ARGUMENT

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

În plus, cutia de viteze asigură mersul înapoi al automobilului fără inversarea sensului de rotaţie al motorului şi întreruperea legăturii motorului de restul transmisiei când ambreiajul este cuplat.

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

— să aibă posibilitatea realizării unui număr cât mai mare de rapoarte de transmitere iar mărimea lor să fie determinată încât să asigure o utilizare raţională a puterii în condiţiile unor performanţe dinamice şi de economici tate 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 se facă cât mai comod.

Din punct de vedere constructiv, la o cutie de viteze se deosebesc : me-canismul reductor ca parte ce realizează efectiv modificarea raportului de transmitere şi sistemul de acţionare prin intermediul căruia se comandă modificarea raportului de transmitere.

După modul de modificare a raportului de transmitere cutiile de viteze pot fi cu variaţia în trepte, cu variaţia continuă (progresivă) sau combinate.

După principiul de funcţionare cutiile de viteze pot fi mecanice, hidra ulice sau electrice.

După modul de acţionare deosebim cutii de viteze cu acţionare manu ală (neautomate), semiautomate şi automate.

Cutiile de viteze mecanice sunt cele mai răspândite în construcţiile ac tuale, de automobile. Modificarea raportului de transmitere se face prin intermediul unor angrenaje de roţi dinţate (cutii de viteze în trepte) sau prin intermediul unor elemente de fricţiune sau impulsuri (cutii de viteze continue).

După numărul de trepte se disting cutii de viteze cu trei, patru, cinci sau mai multe trepte. În general, la obţinerea unui număr mai mare de cinci trepte se utilizează cutii de viteze din prima categorie înseriate cu reductoare în două trepte, care permit prin combinare obţinerea unui număr dublu de trepte (şase, opt sau zece trepte).

1

Principala caracteristică a mecanismelor planetare constă în faptul că axa geometrică a unei roţi dinţate se roteşte în raport cu axa centrală a mecanismului. Aceste roţi execută o mişcare dublă şi anume o mişcare de rotaţie în jurul axei proprii şi o mişcare de revoluţie în raport cu axa centrală a mecanismului.

Mecanismele planetare pot avea roti dinţate cilindrice sau conice. Cele conice se folosesc de obicei ca mecanisme diferenţiale în transmisia auto-mobilului.

În construcţia cutiilor de viteze se folosesc de regulă mecanisme plane tare cu roţi dinţate cilindrice cu dinţi drepţi sau înclinaţi. Din punct de ve dere constructiv, aceste mecanisme se pot grupa după tipul angrenării în mecanisme planetare de angrenare interioară, exterioară sau mixtă. Dintre acestea, cea mai largă utilizare au primit-o mecanismele planetare cu angrenare mixtă a roţilor dinţate, deoarece realizează rapoarte mari de transmitere la dimensiuni mici de gabarit.

2

I. DESTINAȚIA, CONDIȚIILE IMPUSE ȘI CLASIFICAREA CUTIILOR DE VITEZĂ

1. DESTINAȚIA CUTIEI DE VITEZE

Rezistenţele la înaintare a automobilului variază în limite foarte largi în funcţie de condiţiile de exploatare. Rezistenţele sunt foarte mari la pornire, la urcarea rampelor şi pe drumuri rele. De asemenea, rezistenţele la înaintare variază cu direcţia şi intensitatea vântului, precum şi cu încărcătura automobilului.

În funcţie de mărimea rezistenţelor care apar la înaintarea automobilului, trebuie să se obţină la roţile motoare forţe de tracţiune suficient de mari pentru a învinge aceste rezistenţe. Forţa de tracţiune va trebui să varieze deci între o limită inferioară, la circulaţia cu viteze moderate pe drumuri orizontale şi o limită superioară, la pornire şi la urcarea pe o rampă.

Motoarele cu ardere internă cu care sunt echipate automobilele au urmă-toarele particularităţi:

— turaţia nu poate depăşi o valoare maximă, denumită turaţie maximă ;— nu pot funcţiona la o turaţie prea redusă, denumită turaţie minimă.Deci puterea dezvoltată de motoarele cu ardere internă nu poate fi folosită

practic decât între două turaţii, minimă şi maximă, care sunt bine determinate pentru fiecare motor în parte.

Dacă nu s-ar folosi cutii de viteze, atunci pentru a învinge rezistenţele cele mai mari la înaintare, automobilul ar trebui echipat cu un motor de putere corespunzătoare. Dar pentru celelalte situaţii de mers, când rezistenţele au valori mai mici, motorul trebuie să lucreze numai cu o parte din puterea sa, deci o utilizare cu totul incompletă a puterii motorului.

Rezultă deci că automobilele oare folosesc motoare cu ardere internă, pentru o utilizare cât mai raţională a lor, trebuie să aibă intercalat între ambreiaj şi transmisia cardanică o cutie de viteze care are drept scop :

— să modifice forţa de tracţiune la roţile motoare, după cum variazărezistenţele la înaintare, pentru o valoare constantă a turaţiei motorului ;

— să realizeze întreruperea legăturii dintre motor şi restul transmisiei ;această întrerupere a legăturii se foloseşte pentru cazurile de pornire a motorului şi de staţionare a automobilului fără a opri motorul, pentru a nu menţine un timp mai mare ambreiajul în (poziţia decuplat, ceea ce are ca rezultat uzura rapidă a rulmentului de presiune ;

—să permită mersul înapoi al automobilului, fără a inversa sensul derotaţie a motorului.

3

Puterea automobilului este astfel folosită atât pentru pornire şi pentru drumurile cu rezistenţe mari cât şi pentru drumurile cu rezistenţe mici.

În primul caz, cea mai mare parte din putere este utilizată pentru învingerea rezistenţelor şi numai o mică parte (sau chiar deloc) pentru mărirea vitezei ; iar în cazul al doilea, cea mai mare parte din putere este folosită pentru mărirea vitezei.

