Cursul 3 CUTIA DE VITEZE

3.1 ORGANIZAREA CUTIEI DE VITEZE

Rolul cutiei de viteze este de a asigura, prin modificarea raportului de transmitere al transmisiei, varierea forţei de tracţiune şi a vitezei de deplasare în limite impuse de condiţii de deplasare.

De asemenea, cutia de viteze asigură mersul înapoi al automobilului fără inversarea sensului de rotaţie al motorului şi întreruperea legăturii motorului de restul transmisiei cînd ambreiajul este cuplat.

În scopul asigurării unei bune adaptabilităţi a automobilului la condiţiile concrete în care are loc deplasarea, cutia de viteze trebuie să răspundă la o serie de cerinţe printre care:

- să asigure automobilului cele mai bune calităţi dinamice şi economice la o caracteristică exterioară dată a motorului;

- să aibă posibilitatea realizării unui număr cât mai mare de rapoarte de transmitere iar mărimea lor să fie determinată astfel încât să asigure o utilizare raţională a puterii, în condiţiile unor performanţe dinamice şi de economicitate ridicate;

- construcţia să fie simplă, robustă, uşoară, să aibă un randament mecanic ridicat şi funcţionare silenţioasă;

- în exploatare să prezinte siguranţă şi întreţinere uşoară iar manevrarea să fie simplă, precisă şi comodă;

- să prezinte o gamă lagă de utilizare.

3.1.1 Clasificarea cutiilor de viteze:

Clasificarea cutiilor de viteze

După modul de variaţie al raportului de transmitere

După modul de schimbare a treptelor de viteze

Cu trepte

Fără trepte (continue sau progresive)

Combinate

Cu acţionare directă

Cu acţionare semiautomată

Cu acţionare automată

Cutii de viteze automate

Cutia de viteze automată este un sistem automat de cuplare a treptelor de viteza, care efectueaza trecerea dintr-o treapta in alta in functie de parametrii stabiliti de conducatorul auto: pozitia pedalei de acceleratie, viteza autovehiculului etc.

Maneta schimbatorului de viteze este formata astfel: P = pozitia pentru stationare; R = marsarierul; N = rulare libera; D = pozitie permanenta pentru rulare înainte; 3 = pozitie pentru “portiuni de rulare cu denivelari/ deluroase”; 2 – pozitie pentru portiuni de drum de munte/urcus; 1 - pozitie pentru urcus abrupt.

Cutie de viteze automată DSG

DSG Reprezinta cea mai avansata cutie de viteze automata aflata pe piata. Ea echipeaza anumite modele ce apartin grupului VAG (Audi, Vw, Skoda) si inlocuiesc modelul Tiptronic. DSG este in esenta, un tiptronic cu doua ambreiaje concentrice: unul este responsabil cu cuplarea treptelor impare (1,3,5), iar celalalt cu a treptelor cu a treptelor pare (2,4,6). Beneficiul adus este substantial: timpul de schimbare a treptelor tinde catre zero! Adica la rularea in treapta a V-a (de exemplu), ambreiajul 1 lucreaza, iar ambreiajul 2 a selectat deja treapta a 6-a (care este inca inactiva). Cand soferul comanda trecerea in ultima treapta aceasta este deja selectata asa ca nu se mai pierde timpul cu selectarea ei. Singura operatiune ramane astfel decuplarea treptei a V-a, care se realizeaza aproape instantaneu. Rezultatul final: flux continuu de putere la roata. In cazul Golf V GTI sau Golf V R32,

diferentele de demaraj sunt cu cca 0,2 s (0-100 km/h) in defavoarea cutiei manuale. Insa in cazul Skodei Octavia 1.9 TDI, balanta nu se mai inclina in favoarea DSG. Diferentele de demaraj, consum si viteza de top sunt nesemnificative intre DSG si cutia manuala. Cutia manuala este mai simpla (functional) si mai usoara, ceea ce face ca diferentele de performanta sa fie estompate. DSG-ul este mai comod in utilizare si mai rapid la schimbarea treptelor, dar masina echipata astfel este mai lenta la reprize (cand este necesara mentinerea aceleiasi trepte de viteza).

CVT (Continuously Variable Transmission=Cutie de viteza cu Variatie Continua) este un sistem care face posibila varierea progresiva a rapoartelor cutiei de viteze. Asadar, permite selectarea unui numar infinit de trepte de viteza, intre o valoare minima si una maxima stabilite de producator. A fost introdusa pe piata de catre Nissan, actualmente fiind adoptata de mai multi producatori. Cea mai importanta trasatura a CVT este aceea ca, pentru orice viteza a autovehicului, motorul functioneaza la turatia cea mai potrivita. Un procesor coreleaza mai multi factori (viteza autovehiculului, pozitia acceleratiei, turatia motorului, etc.) si alege, in functie de acestia raportul ideal de demultiplicare (treapta ideala de viteza) pe care il variaza continuu, pentru pastrarea eficientei maxime in orice moment (cuplu cat mai mare, consum cat mai mic, regim motor cat mai lejer, emisii minime). Avand in vedere complexitatea sistemului (de tip "drive by-wire"), pedala de acceleratie nu comanda direct obturatorul, ci comanda un senzor care trimite comanda la computerul central. De acolo, dupa analizarea tuturor parametrilor, pleaca o comanda catre obturator. Pentru analizarea comportamentului CVT, vom lua un caz practic: accelerarea de la 80 la 120 km/h. Soferul accelereaza pana la podea, iar computerul da o comanda interesanta: tureaza motorul pana la cuplul maxim si apoi il mentine acolo crescand viteza din varierea rapoartelor cutiei de viteze. Aceasta asigura cea mai buna exploatare a performantelor motorului, combinata cu o uzura minima si cu emisii scazute. Constructiv, varierea raportului de transmitere al cutiei de viteze se face astfel: arborele principal (solidar cu arborele cotit al motorului) este construit din doua flanse care se pot departa sau apropia una de cealalta. Arborele secundar (condus, solidar cu diferentialul) are o constructie identica. Intre ele, o curea neextensibila (cu lungime fixa) transmite miscarea. Cand cele doua flase de pe arborele principal se apropie, diametrul virtual creste. Cureaua fiind neextensibila, flansele de pe arborele secundar se departeaza, micsorandu-i-se diametrul virtual. Astfel, puterea la roata este mai mare, iar viteza de inaintare mai mica. Pentru obtinerea unei viteze crescute, se inverseaza procesul: flansele de pe arborele primar se departeaza, concomitent cu apropierea celor de pe arborele secundar. Problema cea mai mare a CVT este ca, desi poate genera un numar infinit de trepte de viteza, acestea sunt doar pentru mersul inainte. De aceea, este nevoie de o treapta separata de mers inapoi si de ambreiaj. Dupa cum am vazut atat acum, cat si in editia trecuta a catalogului, cand cumparati o masina aveti posibilitatea de a alege intre mai multe tipuri de cutii de viteze care sa se potriveasca personalitatii si stilului dumneavoastra de condus. Desi diferentele constructive dintre ele sunt mari, toate au acelasi scop: sa transmita miscarea de la motor la roti. Asteptati-va ca in viitorul cel mai apropiat sa apara evolutii ale acestora care sa combine avantajele celor prezentate de noi, eliminand punctele lor slabe. Noi va vom tine la curent cu ele.

CVT

CVT Audi TT 3.2 quatro

Cutii de viteze cu preselector - şoferul poate selecta viteza dorita inainte de a avea nevoie de ea si, cand doreste sa schimbe viteza, apasa pedala de ambreiaj.

