Partea I

Proiectarea schimbătorului de viteză cu variaţie în trepte a raportului de transmitere

5

Capitolul 1. Studiul soluţiilor constructive posibile pentru schimbătorul de viteză şi alegerea justificată a soluţiei de schimbător de viteză care se proiectează.

1.1. Scurtă justificare a prezenţei schimbătorului de viteze pe automobil

Rezistenţele la înaintare ale autovehiculelor variază mult în funcţie de condiţiile de deplasare corespunzătoare acestora trebuind modificată şi forţa de tracţiune. Majoritatea autovehiculelor actuale au ca sursă de propulsie motorul cu ardere internă care permite o variaţie limitată a momentului motor şi deci implicit a forţei de tracţiune.

Din această cauză, autovehiculele echipate cu motoare cu ardere internă trebuiesc prevăzute cu un schimbător de viteze.

Schimbătorul de viteză are rolul de a transforma cuplul şi turaţia motorului cu ardere internă astfel încât să se obţină forţa de tracţiune la roată necesară pornirii din loc a automobilului, atingerii vitezei maxime şi învingerii rezistenţelor din partea drumului.

Schimbătorul de viteză face posibilă deplasarea în palier cu viteze reduse, ceea ce motorul cu ardere internă nu poate face, din cauza că nu poate funcţiona la o turaţie mai mică decât turaţia minimă stabilă de funcţionare. Deasemenea permite schimbarea sensului de mers al automobilului, decuplarea prelungită a motorului de transmisie la pornirea motorului.

Schimbătorul de viteză trebuie sa permită automobilului să urce panta maximă stabilită în tema de proiectare cu viteză constantă, acest lucru realizându-se printr-un raport de transmitere ce asigură o forţă de tracţiune la roată suficient de mare pentru învingerea rezistenţei la pantă.

Schimbătoarele de viteză trebuie să îndeplinească următoarele condiţii pentru a putea fi folosite pe automobil.

Aceste condiţii sunt:

1. Să asigure performanţele necesare de dinamicitate şi de consum redus de combustibil, prin utilizarea celei mai potrivite trepte şi alegerea numărului optim de treapte;

2. Să asigure decuplarea sigură a motorului de transmisie în momentele cerute de condiţiile de utilizare a automobilului;

3. Să fie simple şi uşor de comandat;4. Să funcţioneza cu randament ridicat;5. Să aibe dimendiuni de gabarit şi mase reduse;6. Să fie sigure în funcţionare;7. Să necesite o întreţinere uşoară;8. Să fie ieftine;9. Să funcţioneza fără zgomot.

6

1.2. Prezentarea unui schimbător de viteze similar cu cel care se proiectează

Pe baza analizei comparative a modelelor similare de autobuz interurban, alese la proiectul “Automobile II”, se alege pentru proiectare un SV cu 3 arbori, cu 6 trepte de mers înainte și o treaptă de mers înapoi, dispus longitudinal, întrucât toate modelele similare sunt dotate cu astfel de schimbatoare de viteză.

Fig. 1.1. Cutia de viteze cu 3 arbori cu 6 trepte, dispunere longitudinală

7

1.3. Prezentarea şi analiza soluţiilor constructive posibile pentru componentele schimbătorului de viteze

1.3.1 Arborii din SV

a.) Arborele primar Arborele primar face corp comun cu pinionul angrenajului permanent si servește drept reazem

pentru arborele secundar. Arborele primar (ca si ceilalți arbori ) fiind montat pe rulmenți se cer respectate următoarele condiții : pentru a permite variații de lungime ale arborelui (sub influența temperaturii ), făra a duce la înțepenirea axiala a lui , numai un rulment preia forțele axiale , celălalt având posibilitatea să se deplaseze axial ; inelul montat pe organul in rotație se monteaza presat , iar celalalt inel se introduce în organul fix(carcasa) printr-o presare usoara.

Soluții constructive pentu lagărul din fața al arborelui primar sunt prezentate in figura 1.2. , iar pentru lagărul din spate in figura 1.3.