2. CONDIȚIILE IMPUSE CUTIEI DE VITEZE

Cutia de viteze a unui automobil trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:— să prezinte siguranţă în timpul funcţionării;— să fie uşor de manevrat;— să funcţioneze fără zgomot;— să aibă o construcţie simplă, rezistentă, uşor de întreţinut şi de reparat;— să aibă un randament cât mai ridicat;— să aibă un preţ de cost cât mai scăzut.

3. CLASIFICAREA CUTIILOR DE VITEZE

Cutiile de viteze utilizate la automobile se clasifică după principiul de funcţionare şi după modul de schimbare a etajelor. După principiul de funcţionare, cutiile de viteze se clasifică în :

— cutii de viteze în trepte ;— cutii de viteze continue, care constituie transmisii continue.

Cutiile de viteze cu etaje au un număr determinat de rapoarte de transmitere. În aceste cutii, variaţia raportului de transmitere este discontinuă.

Cutiile de viteze cu etaje se clasifică, la rândul lor, după felul mişcării arborilor şi după numărul treptelor de viteze.

După felul mişcării arborilor, cutiile de viteze cu etaje pot fi :— normale, la care arborii au axa geometrică fixă ;— planetare, la care axele unor arbori ai cutiei au o mişcare de

revoluţie în jurul unui ax central.După numărul treptelor de viteze, cutiile de viteze pot fi cu două, trei,

patru, cinci şi şase trepte.Cutiile de viteze continue utilizate la automobile pot fi :— mecanice ;— hidraulice ;— electrice.Din punctul de vedere al modului de schimbare a etajelor, cutiile de viteze

se clasifică în :— cutii de viteze cu acţionare directă ;— cutii de viteză cu servo-comandă ;— scutii de viteză cu acţionare automată.La cutiile de viteze cu acţionare directă, efortul necesar pentru schimbarea

etajelor este cel al conducătorului.4

La cutiile de viteze cu servo-comandă, conducătorul stabileşte numai treapta respectivă de viteză şi declanşează un servo-mecanism care dă efortul necesar.

Cutiile de viteze cu acţionare automată sunt prevăzute cu mecanisme care schimbă etajele de viteză în mod automat.

Cutiile de viteze normale sunt cele mai răspândite la automobile. Aceasta se explică prin faptul că aceste tipuri de cutii de viteze sunt simple din punct de vedere constructiv şi deci fabricarea lor este ieftină.

Numărul de etaje al acestor cutii de viteze este limitat şi din această cauză ele nu permit realizarea oricărui raport de transmitere cerut în toate cazurile de exploatare.

Pentru autoturisme, numărul de etaje cel mai des întâlnit este cinci, maxim fiind şase.

Numărul de etaje este impus de condiţiile de exploatare ale auto-turismelor, care cer o conducere sau manevrare uşoară şi o demarare ra pidă. Prin mărirea numărului de etaje se îmbunătăţeşte utilizarea puterii motorului, dar se îngreuiază manevrarea autoturismului, deoarece creşte numărul de schimbări de etaje.

La autocamioane, pentru a îmbunătăţi calităţile dinamice şi pentru o mai bună utilizare a puterii motorului se folosesc schimbătoare de viteze cu patru, cinci şi şase etaje.

La unele tipuri de autocamioane, etajul V are un raport de transmitere subunitar, adică turaţia motorului la ieşirea din cutia de viteze este mărită. Acest etaj se numeşte de supraviteză şi este folosit pe şosele şi autostrăzi, cu încărcătură normală sau cu încărcătură redusă, când rezistenţele la înaintare sunt mici.

O cutie de viteze normală, indiferent de numărul etajelor, cuprinde următoarele mecanisme :

— mecanismul reductor sau schimbătorul de viteze propriu-zis ;— mecanismul de acţionare ;— dispozitive de fixare şi de zăvorâre a etajelor.

3.1. MECANISMUL REDUCTOR

Acest mecanism serveşte la transmiterea momentului motor şi la modifi -carea raportului de transmitere, constituind partea principală a cutiei de viteze.

Un mecanism reductor se compune dintr-un arbore primar, un arbore in -termediar şi unul secundar. Transmiterea momentului motor între arborele primar, intermediar şi secundar se face cu ajutorul mai multor perechi de roţi dinţate.

Tipurile vechi de schimbătoare de viteze aveau numai doi arbori : arborele primar, care primea mişcarea de rotaţie de la motor prin intermediul ambreiajului şi un arbore secundar, care transmitea mişcarea de la arborele primar la arborele cardanic.

5

În prezent este generalizată soluţia schimbătorului de viteze cu trei arbori, arătată în figura 1.

Fig. 1. Schema unei cutii de viteze cu trei arbori.Arborele primar P primeşte mişcarea de la motor prin intermediul am-

breiajului. În prelungirea lui se găseşte arborele secundar S, prevăzut cu caneluri, pe care pot culisa (balada) roţile dinţate 3, 5 şi 7.

Arborele intermediar 1 este aşezat paralel cu arborele secundar şi are fixat pe el roţile dinţate 2, 4, 6, 8 şi 10. În general, la arborele intermediar roţile dinţate de diametru mai mic sunt confecţionate împreună cu arborele, iar cele de diametru mai mare sunt fixate prin pene.

Roata 2 este angrenată permanent cu roata 1 a arborelui primar, astfel că arborele intermediar se va roti tot timpul cât motorul va fi în funcţiune.

Când motorul funcţionează, dar automobilul stă pe loc, mişcarea se transmite de la arborele primar la arborele intermediar prim roţile 1 şi 2, iar arborele secundar fiind liber, roţile de pe el nu angrenează cu nici una din roţile corespunzătoare de pe arborele intermediar. În această situaţie, schimbătorul de viteze se află la punctul mort.