Cutie de viteze hidrostatică, invenţia unui colectiv mixt Cluj-Toronto. Cutia de viteze hidrostatica pentru autovehicule, conform inventiei, este prevazuta cu un lant cinematic similar cutiilor de viteze mecanice clasice, format din rotile dintate conjugate (8 si 17) pentru treapta I (22) si roata dintata de pe arborele (38)pentru treapta a II-a, (5 si 24) pentru treapta a III-a si (3 si 25) pentru treapta a IV-a; fiecare treapta de viteze este echipata cu un cuplaj hidrostatic cu role, cu actionare directa. Cuplajele hidrostatice cu role aplicate inlocuiesc mecanismele de sincronizare cu functiune si cuplajele cu gheare utilizate la cutiile de viteze mecanice clasice, permitand schimbarea treptelor de viteze, in mod independent de turatia motorului si viteza de deplasare a vehiculului. Se exclude posibilitatea cuplarilor gresite si fortare, permitandu-se automatizarea simpla a cutiilor de viteze, iar lichidul de comanda al cuplajelor este introdus prin canalele longitudinale (a) prevazute in arbore (33), de la capul distribuitor hidraulic.

Cutia de viteze secvenţială Cutia manuala secventiala are tot ambreiaj, insa schimbarea treptelor se face prin comenzi +/-. Este in conceptie pur mecanica, ofera raspuns instantaneu si timpi de schimbare a treptelor foarte redusi, pentru ca permite trecere dintr-o treapta in alta fara apasarea ambreiajului (desi schimbarile in acest fel produc socuri destul de violente). Se folosesc pe toate motocicletele precum si pe automobilele de competitie, de la WRC pana la Formula 1, fiind cea mai performanta solutie.

De exemolu, cutiile SMG de la BMW sunt cutii secventiale ale caror comenzi trec printr-ul calculator. Astfel, comenzile +/- nu sunt legate direct la cutie ci trimit impulsuri catre un calculator ce decide daca respectiva comanda poate fi executata in siguranta, fara a afecta integritatea motorului sau a transmisiei. Acest lucru a facut usoara implementarea unui mod "automat", in care computerul decide singur cand e cazul sa schimbe treptele, intocmai ca la o cutie automata. Deasemenea, SMG mai beneficiaza si de un ambreiaj controlat hidraulic, astfel ca pedala de ambreiaj nu exista cum ar trebui in mod normal la o cutie secventiala.

Schimbătoarele de viteze combinate reprezintă o asociere între un schimbător hidraulic şi un schimbător în trepte, de regulă planetar.

La schimbătoarele cu acţionare directă schimbarea treptelor se face manual sau cu ajutorul unui servomecanism;

La schimbătoarele de viteze cu acţionare automată, schimbarea vitezelor se face în mod automat, în funcţie de condiţiile de mers, asigurând automobilului regimul optim de mişcare, în ceea ce priveşte calităţile dinamice şi economice.

Schimbătoarele de viteze cu trepte

După poziţia axelor arborilor

După numărul treptelor pentru mers

înainte

Cu axe fixe (simple)

Planetare

Cu trei trepte Cu patru trepte

Cu cinci trepte Cu mai multe trepte

Schimbătoare de viteze fără trepte

Mecanice Hidraulice Electrice

Cu fricţiune

Cu impulsuri

Hidrodinamice

Hidrostatice

3.1.2 Construcţia cutiilor de viteze

Din punct de vedere constructiv, cutiile de viteze se compun din mecanismul reductor, mecanismul de cuplare a treptelor şi mecanismul de acţionare.

a) Cutiile de viteze mecanice în trepteSunt formate din lanţuri cinematice paralele, egale ca număr cu treptele de viteză şi

constituite din reductoare cu roţi dinţate şi axe fixe sau mobile (planetare). Acesea formează mecanismul reductor al cutiei de viteze.

Funcţionarea independentă a lanţurilor cinematice se asigură prin montarea în fiecare lanţ cinematic a roţii cu cea mai mică turaţie independentă de rotaţia arborelui (roată liberă). Funcţionarea cutiei de viteze într-o anumită treaptă se obţine prin solidarizarea la rotaţie a roţii libere cu arborele de susţinere. Pentru solidarizare se utilizează mecanismul de cuplare a treptelor.

Comanda cuplării, selectarea treptei şi menţinerea treptei cuplate se face prin mecanismul de acţionare.

1. Organizarea generală a cutiei de viteze cu doi arboriCutiile de viteze cu doi arbori se întâlnesc frecvent la autoturismele şi autoutilitarele

uşoare derivate din acestea cu motorul dispus transversal sau longitudinal. Ele dispun frecvent de 5 sau 6 trepte de viteză şi conţin:

- arborele primar (de intrare) care primeşte mişcarea de la arborele cotit al motorului prin intermediul ambreiajului şi include sau susţine pinioanele conducătoare ale angrenajelor;

- arborele secundar (de ieşire) susţine sau include roţile conduse ale angrenajelor şi transmite mişcarea direct sau indirect către puntea motoare.

Caracteristici: intrarea şi ieşirea se fac la o anumită distanţă de aceeaşi parte, în cazul soluţiilor de

organizare „totul faţă” sau „totul spate”, când în acelaşi carter cu cutia de viteze se găsesc înglobate transmisia principală şi diferenţialul, sau în părţi opuse în cazul soluţiei clasice;

la transferul fluxului de putere participă un singur angrenaj de roţi dinţate : randament sporit; gamă de rapoarte mai restrânsă (treapta 5 cu 0,7...0,85);

treapta de mers înapoi este nesincronizată.Schema cinematică şi de funcţionare a unei cutii de viteze cu 5+1 trepte este prezentată

în figura 3.1.Funcţionarea cutiei de viteze pentru mers înainte într-o treaptă oarecare: ambreiaj-roată

dinţată conducătoare AP- roată condusă AS.Legătura între roata liberă şi arborele pe care se sprijină se face prin dantura de cuplare

a sincronizatorului, la deplasarea manşonului acestuia din poziţia neutră.Cuplarea treptei de mers înapoi se face prin deplasarea roţii baladoare intermediare rbb,

în poziţia în care angrenează simultan cu roţile dinţate 6 şi 6`. Aflarea în angrenare a celor

trei roţi determină inversarea sensului de mişcare la arborele secundar faţă de cazul cuplării treptelor demers înainte.

2. Organizarea generală a cutiei de viteze longitudinale cu trei arboriSe utilizează la automobilele organizate după soluţia „clasică”. Cei 3 arbori:- arborele primar (arborele de intrare) primeşte mişcarea de la arborele cotit al

motorului prin intermediul ambreiajului; pe el se află pinionul angrenajului permanent;

- arborele intermediar cu roata condusă a angrenajului permanent şi roţile conducătoare ale treptelor cu excepţia treptei de priză directă;

- arborele secundar (arborele de ieşire) susţine roţile conduse ale angrenajelor treptelor şi transmite mişcarea către puntea motoare.

Caracteristici: intrarea şi ieşirea sunt coaxiale şi pot fi de aceeaşi parte (la soluţia „totul faţă” sau

opuse; există posibilitatea cuplării directe a Ap cu AS (priza directă) cu randament maxim şi

zgomot minim; rapoartele de transmitere ale treptelor (cu excepţia prizei directă) se obţin prin două

angrenaje: angrenajul permanent şi angrenajul treptei respective. Rezultă lărgirea gamei de valori pentru rapoartele de transmitere, dar scde randamentul;

dacă CV este fixată direct pe carterul ambreiajului, Ap coincide cu arborele ambreiajului.