Fig. 1.2. Soluții constructive pentru lagărul din fată al arborelui primar

8

Fig. 1.3 Soluții constructive pentru lagărul din spate al arborelui primar

b.)Arborele intermediarArborele intermediar se poate monta în două variante: cu rulmenți normali sau construcție

monobloc pe ax. Prima soluție se folosește în special la autocamioane si autobuze. Uneori, arborele intermediar se sprijină pe rulmenți radiali – axiali cu role conice. În acest caz, jocul din rulmenți trebuie să fie suficient de mare pentru a permite dilatarea axiala a arborelui, fără blocarea rulmentilor. Reglarea jocului din rulmenții conici se realizeaza cu ajutorul garniturilor de reglaj de la capacele din capetele arborelui.   

Fig. 1.4 Soluții constructive pentru arboreal intermediar

c.)Arborele secundar Arborele secundar al schimbătorului de viteze se sprijină cu partea anterioară pe arborele

primar, iar cu partea posterioară în carterul schimbătorului de viteze. Forțele axiale ce apar sunt preluate de către lagărul posterior .

9

Lagărul anterior al arborelui secundar în majoritatea cazurilor este un lagăr cu rulmenți cu role-ace fără inel exterior si interior. În prezent este foarte răspândita soluția la care jocul periferic dintre rolele-ace este redus pentru ca la demontarea arborelui secundar rolele să ramană dispuse periferic in locașul din arborele primar.

Pentru usurința montajului deplasarea axiala a rolelor-ace este limitată de un inel elastic.Arborele secundar este prevăzut cu caneluri pe care se monteaza sincronizatoarele, necesare

obținerii treptelor prin roți dințate permanent angrenate. Roțile dintate de pe arborele secundar care se află în angrenare permanentă cu roțile de pe arborele intermediar sau principal, se pot monta pe lagăre de alunecare sau de rostogolire, cum este prezentat in fig. 1.5.

Fig. 1.5. Soluții constructive pentru arborele secundar

Fig. 1.6. Soluții constructive pentru fixarea roților libere pe arborele secundar

10

1.3.2 Sincronizatoarele

Sincronizatoare conice cu inerţie au o construcţie mai complicată decât cele de presiune constantă, însa înlătură principalul dezavantaj al acestora: nu asigură în orice condiţii egalarea vitezelor unghiulare, ceea ce duce la o cuplare foarte dificilă, chiar distructivă, a ansamblului. În plus, acestea au şi dispozitive speciale de blocare, care permit cuplarea treptelor numai după egalarea vitezelor unghiulare. Acestea pot fi de mai multe feluri:

- Cu inele de blocare şi dispozitiv de fixare cu bile

Deoarece lăţimea ferestrelor (16) aflate pe inel este cu jumătate din pasul danturii mai mare decât cea a crestăturilor (15) aflate pe manşon, dinţii inelului şi cei ai manşonului vor fi decalaţi nepermiţând trecerea coroanei culisante (10). Atunci când se egalează vitezele, cele două danturi se aliniază, permiţând elementului de cuplare să ajungă pe manşonul pinionului.

O soluţie constructivă a sincronizatoarelor conice cu inerţie şi cu inele de blocare şi dispozitiv de faxare cu bile este prezentată în figura 1.7.

Fig. 1.7 Sincronizatorul conic cu inerţie inerţie şi cu inele de blocare şi dispozitiv de fixare cu bile

O altă variantă constructivă este cea ce are în locul dispozitivului de fixare cu bile, un dispozitiv de fixare cu pastile şi inele elastice. Acest tip este prezentat în figura 1.8.

11

Fig. 1.8 Sincronizatorul conic cu inerţie inerţie şi cu inele de blocare şi dispozitiv de fixare cu pastile şi inele elastice

1.3.3 Carterul schimbătorului de viteze

Carterul schimbătorului de viteze este compus din: - carterul propriu-zis;- capacele: superior, anterior, posterior şi laterale.