Etajele posibile ale unei astfel de cutii de viteze sunt:Etajul I. Cu ajutorul levierului 11 de schimbare a vitezelor şi a furcii f2, blocul

roţilor dinţate 5 şi 7 se deplasează spre dreapta până când roata 7 va angrena cu roata 8. În felul acesta, mişcarea de la arborele primar se transmite la arborele secundar prin roţile dinţate 1, 2, 8 şi 7.

Raportul de transmitere al etajului I va fi:

Etajul II. Blocul roţilor 5 şi 7 se deplasează spre stânga până când roata 8 angrenează cu roata 6, astfel încât mişcarea la arborele secundar se va transmite prin roţile dinţate 1, 2, 6 şi 5.

Raportul de transmitere al etajului II va fi:

6

Etajul III. Cu ajutorul furcii f1 se deplasează spre dreapta roata 3 până se angrenează în roata 4 astfel încât mişcarea la arborele secundar se va transmite prin roţile dinţate 1, 2, 4 şi 3.

Raportul de transmitere al etajului III va fi:

Etajul IV. Arborele primar şi cel secundar fiind în prelungire, pot fi uniţi direct dacă angrenează coroana frontală c a pinionului 3 de pe arborele secundar cu coroana frontală c' a pinionului 1 de pe arborele primar ; celelalte roţi de pe arborele (secundar se rotesc în gol. În felul acesta se obţine priza directă, când turaţia celor doi arbori este aceeaşi. Raportul de transmitere este în cazul acesta 1.

Mersul înapoi se obţine prin introducerea în schimbătorul de viteze al unui ax suplimentar 9 situat între axul secundar şi cel intermediar.

3.1.1. Modul de cuplare al etajelorLa cutiile de viteze existente, cuplarea etajelor se realizează prin :— roţi dinţate cu deplasare axială;— roţi dinţate permanent angrenate şi mufe de cuplare.Schema de cuplare a etajelor prin intermediul roţilor dinţate cu depla-

sarea axială (roţi plimbătoare sau baladoare) este arătată în figura 2.

Fig. 2. Schema de cuplare prin Fig. 3. Schema de cuplare a etajelor roţi dinţate cu deplasare axială. prin mufă de cuplare cu dantură periferică.

Roata dinţată 1 este fixată prin pană pe arborele respectiv, iar cealaltă 2 se poate deplasa axial pe arbore, fiind însă solidară la rotaţie cu el datorită canelurilor.

Cuplarea are loc prin deplasarea roţii 2, până când va angrena cu roata 1. Cuplarea etajelor prin intermediul roţilor dinţate permanent angrenate şi mufe de cuplare poate fi :

— cu mufe de cuplare simple ;— cu mufe de cuplare cu sincronizator.Cuplarea etajelor prin roţi dinţate permanent angrenate şi mufe de cuplare

simple s-a realizat în două moduri: cu mufă de cuplare cu dantură periferică şi cu mufă de cuplare cu dantură frontală.

7

În figura 3 este arătată schema de cuplare a etajelor prin roţi dinţate permanent angrenate şi mufă de cuplare cu dantură periferică.

Roata 1 este fixată pe arbore prin intermediul unei pene, ea angrenând cu roata 2, care se roteşte liberă pe arbore.

Roata liberă pe arbore este prevăzută cu o dantură d2 care poate fi interioară sau exterioară (pentru cazul de faţă este interioară). Această dantură va angrena cu dantura mufei de cuplare d1 care poate fi exterioară sau interioară (invers decât a primei roţi). Mufa 3 este solidară la rotaţie cu arborele roţii libere prin canelurile existente pe porţiunea de deplasare (culisare). Prin cuplarea mufei 3 cu roata liberă 2 aceasta se solidarizează cu arborele său. În felul acesta mişcarea se transmite de la roata 1 fixată pe arborele conducător la roata condusă 2 şi mai departe prin mufa de cuplare la arborele condus.

Cuplarea cu mufă de cuplare cu sincronizator se foloseşte pentru a înlătura şocurile la angrenarea roţilor dinţate (fig. 4).

Fig. 4. Mufă de cuplare cu

sincronizator.

În figura 4, a este arătată o mufă de cuplare cu sincronizator, care se compune din :

— un manşon 7 fixat pe arborele secundar prin intermediul unor caneluri care-i permit numai deplasări axiale, fiind prevăzute de fiecare parte laterală cu o suprafaţă conică c1 ; de asemenea mai are nişte locaşuri în care intră arcurile şi bilele de siguranţă ; la periferie manşonul este prevăzut cu o dantură ;

— o coroană (inel exterior) 8 cu dantură interioară, care poate aluneca lateral pe manşonul 7 ; la periferie coroana este prevăzută cu un locaş 10 în care intră furca 9 a schimbătorului de viteze ; de asemenea la partea interioară în coroană se află locaşuri pentru bilele de siguranţă ;

— un număr de bile de siguranţă 1, acţionate de nişte arcuri 2, care solidarizează manşonul şi coroana.

În figură mai sunt reprezentate roţile dinţate 3 şi 4 care sunt prevăzute cu danturi speciale de angrenare 5 şi 6 asemănătoare cu dantura coroanei 8.

8

Butucul acestor roţi este prevăzut cu o porţiune conică de aceeaşi conicitate ca şi locaşurile conice ale manşonului.

Roata dinţată 3, prevăzută cu suprafaţa conică c, se găseşte pe arborele primar al schimbătorului de viteze şi face corp comun cu el, iar roata 4 este liberă pe axul secundar.

Când se manevrează maneta schimbătorului de viteze, de exemplu pentru a obţine priză directă, furca 9 deplasează coroana 3 spre stânga. Datorită bilelor 1 o dată cu coroana se va deplasa şi manşonul 7 până când suprafeţele conice c1 şi c vin în contact (fig. 4, b). Ca urmare a frecării dintre aceste suprafeţe, vitezele de rotaţie ale manşonului 7 şi ale roţii dinţate 3 se vor egala treptat.