Schema cinematică şi de funcţionare a unei CV cu trei arbori şi 5 trepte pentru mers înainte şi una pentru mers înapoi:

Cuplarea uneia dintre treptele de mers înainte se face prin intermediul mecanismelor de cuplare sincronizate. Datorită coaxialităţii între AP şi AS, prin deplasare axială la stânga a manşonului de cuplare a sincronizatorului s2 se obţine o legătură directă între cei doi arbori, numită priză directă (i = 1, fără r.d.) Această situaţie corespunde treptei IV. Cuplarea treptei de mers înapoi se face similar construcţiei cu doi arbori.

CV Peugeot 5041-AP; 2-AS; 3-AI; 4-ax; 5-furcă pentru selectarea treptelor; 6-pinion antrenare

vitezometru; 7-roată pentru MÎ;8-roată pentru tr. I; 9-sincronizator I-II; 10- roată pentru tr. II; 11-roată pentru tr. III; 12-sincronizator III-IV; 13- roată pentru MÎ

CV AK-801-AP; 2-rulment AP; 3-pinion AP; 4-capac SV; 5-tijă; 30,6,8,9,11 şi 13- r.d. de pe AS;

7,10 şi 12- furci de comandă pentru trepte;14-rulment AS; 15-AS; 16 şi 29-rulmenţi AI; 18,20,21,24,25 şi 27-r.d. de pe AI; 17-r.d. de pe ax MÎ; 19-mufă de cuplare cu gheare pemtru

III-IV; 26- mufă de cuplare cu gheare pemtru V-VI; 28-carterul CV

3. Organizarea generală a cutiei de viteze transversale cu trei arboriSoluţia adoptată de firmele RENAULT şi VOLVO urmăreşte: sporirea momentului

capabil de transmis, sincronizarea MÎ şi creşterea numărului de viteze în condiţiile unei construcţii foarte compacte.

Are un AP şi doi AS paraleli, situaţi de o parte şi de cealaltă a AP.- arborele primar (de intrare) primeşte fluxul de putere prin intermediul

ambreiajului. El include sau susţine roţile conducătoare ale angrenajelor;- arborii secundari (conduşi) sunt: AS inferior şi AS superior (după poziţia pe care o

au faţă de AP). Ei susţin sau includ roţile conduse aflate permanent în angrenare şi transmit direct sau indirect mişcarea către transmisia principală.

Caracteristici: la transmiterea fluxului de putere participă un singur angrenaj de r.d.; tote treptele au sincron; lungimea ansamblului este redusă, chiar dacă există şase trepte.

Pe arborele primar se găsesc roţile fixe 1,2,5 şi roţile libere 3 şi 4, aflate permanent în angrenare cu roţile 1`, 2` (libere) şi 3`,4` (fixe) ale ASI, respectiv 5` situată pe ASS. Între roţile libere se află sincronizatoare care servesc la solidarizarea acestora cu arborii pentru obţinerea treptelor I...IV de mers înainte.

Treapta a V-a (de suprapriză) este realizată prin angrenajul 5-5`, când aceasta din urmă este solidarizată cu ASS de către sincronizator.

Treapta de MÎ se obţine prin angrenarea simultană a roţii intermediare duble 1`- 6 cu pinionul conducător 1 fix pe Ap şi roata liberă 6` solidarizată cu AS prin deplasarea manşonului balador al sincronizatorului s3 către dreapta.

Pentru transmiterea fluxului de putere către mecanismele punţii cei doi arbori secundari sunt solidarizaţi cu două pinioane cilindrice cu dinţi înclinaţi, ce angrenează simultan cu coroana transmisiei principale.

4. Organizarea generală a cutiei de viteze longitudinale cu arbori multipliProvine dintr-o CV longitudinală cu trei arbori, completată cu un multiplicator de

viteze.Schema cinematică şi de funcţionare a unei CV (TOYOTA) cu trei arbori şi 5x2 trepte

sincronizate de mers înainte şi 1x2 trepte de MÎ este prezentată în a doua figură.

COMPUNEREA MECANISMULUI REDUCTOR AL CUTIEI DE VITEZE MECANICĂ ÎN TREPTE

Arborii cutiilor de viteze sunt consideraţi arbori lungi. Lungimea lor este determinată de soluţia constructivă aleasă, de numărul de trepte de viteză, de dimensiunile elementelor de cuplare şi de felul etanşărilor.

De regulă ei se sprijină pe două lagăre: unu fix pe direcţie axială pentru preluarea forţelor axiale şi celălalt liber pentru preluarea deformaţiilor termice.

Componentele care urmează a fi solidarizate cu arborii (r.d., butucii sincronizatoarelor) se asamblează pe arbori prin caneluri, de regulă de profil evolventic.

Arborele primar al CV cu trei arbori face corp comun cu pinionul angrenajului permanent şi serveşte drept reazem arborelui secundar.

Lagărul anterior permite deplasarea arborelui în vederea compensării deformaţiilor termice, dar nu preia forţe axiale. Poate fi dispus în volantul motorului (radial cu bile) sau în arborele cotit (rulment cu ace sau role, fără inel interior, sau cu bucşă antifricţiune).

Lagărul posterior, din carterul CV, preia forţele axiale. De regulă este rulment radial cu bile. Se prevede soluţie pentru etanşarea carcasei, constând într-o manşetă de etanşare. Dimensiunile lagărului posterior al AP se adoptă de cele mai multe ori din considerente constructive, astfel încât arborele primar împreună cu pinionul să poată fi introdus prin alezajul din carter.

Arborele intermediar al CV cu trei arbori poate fi realizat cu r.d. fixe (fixate sau corp comun). Este montat pe carter în partea inferioară prin intermediul rulmenţilor. Cea mai utilizată soluţie de lagăre pentru AI o constituie rulmenţii radiali-axiali cu role conice montaţi în X.

Arborele secundar al CV cu trei arbori se sprijină pe partea anterioară pe AP, iar cu partea posterioră în carterul CV. El poartă roţile libere ale angrenajelor şi butucii mecanismelor de cuplare.

Lagărul anterior este cu rulmenţi cu role sau cu ace fără inele, sau este o bucşă antifricţiune. Lagărul posterior preia forţele axiale şi este prevăzut cu soluţie completă de etanşare.

Arborele primar al CV cu doi arbori primeşte mişcarea de la arborele cotit prin intermediul ambreiajului la CV transversale, sau prin intermediul ambreiajului şi arborelui ambreiaj la CV longitudinale. De cele mai multe ori are o construcţie similară AI al CV cu trei arbori. R.d. sunt fixe pe arbore. În cazul CV mari, numai roţle treptelor inferioare (I, II şi MÎ) sunt corp comun, celelalte fiind montate liber.

De regulă lagărul anterior preia numai sarcini radiale, iar lagărul posterior şi sarcini axiale, fiind rulment radial-axial cu bile (CV transversale) sau cu rulment special dublu, cu bile sau role conice, ce pot prelua eforturi în ambele sensuri.

În partea din faţă antrenarea AP de către discul de ambreiaj sau de către arborele ambreiaj se face prin caneluri evolventice.

Arborele secundar al CV cu doi arbori la soluţiile de organizare „totul faţă” face corp comun cu pinionul cilindric sau conic al transmisiei principale.

Pe AS sunt montate liber r.d. conduse şi sunt fixate elementele imobile ale sincronizatoarelor.

Lagărul anterior este radial cu bile sau cu role şi preia de regulă numai încărcări radiale. Lagărul posterior poate prelua în ambele sensuri sarcinile axiale.

Lagărele CV sunt componente de sprijin pentru arbori, permitând fixarea şi ghidarea, rotaţia şi preluarea eforturilor pe timpul funcţionării.