Pentru a fi cât mai uşor şi rezistent, carterul propriu-zis este construit pe sistemul ‘colivie’, structura de rezistenţă semănând cu o bara cu zăbrele, fiind completată cu pereţi foarte subţiri.

Capacul superior serveşte la montarea sistemului de acţionare a schimbatorului. Capacul anterior se află în partea dinspre motor şi serveşte la fixarea arborelui primar. Un alt rol al acestuia este de a ghida, prin intermediul unor furci, manşonul rulmentului de presiune al ambreajului. Capacul posterior serveste la fixarea arborelui secundar.

Capacele laterale au rolul de a închide ferestrele de control, aflate de o parte şi de alta a schimbătorului. Etanşările arborelui primar sunt, de regulă, etanşări labirint. Acestea sunt eficiente la turaţii mari. Din acest motiv, arborele secundar, ce au viteze unghiulare mai mici, sunt etanşaţi folosind simeringuri.

Ungerea este realizată prin barbotare cu ulei. Poziţionarea orificiilor de umplere şi de golire trebuie atent aleasă pentru o cât mai mare uşurinţă în întreţinere.

12

Tabelul 1.1. Sisteme de etansare utilizate la S.V.

13

1.3.4 Sistemul de acţionare de la distanţă a treptelor de viteză

Sistemul de acţionare a treptelor este compus din trei părţi: - mecanismul de acţionare propriu-zis; - dispozitivul de fixare a treptelor;- dispozitivul de zăvorâre.

a) Mecanismul de acţionare

Deoarece nu avem amplasat schimbătorul de viteze sub maneta schimbătorului, trebuie să folosim un sistem de acţionare de la distanţă a acestuia. In figurile 1.9 si 1.10 sunt prezentate câteva variante constructive ale acestui mecanism, însă doar pentru două tije culisante, nu trei ca în cazul de faţă. Diferenţele însa nu sunt mari, cea de-a treia fiind amplasata între celelalte două, pe poziţia neutră a tijei de comandă.

Având în vedere faptul că schimbatorul de viteze este amplasat în spate, după soluția de organizare totul-spate, pentru autobuze, mecanismul de acționare al acestuia va trebuii sa aiba comenzi lungi si complicate, astfel încat cuplarea si decuplarea treptelor sa se facă în siguranța.

Fig. 1.9 Mecanisme de acţionare de la distanţă

14

Fig. 1.10 Construcţia mecanismului de acţionare la distanţă al unui schimbător de viteze

15

b) Dispozitivul de fixare al treptelor

Aceste dispozitive au în alcătuire o bilă sau un bolţ conic fixat de un arc în nişte lăcaşe speciale aflate pe tijă. Fiecare lacăş corespunde unei poziţii a schimbătorului, ţinându-se cont că distanţa dintre ele să permită cuplarea completă a treptelor.

Un alt aspect de care trebuie ţinut cont este rigiditatea arcului ce apasă bila. Acesta nu trebuie să fie nici prea moale, pentru a nu decupla din cauza şocurilor sau vibraţiilor din exploatare, dar nici prea rigid, solicitând fizic prea tare conducătorul auto. Un astfel de dispozitiv este prezentat în figura 1.6.

Fig. 1.11 Dispozitiv de fixare al treptelor

c) Dispozitiv de blocare al treptelor

Rolul acestui dispozitiv este de a nu permite cuplarea simultană a mai multor trepte şi nici cuplarea unei alte trepte atunci când schimbătorul este într-o treaptă oarecare.

Deoarece schimbătorul de viteze de proiectat va avea trei tije culisante situate în acelaşi plan, vom analiza soluţiile constructive pentru acest caz. Cea mai utilizată soluţie pentru cazul de faţă este dispozitivul cu bile pe post de zăvorâre. Funcţionarea acestuia este prezentată în figura 1.7.

16

Fig. 1.12 Dispozitive de blocare al treptelor.

17