Dacă se împinge mai departe maneta schimbătorului de viteze, bilele 1 înving rezistenţa arcurilor şi sunt împinse în locaşul lor din manşon, până când dinţii săi interiori vor angrena cu dantura de cuplare 5 a roţii dinţate 3, stabilind o legătură rigida între arborele secundar şi cel primar (fig. 4, c). Prin deplasarea spre dreapta a sincronizatorului se va stabili o legătură rigidă între roata 4 şi arborele secundar.

3.1.2. Tipuri constructive de mecanisme pentru mersul înapoiSchimbătorul de viteze trebuie să permită mersul înapoi al automobilului,

fără a inversa sensul de mers al motorului.La automobile, mersul înapoi este folosit în mod curent la manevrarea

în locuri înguste (întoarceri).Se poate întâmpla însă ca, pe anumite porţiuni de drum desfundat, un

automobil să nu mai poată înainta din cauza rezistenţelor mari pe care le întâmpină. În această,situaţie se foloseşte etajul de mers înapoi al automobi lului, care trebuie să dezvolte la roţile motrice o forţă de tracţiune mai mare decât cea corespunzătoare etajului cu cel mai mare raport de trans mitere al mersului înainte.

Rezultă deci că etajul de mers înapoi va avea un raport de transmitere mai mare decât al etajului I.

Practic, etajul de mers înapoi se obţine prin intercalarea unor pinioane suplimentare între cele două roţi dinţate ale etajului I.

În figura 5 se arată etajul de mers înapoi cu două pinioane culisante.

Fig. 5. Etajul de mers înapoi cu două Fig. 6. Etajul de mers înapoi

9

pinioane culisante. cu un pinion culisant. Roata dinţată 1, de pe arborele secundar S, împreună cu roata dinţată 2, de

pe arborele intermediar I când angrenează, formează a doua treaptă de demultiplicare a etajului I al unui schimbător de viteze.

Dacă în poziţia lor decuplată se deplasează axial pinioanele 3 şi 3' pe axul Ml, până când pinionul 3' va angrena cu roata 2, iar pinionul 3 cu roata 1, sensul de rotaţie a arborelui secundar se va schimba, deci şi al automobilului. Pinioanele 3 şi 3' formează un bloc care este liber pe axul Ml de mers înapoi şi se poate deplasa axial.

Raportul de transmitere al etajului de mers înapoi va fi :

în care :i'x este raportul de transmitere al angrenajului dintre arborele primar şi cel

intermediar ;ix — raportul de transmitere al schimbătorului în etajul I.Se mai întâlneşte destul de des la automobile încă o soluţie mai simplă decât

cea arătată, care nu modifică însă raportul de transmitere al etajului I, acesta rămânând acelaşi şi pentru etajul de mers înapoi.

În acest caz mersul înapoi se realizează prin intercalarea unui pinion suplimentar culisant între roţile dinţate ale etajului I (fig. 6).

Roţile dinţate 1 şi 2 ale etajului I în poziţia decuplat vor fi cuplate simultan cu pinionul 3 de lăţime mare. În felul acesta, mişcarea se transmite de la roata dinţată 1 a arborelui intermediar prin intermediul pinionului 3, realizându-se inversarea sensului de rotaţie al arborelui secundar S şi deci sensul de mers al automobilului. Pinionul 3 este liber pe axul Ml şi se poate deplasa axial pentru a obţine cuplarea şi decuplarea cu roţile 1 şi 2. Raportul de transmitere obţinut va fi :

în care i'x şi ix iau aceleaşi semnificaţii ca în relaţia lui iMI pentru cazul utilizării a două pinioane pentru mersul înapoi.

3.2. MECANISMUL DE ACȚIONARE A SCHIMBĂTORULUI DE VITEZE

Acest mecanism serveşte la cuplarea şi decuplarea perechilor de roţi din -ţate cu scopul obţinerii diferitelor etaje

În figura 7 este arătat mecanismul de acţionare al unei cutii de viteze de la un automobil la care pârghia 5 pentru schimbarea etajelor (maneta de schimbare a vitezelor) este o pârghie oscilantă în lagărul sfe ric 6 al capacului schimbătorului de viteze, şi poate oscila paralel şi perpendicular pe axa longitudinală a automobilului. Partea sferică 7 a pârghiei 5 (numită şi nucă) este apăsată în permanenţă de către arcul 3 în locaşul sferic al capacului.

10

Schimbarea etajelor se obţine prin deplasarea roţilor dinţate sau a mu-felor de cuplare pe arborele respectiv. Această deplasare este făcută de o furcă 2 sau 2', care pătrunde în locaşul (gulerul) roţii dinţate sau a mufei. Furca, la rândul ei, este fixată pe o tijă 1 sau 1', culisantă în locaşurile ei din capacul cutiei de viteze. Tijele culisante sunt prevăzute cu nişte locaşuri 4, în care intră capătul inferior al pârghiei. În unele cazuri, locaşul în care intră capătul inferior al pârghiei, face corp comun cu furca, de exemplu locaşul 4' şi furca 2'.

Prin deplasarea pârghiei într-un plan perpendicular pe axa longitudinală a automobilului, capătul său inferior va pătrunde în locaşul 4 sau 4' al tijei 1 sau 1' în funcţie de etajul dorit de conducător. Prin deplasarea pârghiei într-un plan paralel cu axa longitudinală a automobilului se cuplează etajul corespunzător.