1. Lagărele de alunecare sunt puţin utilizate la CV deoarece necesită o pompă de ulei pentru asigurarea ungerii. Au fost adoptate la primele CV aşezate transversal, în partea inferioară a acestora, având ungere comună cu motorul (PEUGEOT 104, 204, 205, CITROEN Bx sau RENAULT R1).

2. Lagărele de rostogolire (rulmenţi) sunt cele mai răspândite la CV deoarece se adaptează ungerii prin barbotare.

Clasificarea rulmenţilor CV şi caracteristicile lor sunt prezentate în tabelul următor:

Montarea rulmenţilor depinde de tipul lor. La rulmenţii cu bile sau cu role cilindrice, inelul interior se montează cu strângere iar inelul exterior cu alunecare, pentru evitarea deteriorării lagărului prin diminuarea jocului de funcţionare.

Rulmenţii cu role conice se montează în general pe arbore, în opoziţie în X.Forţele axiale pot fi preluate şi printr-un rulment compus –rulmentul biconic, care

simplifică construcţia.Roţile dinţate au dantură înclinată, cu profil în evolventă, care asigură sporirea

capacităţii portante a danturii, permite corectarea danturii şi realizează funcţionarea fără zgomot.

Roţile dinţate cu dinţi drepţi sunt simple şi ieftine dar funcţionează zgomotos şi se uzează rapid. De regulă se folosesc la realizarea treptei de mers înapoi, când se utilizează angrenaje decuplabile cu roţi baladoare.

Dantura înclinată se foloseşte întotdeauna când r.d. sunt în angrenare permanentă. Avantaje: sunt rezistente, permit micşorarea distanţei între axe, funcţionează uniform şi cu zgomot redus. Dezavantaje: determină apariţia forţelor axiale care trebuiesc preluate; se reduce randamentul, datorită frecărilor suplimentare dintre roţi, precum şi dintre roţi şi arbore; creşte lungimea CV prin introducerea elementelor de cuplare.

Unghiul de înclinare are valori cuprinse între 20...30o, crescătoare de la prima spre ultima treaptă de viteză.

Pentru roţile AI, prin alegerea corespunzătoare a înclinării danturii, încărcările axiale pot fi anulate sau mult reduse.

Conform figurii următoare, dacă notăm:- cu indicele k – elementele roţii conducătoare a angrenajului permanent- cu indicele p – elementele conduse a angrenajului permanent,

din condiţia de anulare a forţelor Fa obţinem:

Fap = Fak; sau Ftp.tg p = Fak.tg k (3.1)echivalentă cu:

M. ip. tg p/rp = M. ip. tg k/rk (3.2)de unde rezultă:

tg p/ tg k = rp/rk (3.3)unde:

p şi k sunt unghiurile de înclinare ale roţilor p şi k;Rp şi rk – razele de rostogolire;Ftp şi Ftk – forţele tangenţiale din angrenajul permanent, respectiv angrenajul treptei k;M – momentul de intrare în cutia de viteze.La roţile dinţate ale treptelor superioare, unde rapoartele de transmitere sunt reduse şi

roţile au dimensiuni apropiate, se foloseşte uneori corectarea danturii prin modificarea unghiului de angrenare de la 20o la 17o30’ sau la 14o. Prin reducerea unghiului de angrenare , gradul de acoperire creşte iar presiunea normală pe dinte scade.

Deoarece roţile libere participă la realizarea treptelor de viteză prin solidarizarea lor cu arborele de susţinere prin intermediul mecanismelor de cuplare, ele sunt prevăzute cu danturi de cuplare. În vederea unei cuplări uşoare, danturile de cuplare se execută cu module mici, astfel ca la diametre de divizare reduse să se dispună de un număr cât mai mare de dinţi.

Roţile dinţate din CV se execută din oţel aliat, respectiv oţel aliat superior, la care se aplicădiferite tratamente termice sau termochimice. Miezul dintelui trebuie să fie tenace, pentru a suporta sarcinile mari de şoc şi suficient de rezistent la încovoiere, iar suprafeţele de contact să fie dure, spre a rezista la uzură.

Mecanismele de cuplare a treptelor

Servesc pentru solidarizarea roţilor libere cu arborii pentru realizarea treptelor de viteză asigurând egalarea vitezelor unghiulare ale roţilor conducătoare şi condusă înaintea cuplării.

În funcţie de gradul de perfecţiune, un sincronizator este compus din : dispozitivul de cuplare, dispozitivul de fixare, dispozitivul de sincronizare şi dispozitivul de blocare (interzicere a cuplării).

După complexitatea construcţiei sincronizatoarele pot fi clasificate conform schemei următoare.

Carterul CV:- reuneşte elementele ansamblului CV şi le menţine în poziţie de funcţionare; - protejeză organele interne de mediul exterior;- conservă uleiul necesar ungerii şi răcirii elementelor aflate în mişcare relativă;- permite fixarea ansamblului transmisiei pe carterul motorului în cazul grupului

motopropulsor compact;- înglobează mecanismele centralew ale punţii motoare (transmisia centrală şi

diferenţialul) în cazul transmisiilor organizate după soluţia „totul în faţă”.Cerinţe:- să fie rigid, uşor, etanş şi bine ventilat;- să asigure antifonare;

Sincronizatoare

Fără blocare Cu blocare

Simplu (cu presiune constantă)

Cu servoefect (Porsche)

Cu pene sau pastile de blocare (Borg-

Wagner)

Cu pinteni de blocare (Renault)

Cu bolţuri de blocare (New Process) Sincronizator ZF

- să evite amplificarea vibraţiilor provenite de la angrenaje şi de la motor (prin nervurarea corespunzătoare a pereţilor ansamblului);

- să evacueze rapid căldura pe timpul funcţionării.-Clasificare:

MaterialeComplexitatea, forma şi aspectul pieselor variază în funcţie de: materialele utilizate

(aluminiu sau fontă) şi procedeul de turnare a semifabricatelor.Alegerea materialului depinde atât de aspecte funcţionale, de încărcare şi de zgomot

cât şi de aspecte tehnologice.Carterele CV ale autoturismelor şi autoutilitarelor uşoare se toarnă din aliaje de

aluminiu: AS 10U4 la turnarea sub presiune a pieselor de serie mare; AS 9U4 la turnarea în cochilă metalică a pieselor de serie medie; AS 5U3 la turnarea în forme de nisip a pieselor prototip şi serie foarte mică.

Ventilaţia carteruluiÎn carterul Cv temperatura poate urca până la 150 0CC şi poate atinge 170 oC la nivelul

suprafeţelor de frecare ale sincronizatoarelor. Datorită acestui fapt are loc o dilatare a aerului şi creştere a presiunii.

Pentru a se veita scurgerile de ulei, CV sunt echipate cu o supapă de aerisire, ce permite ieşirea sau intrarea aerului, dar opreşte trecerea particuleor solide sau lichide.

Amplasarea supapei se face în partea superioară a carterului, într-o zonă în care aceasta este protejată de stropii de ulei.

Cartere CV

După numărul reperelor transmisiei înglobate

După numărul elementelor principale

Carter mecanism reductor al CV (ARO 24)

Carter comun pentru ambreiaj, CV şi PM (Dacia

Nova, Oltcit)

Carter comun pentru CV şi PM (Dacia 1310)

Ansamblu monobloc

Ansamblu cu două semicartere longitudinale

Ansamblu „sandwitch”

Etanşarea carterului CVÎn general, etanşarea AP se realizează sub formă de labirint simplu în spirală cu filet

dreapta, pentru capac şi filet stânga pentru arbore, deoarece motoarele de automobil se rotesc spre dreapta. În majoritatea cazurilor, spirala (şanţul de eliminare a uleiului) se execută pe capacul anterior., dar sunt şi cazuri în care se execută pe arbore. Labirintul este umplut cu unsoare consistentă. Acest tip de etanşări funcţionează eficient la turaţii ridicate.

