular liber rezemat,

(33)

In cazul in care arborele este montat la capetele pe rulmenti intr-o trompa cardanica se poate considera ca dy/dx=0.Prin diferentierea relatiei 28 si punand conditia x=L/2,se obtine o ecuatie in A si C, iar daca relatia 28 se considera ca la x=L/2,y=0,rezulta a doua ecuatie in A si C, din care prin rezolvare rezulta:

(34)

Turatia critica a arborelui rezulta atunci cand una din constantele A sau C devine infinita.Conditia este satisfacuta daca:

15

Rezolvand relatia 36 rezulta:

.(37)

Daca se tine seama de expresia 27,turatia critica este data de relatia:-pentru arborele de sectiune plina montat pe rulmenti,

-pentru arborele tubular montat pe rulmenti,

4.3.Calculul articulatiei cardaniceElementele articulatiei cardanice care se calculeaza sunt furca,crucea si

rulmentii cu role-ace.a.Calculul furcii cardanice.Furca cardanica este solicitata de forta F,ce

actioneaza in axa bratului si este perpendicular ape planul ei(fig 19).

(42)

in care :R distanta de la axa de rotatie la punctul B de aplicare a fortei. Eforturile unitare la inconvoiere si torsiune A-A` se determina cu relatiile:

-pentru inconvoiere:

-pentru torsiune:

Unde: ,pentru sectiunea dreptunghiulara si pentru sectiunea

eliptica.Pentru materialele din care se confectioneaza

furcile cardanice efortul unitary admisibil la inconvoiere este ,iar efortul unitary admisibil la torsiune

In tabelul 6.4 se dau principalele dimensiuni ale furcilor cardanice in functie de momentul maxim transmis.

b.Calcului crucii cardanice.Crucea cardanica este supusa solicitarilor de inconvoiere ,forfecare si strivire de catre forta F(rel.42) ce actioneaza in bratele acesteia(fig 20).

16

Efortul unitar va fi:

5.Materiale utilizate in constructia partilor componete ale transmisiei longitudinale

Arborele longitudinal.Partea tubulara a arborelui longitudinal se executa conform STAS din trei tipuri de tevi,in functie de modelul de executie;tevi din otel trase la rece fara sudura-material CDS;tevi din otel sudate electric cap la cap prin rezistenta-material ERW;tevi din otel trase la rece si sudate electric cap la cap prin rezistenta-material CEW.Portiunea canelata a arborelui longitudinal se executa din oteluri de imbunatatire slab aliate,cu continut de carbon echivalent cu 40 C 10 STAS 791-963.

In tabelul 6.6 sunt date caracteristicile otelurilor aliate folosite de firma G.W.B. la construirea arborilor cardanici.

17

BIBLIOGRAFIE

18

1.Alfieri,G.Dispozitivi limitatori dell`intensita di frenata,in A.T.A.,vol 14,nr.9/1961

2.Alfieri,G.Equipements de freinage pour vechicule lourds et rapides,XII Congres FISITA,Barcelona,1968.

3.Bssien,R.Automobillechnisches Handbuch T.V.H.C.,Berlin,1965.

4.Charjette,I.Technique automobile.Dunod,Paris,1965.

5.Dimsit, I. I.Korobki peredaci.Masghiz,Moskva,1960.

6.Dudita,F.Transmisii cardanice.Editura tehnica,Bucuresti,1966.

7.Untaru,M. Automobile.Editura didactica si pedagogica,Bucuresti,1975.

8.Untaru, M Constructia si calculul automobilelor.Editura tehnica,Bucuresti,1974.

19