Fig. 7. Mecanismul de acţionare a schimbătorului de viteze.Mecanismul de acţionare cu pârghie oscilantă se foloseşte aproape la toate

autocamioanele, precum şi la unele autoturisme.La unele autovehicule, mecanismul de acţionare al schimbătorului de viteze are

maneta de schimbare a vitezelor pe coloana volanului (fig. 8).Pe coloana 1 a volanului se găsesc montate suporturile 3 şi 16, care servesc la

fixarea axului tubular 9. La capătul inferior al axului tubular sunt aşezate două pârghii 7 şi 8, legate de tijele 15 şi 19. Aceste tije au capetele inferioare legate la pârghiile 17 şi 18 de schimbare a etajelor. Arcul 10 apasă continuu axul 9 în poziţia inferioară. Axul are presată la partea inferioară piedica 5 în care este introdus ştiftul 6. în suportul superior 16 este înşurubată tija 14 în al cărei locaş intră capătul inferior al manetei de viteze 13.

11

Diferitele etaje posibile se obţin aşa cum se arată în continuare. Pentru poziţia din figură, în care arcul 10 ţine axul 9 apăsat pe suportul inferior, ştiftul 6 intră în canalul pârghiei 7 pe care o solidarizează la rotaţie cu axul 9.

Prin rotirea manetei într-un sens sau altul, mişcarea se transmite de la ax la pârghia 7, iar de aici prin intermediul tijei 15 la pârghia 17 de acţionare a furcilor etajelor II şi respectiv III (priza directă).

Fig. 8. Mecanismul de acţionare a schimbătorului de viteze cu maneta pe coloana volanului:

1 — coloana volanului; 2 — bucşă; 3 — suportul inferior al axului tubular; 4 — garnitură de etanşare; S — piedică; 6 — ştift; 7 şi 8 — pârghii; 9 — axul tubular; 10 — arcul

axului; 11 — suport; 12 — bolţul manetei de viteze; 13 — maneta de viteze; 14, 15 şi 19 — tije; 16 — suportul superior al axului tubular; 17 — pârghia pentru cuplarea

etajului II şi III; 18 — pârghia pentru cuplarea etajului I şi a mersului înapoi; 20 — schimbătorul de viteze propriu-zis; 21 — volanul.

Prin deplasarea manetei de viteze în sus spre volan, axul 9 se ridică, iar ştiftul 6 va intra în locaşul pârghiei 8 pe care o solidarizează la rotaţie cu axul. În acest caz prin rotirea manetei într-un sens sau altul pârghia 8 transmite mişcarea prin tija 19 la pârghia 18 de acţionare a furcilor etajului I şi respectiv a mersului înapoi.

3.3. DISPOZITIVELE DE FIXARE ŞI DE ZĂVORÎRE A ETAJELOR

3.3.1. Dispozitivul de fixare a etajelorFixarea etajelor este făcută de către un dispozitiv de fixare a cărei con-

strucţie este arătată în figura 9.12

Fiecare tijă culisantă este prevăzută cu trei scobituri semisferice.Două scobituri care sunt extreme, corespund etajelor cane le realizează furca

de pe tija respectivă, iar cea din mijloc corespunde punctului mort. Distanţa dintre scobituri este aleasă în aşa fel, încât să se asigure cuplarea etajului respectiv în poziţia în care roţile dinţate corespunzătoare angrenează pe toată lungimea dinţilor.

Într-un locaş executat în capacul cutiei de viteze se introduce deasupra fiecărei tije o bilă 1. Bila este presată în una din scobiturile tijei de către un arc 2.

Fig. 9. Dispozitivul de Fig. 10. Schema de funcţionare a dispozitivului fixare a etajelor. de zăvorâre a etajelor.

În timpul mersului, automobilul este supus unor trepidaţii din cauza ne-regularităţilor drumului care vor căuta să deplaseze tija cu furcile scoţând roţile dinţate din angrenare. Tensiunea arcului trebuie astfel aleasă, încât bila să împiedice deplasarea tijei sub acţiunea trepidaţiilor şi a forţelor axiale.

3.3.2. Dispozitivul de zăvorâre a etajelorPentru a nu da posibilitatea deplasării simultane a două tije culisante se

foloseşte un dispozitiv de zăvorâre care blochează automat toate celelalte tije în poziţia corespunzătoare punctului mort, atunci când una din tije se deplasează.

În figura 10 este arătată schema unui dispozitiv de zăvorâre pentru o cutie de viteze cu patru etaje.

Tijele culisante extreme 1 şi 5 au în planul orizontal pe partea interioară câte o scobitură semisferică. Tija centrală 3 are în planul orizontal câte două scobituri semisferice. În dreptul scobiturilor, tija centrală este prevăzută cu un orificiu în care se găseşte un mic ştift 4. între tijele extreme şi cea centrală se găsesc două opritoare (piedici) 2 şi 6.

Pentru poziţia punctului mort toate scobiturile se află pe aceeaşi linie, iar între opritoare şi scobituri există un mic joc. Dacă se deplasează tija centrală 3 (fig. 10, a) ea va acţiona asupra opritoarelor 2 şi 6 care vor ieşi din scobiturile ei şi le va obliga să pătrundă în scobiturile tijei 1 şi respectiv 5. În felul acesta se vor bloca tijele extreme şi nu se vor elibera până când tija centrală este readusă în poziţia punctului mort. În cazul deplasării unei tije extreme (fig. 10, b), ea va acţiona asupra opritorului 2, scoţându-l din scobitura ei şi obligându-l să intre în scobitura tijei centrale de aceeaşi parte cu ea.

În momentul în care opritorul 2 a pătruns în scobitura tijei centrale, el va deplasa ştiftul 4 din această scobitură în scobitura de pe partea cealaltă. Prin

13

această deplasare ştiftul 4 va obliga piedica 6 să pătrundă în scobitura tijei 5. În felul acesta, tijele 3 şi 5 sunt blocate în poziţia punctului mort.

Prin deplasarea tijei 5 se vor bloca tijele 1 şi 3 (fig. 10, c).Cutia de viteze a autocamioanelor este prevăzută în general cu un zăvor

special pentru mersul înapoi, cu scopul de a evita cuplarea involuntară a etajului mersului înapoi.