Datorită faptului că AS comunică în general cu exteriorul, iar treptele inferioare au o viteză unghiulară mai redusă, labirintul simplu nu mai corespunde. Din această cauză, la toţi arborii care comunică cu exteriorul au atanşare cu elemenţi-manşetă, confecţionaţi dintr-un material sintetic rezistent la ulei (cauciuc sintetic sau piele crom), menţinute apăsate pe arbori prin intermediul unui arc inelar. Aceste elemente poartă denumirea de simeringuri.

Capacele carterului CVCapacul superior serveşte la montarea mecanismului de acţionare al SV, la sistemul de

acţionare directă.Capacul anterior serveşte la fixarea lagărului posterior al AP şi la ghidarea manşonului

rulmentului de presiune al ambreiajului.. Centrarea capacului faţă de arbore se face pe inelul exterior al rulmentului.

Capacul posterior serveşte la fixarea lagărului posterior al arborelui secundar. În el se găsesc montate elementele de etanşare şi dispozitivul de acţionare al vitezometrului..

Capacele laterale servesc la închiderea ferestrelor de control ale prizei de forţă, sau la unele SV cu acţionare directă, la montarea mecanismului de acţionare.

COMPUNEREA SISTEMULUI DE ACŢIONARE AL CUTIEI DE VITEZE

Sistemul de acţionare al CV în trepte este un ansamblu de elemente mecanice prin intermediul cărora, conducătorul auto impune un anumit mod de funcţionare al acesteia.

Serveşte la cuplarea şi decuplarea treptelor de viteză. Algerea treptei de viteză, respectiv a raportului de transmitere, pentru diferite condiţii de deplasare se poate face manual, de către conducătorul auto, semiautomat sau automat.

Cerinţe:- simplitate cinstructivă; - siguranţă în funcţionare;- preţ de cost scăzut;- efort minim din partea conducătorului;- întreţinere uşoară.

Sistemul de acţionare directă se utilizează la automobilele la care cutia de viteze este în apropierea postului de conducere (la autoturismele organizate după soluţiile „clasică” sau „totul în faţă”). La acest sistem, maneta de acţionare este dispusă pe capacul schimbătorului de viteze.

Construcţia şi organizarea elementelor sistemului de acţionare a CV sunt în concordanţă cu poziţia postului de conducere faţă de CV (la distanţă sau suprapuse) şi cu poziţia grupului motopropulsor (transversal sau longitudinal).

Principalele elemente componente ale sistemului de acţionare directă a CV sunt prezentate în figura următoare:

Sistem de acţionare al CV (după principiul de

funcţionare)

Mecanic Hidraulic

Pneumatic Electric

După poziţia relativă dintre levier şi carterul CV

Cu acţionare directă Cu acţionare la distanţă

Sistemul de acţionare directă a CV1-manetă; 2-arc; 3,4-furci de cuplare; 5,6-tijele furcilor de cuplare; 7-capac;

8-articulaţie sferică

Această soluţie nu este recomandată în cazul autobuzelor şi autocamioanelor mari, deoarece efortul necesar acţionării este foarte mare.

Maneta (levierul de comandă) poate fi montată la podea, deasupra CV, pe coloana volanului sau în bord. Serveşte pentru a comanda deplasarea în mod independent a manşoanelor baladoare alemecanismelor de cuplare din CV.

Mişcarea levierului se face după două direcţii: una perpendiculară pe axa longitudinală a automobilului ce realizează selectarea vitezei, iar cealaltă paralelă cu axa longitudinală a automobilului ce realizează cuplarea sau decuplarea treptei (deplasează axial manşonul balador).

Furcile de comandă determină deplasarea axială a fiecărui manşon balador al sincronizatoarelor în vederea cuplării sau decuplării treptelor de viteză.

Mişcarea de translaţie a manşoanelor poate fi realizată de către furcă prin deplasare axială (furci culisante) sau prin mişcare de rotaţie (furci articulate). Ultimele se folosesc când sunt necesare deplasări mari pentru elementele baladoare. Transmiterea mişcării de la furca

aflată în mişcare pendulară la manşonul balador se face prin intermediul unor patine oscilante, montate la extremitatea braţelor.

Furcile se confecţionează prin turnare din oţel, fontă alamă sau aluminiu şi se asamblează cu axul prin ştift elastic sau şurub. În acest caz patinele sunt acoperite cu molibden sau mase plastice.

Furcilemai pot fi cinfecţionate şi prin ambutisare din tablă de oţel care se fixează pe ax prin sudare. Patinele din masă plastică sunt fie injectate direct pe suportul metalic, fie montate prin clipsare.

Tijele furcilor de cuplare au formă cilindrică. Sunt confecţionate din oţel şi au se montează în carterul CV paralel cu arborii. Ghidarea faţă de carterul Cv se face fie prin bucşi de bronz grafitat, sinterizate, fie prin ghidaje cu bile care asigură reducerea efortului de manevrare.

Pe suprafaţa axului, în majoritatea cazurilor, sunt practicate canalele dispozitivelor de fixare a furcii şi dispozitivelor de zăvorâre a axelor.

Dispozitivul de fixare a treptelor are rolul de a menţine CV într-o anumită treaptă sau la punctul mort, până la intervenţia conducătorului auto. El acţionează de regulă asupra tijelor furcilor, evitând deplasarea accidentală a acestora sub efectul inerţiei sau al vibraţiilor.

Pentru fixarea treptelor, fiecare tije culisantă are la partea superioră trei locaşe semisferice în care intră o bilă apăsată de unarc. Locaşurile extreme corespund celor două trepte care se obţin cu furca respectivă, iar cel din mijloc pnctului mort.

Dispozitive de fixare a treptelora-disozitiv cu bile; b-dispozitiv cu bolţ conic

1-bilă (bolţ); 2-arc; 3-tije

Dispozitivul de blocare (zăvorâre) a treptelor indeplineşte următoarele funcţii:- nu permite cuplarea simultană a două sau mai multe trepte;

- nu premite cuplarea unei alte trepte când schimbătorul de viteze se află într-o treaptă oarecare.

Pentru satisfacerea acestor condiţii, la trecerea de la o treaptă la alta, maneta de acţionare trebuie să treacă prin punctul mort.

Dispozitivul de blocare a treptelor poate fi cu disc, cu ştift, cu potcoavă, etc.Zăvorârea cu cu disc este simplă. Pentru utilizarea unui singur element intermediar

(zăvorul disc), axele furcilor sunt aşezate echidistant. Fiecare dintre axe dispune de o degajare: pentru poziţia neutră a CV ele sunt faţă în faţă (fig. a); în aceste degajări se aşează discul de zăvorâre.

Zăvorârea cu disca-punctul mort; b-treaptă cuplată

Diametrul discului este astfel ales încât dacă discul intră complet în două dintre degajări, cea de-a treia rămâne liberă.

În cazul deplasării uneia dintre axe (fig. b), discul are tendinţa de a intra în degajările celorlalte două. Fiind fixat axial într-un canal practicat în carter, axele neutilizate sunt asfel zăvorâte.

Zăvorârea cu ştifturi este cea mai utilizată soluţie, deoarece este adaptabilă oricărui mod de dispunere a axelor (figura următoare).

În cazul dispunerii în triunghi a axelor (fig. a), dispunerea ştifturilor nu este în acelaşi plan, fapt ce oferă mari avantaje tehnologice în ceea ce priveşte posibilităţile de practicare a alezajelor acestora.

La deplasarea unui ax, ştifturile aflate între el şi celelalte două se deplasează axial către acestea, pătrund în degajările lor şi le blochează, împiedicându-le mişcarea.

Zăvorârea cu ştifturia-axe dispuse în triunghi; b-axe dispuse coplanar

În cazul dispunerii coplanare a axelor (fig. b), un ştift traversează alezajul practicat în axul central (B), determinând şi blocarea axului (C), când axul (A) este blocat.

Sistemul de acţionare directă cu servomecanismEste utilizat în cazul autobuzelor şi autocamioanelor grele, pentru reducerea efortului

necesar schimbării treptelor de viteză.Cele mai utilizate sunt servomecanismele pneumatice care utilizează chiar reţeaua de

aer comprimat a sistemului de frânare. Sub acţiunea aerului comprimat admis, pistonul cu tija tubulară se deplasaeză în cilindru. În interiorul tijei tubulare se află o altă tijă care are capătul anterior legat cu maneta pentru schimbarea treptelor.

În poziţia neutră a manetei SV, ambele camere ale cilindrului, separate de piston sunt în legătură cu atmosfera.

La schimbarea treptelor, selectarea se face manual cu maneta, împreună cu care se deplasează tija plină şi manşonul anterior, care provoacă rotirea pârghiei legată de el în raport cu axul.

Una din pârghiile fixate pe tirant acţionează asupra supapei care întrerupe legătura uneia dintre camerele cilindrului cu atmosfera şi o pune în legătură cu rezervorul de aer comprimat. Pistonul, sub acţiunea aerului comprimat, deplasează tija tubulară care realizează cuplarea treptei, prin intermediul unei pârghii ce acţionează tija culisantă.

Servomecanism pneumatic pentru acţionarea SV

La decuplarea treptei, funcţionarea este asemănătoare ca şi la cuplare, numai că funcţionează altă supapă care leagă rezervorul de aer comprimat cu cealaltă cameră a cilindrului.

Sistemul de acţionare de la distanţă a SV

În cazul în care SV este dispus departe de conducător se utilizează sistemul de acţionare de la distanţă.

Sistemul mecanic de acţionare de la distanţă a SVElementele componente ale sistemului mecanic de acţionare de la distanţă a SV

formează timoneria. Construcţia şi organizarea timoneriei se face în concordanţă cu dispunerea CV şi a levierului de comandă al postului de conducere.

Sisteme de acţionare de la distanţă

Mecanic Hidraulic

Pneumatic Electric

Hidropneumatic Electropneumatic

Electromecanic

Timoneria

Cu bare Cu cablu Cu bare şi cu cablu

Scheme de principiu pentru acţionarea la distanţă, pe cale mecanică, a schimbătoarelor de viteze

1-manetă; 2-tijă; 3-tije culisante; 4-manivelă; 5-ax; 6,9-tuburi; 7,8-leviere; 10-manivelă

Sisteme de acţionare semiautomată a schimbătorului de vitezeSimplifică manevrele de schimbare a treptelor. Presupune automatizarea ambreiajului

la schimbarea treptelor de viteză.Automatizarea ambreiajului necesită utilizarea unui servomecanism care să folosească

energia deja disponibilă pe automobil (depresiunea din conducta de admisie, energia electrică, energia hidraulică, etc.)

De asemenea mai sunt prevăzute schimbătoare preselective la care conducătorul alege şi pregăteşte trecerea dintr-o treaptă în alta, iar schimbarea se face ulterior fără a mai manevra maneta pentru acţionare. Preselecţionarea se face cu ajutorul manetei, iar efectuarea trecerii dintr-o treaptă în alta se realizează când conducătorul auto apasă pedala ambreiajului. Debreierea se face cu ajutorul unui servomecanism, iar schimbarea treptei se face cu ajutorul unui al doilea servomecanism.

În figura următoare se prezintă schema de funcţionare a sistemului de acţionare semiautomată Hydrak al firmei Mercedes-Benz. Când ambreiajul este cuplat (fig. a), servocilindrul 18 este pus de către supapa de comandă 12 în legătură cu presiunea atmosferică, iar membrana 19 nu acţionează asupra tijei 17 de decuplare a ambreiajului. În acest caz depresiunea din galeria de admisie se transmite prin supapa de comandă 12 numai rezervorului 8.

În momentul în care conducătorul acţionează maneta 9 de schimbare a treptelor de viteză se închide contactul 10, iar curentul electric ajunge în electromotorul 11 şi împinge spre stânga supapa 13 (fig. b), care întrerupe legătura cilindrului 18 cu presiunea atmosferică

şi îl pune în legătură cu depresiunea din rezervorul 8. Datorită acestei depresiuni membrana 19 va deplasa tija de comandă 17 care produce decuplarea ambreiajului monodisc.

Sistem de acţionare semiautomată care utilizează depresiunea din galeria de admisie1-arbore cotit, 2-ambreiaj hidrodinamic; 3-ambreiaj monodisc uscat; 4-SV;

5-transmisie longitudinală; 6-punte spate; 7-regulator; 8-rezervor de depresiune; 9-manetă; 10-contact electric; 11-electromagnet; 12-supapă de comandă; 13-supapă;

14-supapă de reducţie; 15,19-membrane; 16-electromagnet; 17-tijă comandăambreiaj; 18-servocilindru; 20-galerie de admisiune

După schimbarea treptei, circuitul electromagnetic 11 se întrerupe, iar supapa 13 este readusă de către arcul ei în poziţia iniţială, întrerupând legătura cilindrului 18 cu depresiunea şi punându-l în legătură cu atmosfera.

Caracterul progresiv al cuplării ambreiajului este asigurat de faptul că aerul la început intră în cilindrul 18 prin supapa de reducţie 14, care la o anumită diferenţă de preiune se închide, iar aerul pătrunde prin nişte orificii calibrate. În felul acesta presiunea în cilindrul 18 creşte treptat iar ambreiajul se cuplează lin.

La trecerea de la o treaptă superioară la una inferioară automobilul se va deplasa cu o deceleraţie, iar carterul 6 al punţii din spate, suspendat pe reazeme de cauciuc se înclină şi închide contactul 7 al circuitului electromagnetului 16 care prin tija membranei 15, va menţine supapa de reducţie 14 închisă, împiedicând cuplarea bruscă a ambreiajului.

În cazul în care scade depresiunea din galeria de admisie, alimentarea servomecanismului cu vacuum se realizează dela rezervorul 8.

Demarajul lin al automobilului se măreşte prin utilizarea în transmisie a ambreiajului hidrodinamic 2. la unele soluţii, în locul hidroambreijului se utilizează un ambreij centrifugal.

La automobilele echipate cu servofrână pneumatică cu presiune, este indicat ca pentru acţionarea ambreiajului să se utilizeze un servomecanism cu aer comprimat care are o presiune relativ mare.

Faţă de un schimbător de viteze cu acţionare mecanică directă, preţul de cost al acţionării semiautomate este maimare cu 3...4% din preţul de cost al autoturismului.

CUTII DE VITEZE PLANETARE

Mecanismele planetare realizează rapoarte mari de transmitere la dimensiuni mici de gabarit. Pot fi cu roţi cilindrice cu dinţi drepţi sau înclinaţi.