II. CUTII DE VITEZE MECANICE ÎN TREPTE CU ARBORI ROTITORI (CUTII DE VITEZE

PLANETARE)

1. NOȚIUNI GENERALE DESPRE MECANISMELE PLANETARE UTILIZATE ÎN CONSTRUCȚIA CUTIILOR DE VITEZE

Principala caracteristică a mecanismelor planetare constă în faptul că axa geometrică a unei roţi dinţate se roteşte în raport cu axa centrală a mecanismului. Aceste roţi execută o mişcare dublă şi anume o mişcare de rotaţie în jurul axei proprii şi o mişcare de revoluţie în raport cu axa centrală a mecanismului.

Mecanismele planetare pot avea roţi dinţate cilindrice sau conice. Cele conice se folosesc de obicei ca mecanisme diferenţiale în transmisia auto-mobilului.

În construcţia cutiilor de viteze se folosesc de regulă mecanisme plane tare cu roţi dinţate cilindrice cu dinţi drepţi sau înclinaţi. Din punct de ve dere constructiv, aceste mecanisme se pot grupa după tipul angrenării în mecanisme planetare de angrenare interioară, exterioară sau mixtă. Dintre acestea, cea mai largă utilizare au primit-o mecanismele planetare cu angrenare mixtă a roţilor dinţate, deoarece realizează rapoarte mari de transmitere la dimensiuni mici de gabarit.

14

Fig. 11. Elementele mecanismului planetarElementele unui astfel de mecanism, numit şi grup planetar (fig. 11) sunt:

a — roata centrală (solară); b — braţul port satelit; c — roată planetară; s — sateliţi ; f — frână. Rolul de element fix al mecanismului este îndeplinit de roata planetară c, fixată de frâna cu bandă f. Elementul conducător este roata centrală a iar elementul condus braţul port-satelit b.

În continuare, pentru a marca rolul îndeplinit de elementele grupului planetar vom utiliza indicii : 1 — pentru elementul conducător, 2 — pentru elementul condus şi 3 — pentru elementul fix. Astfel grupul planetar descris devine a1, b2, c3.

Pentru a stabili legăturile cinematice între elementele unui grup planetar se pot utiliza două metode : metoda grafică si metoda analitică.

— Metoda grafică, constând din construirea planului vitezelor pentru elementele componente, este simplă, sugestivă, însă dă rezultate aproxima tive când se urmăreşte determinarea raportului total de transmitere. Rezultate precise se obţin prin utilizarea metodelor analitice.

— Metoda analitică, prezentată în continuare, este metoda opririi imaginare a rotii conduse (metoda Willis).

Pentru o oprire imaginară a roţii conduse, este suficient a se imagina că întreg grupul planetar se roteşte în sens invers în jurul axei centrale cu viteză unghiulară egală cu a roţii conduse. În această situaţie, grupul planetar se transformă într-un mecanism obişnuit cu axe fixe. Viteza unghiulară a roţii centrale în cazul opririi imaginare a elementului b este ωab = ωa – ωb, iar raportul de transmitere de la elementul a la elementul c este :

Semnul (—) arată că roata centrală a şi roata planetară c se rotesc în sens invers.

Relaţia mai poate fi scrisă şi sub forma :

Raportul ibac se numeşte caracteristica grupului planetar şi se notează cu k :

unde Ra, RS şi Rc sunt razele de rostogolire ale roţilor a, s şi c. În construcţiile existente k = 1,5...4.

Înlocuind în relaţia de mai sus valoarea raportului se obţine :

În cazul mecanismului planetar analizat, (a1, b2, c3), roata planetară este element fix, ωc = 0 rezultă :

Raportul cinematic de transmitere devine :

sau15

Dacă RS → 0, atunci RC → Ra şi ibac → 2 iar dacă Ra → 0, atunci ib

ac = , deci

raportul de transmitere pentru un astfel de grup planetar este cuprins între limitele :

În funcţie de combinaţiile de montare ale elementelor grupului planetar se pot obţine şase scheme cinematice (tab. 1) şi anume, două scheme cu posibilitatea de a reduce turaţia arborelui condus : (a1 b2 c3) şi (a3 b2 c1); două cu posibilitatea de multiplicare a turaţiei arborelui condus : (a2 b1 c3) şi (a3 b1 c2) şi două scheme pentru mersul înapoi dintre care una (a1 b3 c2) reducătoare şi una (a2 b3 c1) acceleratoare.

Tabelul 1Combinaţii de montare a elementelor grupului planetar cu

angrenare mixtă

Pentru realizarea unei transmiteri directe a momentului motorului mecanismul planetar se blochează prin intermediul unui ambreiaj cu fricţiune, denumit şi ambreiaj de blocare.

În figura 12 este prezentată o schemă cinematică a grupului planetar a1 b2 c3, la care ambreiajul de blocare, A, este introdus între elementele a şi c.

16

Fig. 12. Schema cinematică a Fig. 13. Condiţia de echilibru a sateliţilor grupului planetar

La trecerea grupului planetar în priză directă, ambreiajul de blocare precum şi arborii 1 şi 2 se solidarizează formând, din punct de vedere cinematic, un tot unitar.

În această poziţie, momentul arborelui 1 se transmite la arborele 2 prin două circuite şi anume :

— roată centrală — sateliţi şi— ambreiaj de blocare — roată planetară — sateliţi.De la braţul port-satelit, printr-un singur circuit, momentul se transmite

arborelui 2.Astfel, prin blocarea mecanismului planetar, momentele M1 şi M2 sunt

egale, iar raportul de transmitere i = 1.Determinarea forţelor şi momentelor ce acţionează asupra elementelor

grupului planetar a1 b2 c3 se face pornind de la condiţia de echilibrare a sateliţilor (fig. 13). Acţiunea roţii centrale a este reprezentată prin forţa Fa, acţiunea roţii planetare c prin FC, iar a braţului port-satelit prin forţa Fb.