După tipul constructiv al

grupurilor planetare

Cu angrenare interioară

Cu angrenare exterioară Mixte

În figura următoare sunt prezentate unităţi planetare utilizate în compunerea CV:

Unităţi planetare utilizate în compunerea cutiilor de vitezea-unitate planetară simplă; b- unitate planetară cu sateliţi simpli;

c- unitate planetară dublă

În construcţia CV, unitatea planetară nu se poate folosi individual, ci se folosesc combinaţii de mai multe asemenea grupe. Cuplarea treptelor de viteze în cazul CV planetare se realizează cu ambreiaje polidisc şi cu frâne cu bandă. Ambreiajele polidisc se folosesc pentru solidarizarea în rotaţie a două elemente ale cutiei de viteze aflate în mişcare relativă de rotaţie, iar frânele cu bandă pentru legarea la bază a elementelor fixe.

Utilizarea elementelor cu fricţiune pentru cuplarea treptelor de viteză asigură, prin progresivitatea cuplării, schimbarea fără şoc şi demarajul lin al automobilului; de asemenea, dispare necesitatea ambreialului principal şi a sincronizatoarelor, iar procesul de schimbare a treptelor este mult simplificat.

CV planetare asigură posibilitatea cuplării rapoartelor de transmitere fără întreruperea fluxului de putere pentru autopropulsare şi dau o durabilitate sporită construcţiei, datorită rgidităţii mari a arborilor şi datorită numărului mare de dinţi aflaţi simultan în angrenare.

În schimb, CV planetare au o construcţie mai complicată care implică costuri mai ridicate şi întreţinere pretenţioasă.

CALCULUL SCHIMBĂTORULUI DE VITEZE

Alegerea schemei de organizare a CV:

În cadrul calculului de predimensionare efectuat la studiul dinamic se stabilesc rapoartele de transmitere ale cutiei de viteze. În schema de organizare, la alegerea poziţiei roţilor dinţate faţă de lagărele arborilor, este necesar să se adopte iniţial, prin comparaţie cu realizări similare existente, următoarele elemente: lăţimea roţilor dinţate, lăţimea sincronizatoarelor, distanţele dintre roţile dinţate, jocul dintre roţile dinţate şi lăţimea lagărelor.

În figura următoare este prezentată schema de organizare de ansamblu a unei CV cu patru trepte.

Schema de organizare de ansamblu a unei CV cu patru trepte

Conform notaţiilor din figură, se pot scrie relaţiile:

l1 = B/2 + j1 + b1,2/2

l2 = b1,2/2 + j2 + ls + j3 + b3,4/2

l3 = b3,4/2 + j4 + b5,6/2

l4 = b5,6/2 + j5 + b5,6 + j6 + b7,8 + j7 + b7,8/2

l5 = b7,8/2 + j8 + B/2

în care: B-lăţimea lagărului; j1 şi j8- jocurile dintre roţile dinţate şi carter; j2 şi j3- jocurile dintre roţile dinţate şi sincronizator; j4, j5, j6 şi j7- jocurile dintre roţile dinţate; b1,2, b3,4...b7,8 – lăţimea perechilor de r.d. care formează un angrenaj; ls – lăţimea sincronizatorului.

În tabelul următor sunt date valorile orientative ale acestor elemente la trei tipuri de schimbătoare de viteză:

Tipul automobilului B j1, j8 j4...j7 b1,2...b7,8 ls

Autoturism oraş 14...18 4 5 14...16 32Autoturism teren 18...19 4 4 17...20 40Autocamion 22...25 3,5...4,5 3 20...27 55

Calculul distanţei dintre axe şi a greutăţii schimbătorului de viteze

Distanţa C dintre axele arborilor se predimensionează cu relaţia:

C = 26. [mm]relaţie în care Mmax se exprimă în daN.m. Distanţa rezultată din calcul urmează a se definitiva la calculul roţilor dinţate.

Greutatea schimbătorului de viteze (fără carterul ambreiajului), se calculează orientativ cu relaţia:

Gsv = a. C3 [daN]relaţie în care a este un coeficient care ţine seama de tipul schimbătorului de viteză, iar C – distanţa dintre axe măsurată în cm.. Pentru autoturisme a = 0,084 daN/cm3 iar pentru autocamioane a = 0,045 daN/cm3.

În general, greutatea CV (împreună cu carterul ambreiajului) reprezintă: la autoturisme 2...3% din greutatea autoturismului, iar la autocamioane 2,5...5% din greutatea şasiului.

2.2.2 Calculul roţilor dinţate

Calculul roţilor dinţate constă în determinarea numărului de dinţi şi definitivarea rapoartelor de transmitere; calculul danturii la încovoiere; verificarea danturii la oboseală; verificarea danturii la presiunea superficială.

a) Determinarea numărului de dinţi şi definitivarea rapoartelor de transmitere ale schimbătorului de viteze

La determinarea numărului de dinţi ai roţilor dinţate trebuie să fie îndeplinite următoarele cerinţe:

- realizarea pe cât posibil a rapoartelor de transmitere determinate la etajarea schimbătorului de viteze, ţinând seama că roţile dinţate au un număr întreg de dinţi;

- alegerea pentru pinioanele cu diametrele cele mai mici a numărului de dinţi apropiat de numărul minim de dinţi admisibil, pentru a se asigura compactitatea schimbătorului de viteze.

Distanţa C dintre axele arborilor poate fi exprimată în funcţie de razele roţilor dinţate aflate în angrenare:

C = rd1 + rd1’ = rd2 + rd2’ = rd3 + rd3’ = rd4 + rd4’ = rd5 + rd5’ în care rd este raza cercului de diviziune.

Dacă ţinem seama de relaţia dintre raza rd, modulul m şi numărul de dinţi z al unei roţi dinţate, relaţia anterioară pentru dinţi drepţi devine:

C = 0,5.m1,1’.(z1 + z1’) = 0,5.m2,2’.(z2 + z2’) = 0,5.m3,3’.(z3 + z3’) = 0,5.m4,4’.(z4 + z4’) = 0,5.m5,5’.(z5 + z5’)

sau dacă toate roţile au acelaşi modul:

z1 + z1’ = z2 + z2’ = z3 + z3’ = z4 + z4’ = z5 + z5’

C = 0,5 m1,1’/cos 1,1’ (z1 + z1’) = 0,5 m2,2’/cos 2,2’ (z2 + z2’) = 0,5 m3,3’/ cos 3,3’ (z3

+ z3’) = 0,5 m4,4’/cos 4,4’ (z4 + z4’) = 0,5 m5,5’/cos 5,5’ (z5 + z5’)

relaţie în care mi,i’ sunt modulele normale ale perechilor respective de roţi dinţate; i,i’ – unghiurile de înclinare ale dinţilor perechilor de roţi dinţate.

Dacă toate roţile au acelaşi modul normal, relaţia anterioară devine:

(z1 + z1’)/ cos 1,1’ = (z2 + z2’)/ cos 2,2’ = (z3 + z3’)/ cos 3,3’ = (z4 + z4’)/ cos 4,4’ = (z5

+ z5’)/ cos 5,5’ = 2C/m = C1

Pentru schimbătoarele de viteze ale automobilelor se recomandă ca valoarea constantei C1 să fie cuprinsă între 40…68 de dinţi (valorile inferioare pentru autoturisme şi cele superioare pentru autocamioane).

Determinarea numărului de dinţi, pentru schimbătorul de viteze se face pornind de la expresiile rapoartelor de transmitere şi ţinând seama de consideraţiile făcute.

La proiectarea CV, se ia în consideraţie cea mai mică roată pentru care, valoarea minimă a numărului de dinţi este:

zmin = 17. cos ’

Din STAS 822-82 se adoptă valoarea pentru modul valoarea şi corespunzător unghiul maxim de înclinare al danturii ’.

În cazul roţilor cu profil în evolventă, având unghiul de angrenare = 20o, numărul minim de dinţi este: la roţile cu dantura corectată zmin = 14; iar la roţile cu dantura necorectată zmin = 17.