Ecuaţiile de echilibru sunt :

de unde rezultă:

Pentru schema considerată (a1 b2 c3) forţa periferică Fa se determină în funcţie de momentul de intrare M1 cu relaţia :

Momentul Mb ce acţionează asupra braţului port-sateliţi este :

sau

17

Momentul Mc, care acţionează asupra roţii planetare, este :

Din relaţiile de mai sus rezultă :

Similar se procedează şi pentru celelalte scheme de legare a elementelor.

2. CONSTRUCȚIA CUTIILOR DE VITEZE PLANETARE

În construcţia cutiilor de viteze, grupul planetar nu se poate folosi în forma prezentată deoarece nu se poate schimba destinaţia elementelor, ci se folosesc combinaţii de mai multe astfel de grupe. Cele mai utilizate sunt variantele a1 b2 c3; a3 b2 c1 — pentru reducere şi varianta a3 b1 c2 — pentru amplificare.

Cuplarea treptelor de viteze, în cazul cutiilor de viteze planetare se realizează cu ambreiaje polidisc şi frâne cu bandă. Ambreiajele polidisc se folosesc pentru solidarizarea la rotaţie a două elemente ale cutiei, iar frânele pentru împiedicarea rotirii elementului fix.

Utilizarea elementelor de fricţiune pentru cuplarea diferitelor trepte de viteze asigură schimbarea fără şoc, demarajul l in al automobilului, dispare necesitatea ambreiajului principal şi a sincronizatoarelor, iar procesul de schimbare al treptelor este mult simplificat.

În plus, cutiile de viteze planetare asigură posibilitatea cuplării rapoartelor de transmitere fără întreruperea fluxului de putere şi o durabilitate sporită construcţiei, datorită rigidităţii mari a arborilor şi a numărului mare de dinţi aflaţi simultan în angrenare.

În figura 14 este prezentată schema cinematică a unei cutii de viteze planetare cu patru trepte de mers înainte şi una de mers înapoi.

Fig.14. Schema cinematică a unei c.v. planetare cu 4 treptede mers înainte şi una de mers înapoi

Ea este formată din înscrierea a trei grupe planetare simple cu angrenare mixtă (I, II — pentru mersul înainte şi III — pentru mersul înapoi). Cupla rea treptelor de viteză se face cu ajutorul ambreiajelor A1, A2 şi a frânelor cu bandă F1, F2, F3. În poziţia neutră a cutiei de viteze frânele şi ambreiajul sunt decuplate.

18

Cuplarea primei trepte are loc atunci când frânele F1 şi F3 sunt trase, în transmisie participând grupurile planetare I şi II. Raportul de transmitere este :

Cuplarea treptei a 2-a are loc atunci când frâna F2 este trasă şi ambreiajul A1 blocat, în transmisie participând grupurile planetare I (blocat) şi II. Raportul de transmitere este :

Cuplarea treptei a 3-a are loc când ambreiajul A2 este blocat şi frâna F1

trasă, în transmisie participând grupurile planetar I şi II (blocat). Raportul de transmitere este :

Treapta a 4-a este treaptă de priză directă ( i C V 1 = 1) şi se obţine prin blocarea grupurilor I şi II cu ambreiajele A1 şi A2.

Cuplarea mersului înapoi se obţine când frânele F1 şi F3 sunt trase, în transmisie participând toate grupurile planetare. Raportul de transmitere este:

În figura 15 este prezentată construcţia şi schema cinematică a unei cutii de viteze planetare cu un grup planetar cu sateliţii dubli, cu trei trepte de viteză pentru mersul înainte şi una pentru mersul înapoi.

Grupul planetar este format din roţile centrale 1 şi 4, sateliţii 2 şi 11 şi roata planetară 3.

19

Fig. 15. Construcţia şi schema cinematică a unei cutii de viteze planetare cu un grup planetar cu sateliţii dubli

Ambreiajul de blocare polidisc A1 cu partea conducătoare solidară la rotaţie cu arborele de intrare 12, prin partea condusă transmite mişcarea roţii centrale 4, iar prin clopotul 13 al părţii conducătoare, ambreiajul A2, care cuplează roata planetară 1. Fixarea roţii planetare 2 şi a braţului port-sateliţi 5 se realizează de frânele cu bandă F1 şi F2.

Cuplarea treptelor de viteză se realizează astfel :— pentru prima treaptă de viteză se blochează ambreiajul A1 şi frâna F2.

Mişcarea se transmite la arborele conducător 12 prin ambreiajul A1, la roata centrală 4, sateliţii 11 şi 2, roata planetară 3 la arborele secundar 8.

Raportul de transmitere este:

— treapta a 2-a se obţine acţionând ambreiajul A1 şi frâna F2. În acest caz raportul de transmitere este :

— treapta a 3-a, treaptă de priză directă, se obţine prin blocarea grupului planetar prin ambreiajele A1 şi A2; i C V 3 = 1 ;

20

— cuplarea mersului înapoi se face prin blocarea ambreiajului A2 şi frânarea braţului port-sateliţi 5 prin frâna F2. În acest caz, raportul de trans-mitere este :

Deoarece acţionarea elementelor de frânare şi blocare se face hidraulic, cutia de viteze este echipată cu o pompă cu roţi dinţate 6, care trimite uleiul sub presiune prin conductele 9 şi 10 unui regulator centrifugal 7 şi ambreiajelor de blocare A1 şi A2.

Datorită acţionării hidraulice a elementelor de cuplare, în perioada când motorul nu funcţionează, dispare presiunea din lichidul de lucru şi deci elementele de cuplare sunt libere, neexistând nici o legătură între roţile automobilului şi motor. Pentru a folosi momentul de inerţie mare al motorului ca frână de parcare, la cutiile de viteze planetare se folosesc elemente de blocare a roţilor dinţate prin rigidizarea lor de carcasa cutiei sau prin introducerea unei legături între două elemente cu viteze unghiulare diferite.