Cunoscând raportul de transmitere al angrenajului permanent, putem calcula numărul de dinţi z1’ ai roţii conduse, aflată pe arborele secundar:

z1’ = z1. icv1

Valoarea obţinută se rotunjeşte la număr întreg.În acest moment se poate determina cu precizie mărimea distanţei dintre axe, folosind

relaţia:

C = m. (z1 +z1’)/2. cos1

În baza datelor obţinute, folosind relaţia următoare, rezultă rapoartele de transmitere finale:

icvk = zk’/zk

b) Calculul geometric al angrenajului

Expresia modulului frontal mf este dată de relaţia:

mfk = m/cos

iar pentru coeficientul înălţimii capului de referinţă normal fom adoptăm valoarea fom = 1.Cunoscând aceste mărimi se poate efectua calculul propriuzis al angrenajului pentru

fiecare treaptă în parte.- Diametrele de divizare:

Ddk = mfk. zk = m. zk/cos k

Ddk’ = mfk. zk’ = m. zk’/cos k

- Diametrele exterioare:

Dek = Ddk + 2.m.(1 + )

Dek’ = Ddk’ + 2.m.(1 + k’)

- Diametrele interioare:

Dik = Ddk - 2.m.(fom + )

Dik’ = Ddk’ - 2.m.(fom + k’)

- Înălţimea dinţilor:

h = 0,5.(De – Di)

Am optat pentru următoarele valori ale lui - pentru treapta I pentru treapta II pentru treptele III -V [Frăţilă]

Tab 2.2

Dimensiunile geometrice ale angrenajului

Vite- za

mfk zk zk’ Ddk Ddk

’ Dek Dek’ Dik Dik

’ hk hk’

IIIIIIIVV

c) Calculul de rezistenţă şi de verificare al angrenajelor de roţi dinţate

1) Calculul danturii la încovoiere

Pentru calculul danturii la încovoiere am utilizat metoda Lewis, care este cea mai răspândită pentru calculul la încovoiere al danturii angrenajelor schimbătoarelor de viteze ale automobilelor.

În cazul roţilor dinţate cu dantură înclinată, solicitarea la încovoiere în secţiunea periculoasă este dată de relaţia:

i = Ft1/(b1.p1.y)

Dacă înlocuim: b1 = b/cos ; p1 = p. cos ; Ft1 = Ft/ cos obţinem:

i = Ft/(b.p.y. cos )

relaţie în care:- Ft reprezintă forţa tangenţială maximă, care solicită dintele la încovoiere.

Ft = Mt/rd1

cu: Mt – momentul maxim transmis de motor ; rd1 – raza de divizare a roţii cu cel mai mic număr de dinţi.

- b reprezintă lăţimea danturii. - p este pasul danturii. Valoarea lui se determină cu relaţia:

p = b/adoptând pentru valoarea 2 [frăţ].

- y este un coeficient de formă a dintelui. Se adoptă pentru acest coeficient valoarea 0,6 [nutu].

i a.

2) Calculul danturii la presiunea de contact Presiunea superficială sau efortul unitar de contact are o mare influenţă asupra duratei

de funcţionare a roţilor dinţate. Rezistenţa cea mai mare la prsiunea de contact o au pinioanele cementate.

Efortul maxim unitar de contact se determină cu formula lui Hertz:

pmax = 0,418 relaţie în care:

Ft – forţa tangenţială; E = 2,1. 106 daN/cm2 (modulul de elasticitate pentru oţel); = 20o – unghiul de angrenare; - razele de curbură care se calculează cu relaţiile:

= rd1.sin / cos2

= rd2.sin / cos2

Efortul unitar admisibil de contact este dat de relaţia:

pa = pN/cîn care:

pN este efortul unitar de contact la oboseală pentru un anumit număr de cicluri echivalente Nc;

c – coeficient de siguranţă; c = 1,2 [fratilă].Efortul unitar pN se calculează cu relaţia:

pN = k. H.

unde:k este un coeficient care ţine seama de calitatea materialului. Pentru oţelurile aliate cu

Cr şi Ni, k = 265…310 [fratilă]. Se adoptă valoarea k = 290H –duritatea danturii. H = 62;Nb – numărul de cicluri de bază. Nb = 107;Nc - numărul de cicluri echivalente. Nc = 101.104 cicluri.

pmax pa.

Calculul arborilor

a) Determinarea schemei de încărcare şi calculul reacţiunilor

Schema de încărcare generală

Calculul reacţiunilor arborelui primar

Se utilizează următoarele relaţii de calcul, în care elementele utilizate sunt cele calculate sau adoptate anterior:

L1 = l1 + l2

Ft = Mt/rdk

Fr = Ft. tg /cos

Fa = Ft. tg

RAH = Ftk. l2/L1

RAV = (Frk. l2 + Fak. rdk)/L1

RA = (R2AH +R2

AV)1/2

RBH = Ftk. l1/L1

RBV = (Frk. l1 - Fak.rdk)/L1

RBA = Fak

RB = (R2BH +R2

BV + R2BA)1/2

Calculul reacţiunilor arborelui secundar

L2 = l3 + l4 + l5

Mc = Mmax. icvk . io. t

F’t = 2. Mc/mfk. z’k

F’a = F’t.(tg . sin k + sin mk. cos k)/cos mk

F’r = F’t.(tg . cos k - sin mk. sin k)/cos mk

RCV = [F’tk. l5 + F’rk.(l2 + l3) – F’ak. r’dmk – F’ak. rdk]/L2

RCH = [F’tk. l5 – Ft.(l2 +l3 )]/L2

RDV = (F’tk. l4 – Ftk. l3) /L2

RDH = (F’rk. l4 + F’ak .r’k – F’r. l3 + F’a. rdm)/L2

RDA = F’ak - Fak

Deoarece solicitările maxime se întâlnesc în treapta I a schimbătorului de viteze, de regulă, se face calculul numai pentru această treaptă.

Schema de încărcare a arborelui primar

Fig. 2.4 Schema de încărcare a arborelui secundar

2.2.4 Calculul momentelor

Şi în cazul momentelor facem calculul numai pentru treapta I care este cea mai solicitată.

Arborele primar

În planul vertical xoz:MA = 0

M1S = -RAV. l1

M1D = - RBV. l2

MB = 0În planul orizontal xoy:

MAH = 0

M1 = RAH. l1

MBH = 0

MiA = (M1AV2 + M1AH

2)1/2

M1B = 0

Diagrama de eforturi pentru arborele primarArborele secundar

Diagrama de eforturi pentru arborele secundar

În planul vertical xoz:MDV = 0

M1D = RDV. l5

M1S = RDV. l5 – Fa1. r’d1

MCV = RDV.. l2 – Fa1. l4

MZV = -Fa. rdm

În planul orizontal xoy:MDH = 0

M1H = - RDH.l5

MCH = - RDH. l5 + F’t1. l4

MiD = 0

M1S = (M21SV + M2

1SH)1/2

2.2.5 Verificarea rigidităţii arborelui

a) Arborele primar

fH = Ft1 .l12 .l2

2/3.L1 .E .I

cu E = 2,1 .105 N/mm2

I = . d4/64

fV = Fr1 .l12 .l2

2/3.L1 .E .I

fI = (fH2 + fV

2)1/2

b) Arborele secundar

fH = F’t1 .l42 .l5

2/3.L1 .E .I

cu E = 2,1 .105 N/mm2

I = . d4/64

fV = F’r1 .l42 .l5

2/3.L1 .E .I

fI = (fH2 + fV

2)1/2