III. REPARAREA, ASAMBLAREA ŞI RODAJUL CUTIEI DE VITEZE

21

1. Repararea schimbătorului de viteze

Se execută asupra următoarelor piese : carter, arbori şi pinioane.Carterul cutiei de viteze poate avea următoarele defecte principale :

spărturi şi fisuri, rupturi ale flanşelor de susţinere a carterului, deteriorarea filetului în găurile filetate, uzura suprafeţelor de montare ale locaşurilor rulmenţilor şi a locaşului axului pinioanelor de mers înapoi.

Metodele de recondiţionare ale carterelor schimbătoarelor de viteze sunt, în general, aceleaşi pentru diferite automobile.

Modul de recondiţionare a defectelor enumerate se va exemplifica pentru carterul cutiei de viteze al autocamioanelor.

Fisurile se sudează numai atunci când nu leagă între ele găurile pentru rulmenţii arborilor schimbătorului de viteze. Sudarea se poate executa oxiacetilenic, la cald sau electric.

Găurile filetate se recondiţionează cu dopuri filetate. Apoi se dau găuri la diametrul de 3,3 mm, se taie filet M 4 x 0,7 pe adâncimea de 7 mm şi se înşurubează şurubul de siguranţă, al cărui capăt se pileşte la nivelul suprafeţei carterului schimbătorului de viteze. Găurile pentru dopurile filetate se execută la maşina de găurit, cu ajutorul unor şabloane de ghidare.

În cazul când uzura locaşurilor pentru rulmenţi este mai mare, se impune alezarea şi bucşarea lor pentru readucerea la dimensiunea nominală.

După presarea bucşelor, feţele frontale se strunjesc la nivelul suprafeţei carterului, iar găurile lor se alezează la cota nominală. În acelaşi fel se execută şi bucşarea locaşurilor pentru rulmenţii arborelui intermediar şi pentru axul blocului pinioanelor de mers înapoi.

Arborii cutiei de viteze nu se pot repara întotdeauna. Astfel, dacă la examenul vizual cu o lupă, care măreşte de patru ori, se constată că dantura arborelui primar prezintă fisuri, acesta se rebutează. De asemenea, arborele primar se rebutează dacă suprafaţa dinţilor este ştirbită mai mult de 25% din suprafaţa totală sau dacă suprafaţa locaşului pentru rulmentul cu role-ace este ştirbită mai mult de 10% din suprafaţă.

Uzura dinţilor pentru priza directă a arborelui primar se recondiţionează prin încărcare cu sudură şi prelucrare la dimensiunea nominală.

Canelurile arborelui primar, dacă prezintă bavuri sau urme de lovituri, sunt curăţate manual cu o pilă sau la polizor, iar dacă sunt uzate, se recondiţionează prin încărcare cu aliaje dure (crom, sormait etc.). După încărcare, arborii sunt prelucraţi prin strunjire, frezare şi apoi sunt supuşi unui tratament termic.

Fusurile uzate pentru rulmenţii arborilor pot fi recondiţionate prin : cromare, încărcare cu sudură, iar în unele cazuri prin montarea unei piese suplimentare.

Pinioanele cutiei de viteze pot avea : dinţii uzaţi sau ştirbiţi, dinţii şi canelurile uzate sau ştirbite, în funcţie de construcţia lor. În general, uzura maximă admisă a dinţilor pinioanelor este de 0,22—0,30 mm din grosimea dintelui şi de 15% din lungimea sa. Ştirbiturile dinţilor se admit de cel mult 30% din suprafaţa de lucru

22

a lor. Pe feţele frontale ale pinioanelor, prin faptul că acestea nu se angrenează pe toată lungimea dinţilor, apare o uzură în trepte, care se recondiţionează prin rectificare.

Ştirbiturile mici de pe marginile dinţilor se curăţă manual pentru a se lua muchiile ascuţite.

Repararea dinţilor roţilor se execută şi prin înlocuirea coroanei uzate cu o coroană nouă, ai cărei dinţi se prelucrează la dimensiunea nominală şi se montează prin presare.

Dacă dinţii sunt uzaţi pe lungimea lor sau prezintă ruperi pe circa 25% din suprafaţa lor, se recondiţionează prin sudură.

2. Asamblarea cutiei de viteze

Operaţiile principale de asamblare la toate cutiile de viteze sunt operaţii de asamblare a rulmenţilor şi a pinioanelor.

Pentru montarea corectă a rulmenţilor, trebuie ca raza racordărilor de pe arbori sau din corpul carterului să fie mai mică decât raza racordării de pe inelul rulmentului.

Calitatea montării rulmenţilor are mare influenţă asupra duratei lor de funcţionare. Înainte de montane, rulmenţii se spală într-o soluţie de 8—10% ulei în benzină, pentru ca să se rotească cu uşurinţă.

Rulmenţii se pot presa cu ajutorul preselor mecanice sau hidraulice ; ma-nual, cu ajutorul unui ciocan şi al unui dorn. Presarea rulmentului în locaşul său se poate efectua cu preîncălzitor sau fără preîncălzitor, la temperatura de 60—100°C. Dornurile pentru montarea rulmenţilor se execută din metal moale (cupru, aluminiu etc.). Este indicat să se folosească dornuri cu tije de centrare sau dornuri tubulare. După presare, rulmentul se verifică dacă se roteşte uşor cu mâna. Un rulment bine montat trebuie să se rotească uşor şi lin.

Dacă rulmentul a fost presat până la gulerul de oprire, atunci se verifică contactul dintre cele două suprafeţe sau jocul prescris de condiţiile tehnice de asamblare şi montare.

Este important ca la angrenarea pinioanelor să se respecte jocurile şi strângerile, precum şi poziţia arborelui primar şi a celui secundar în raport cu, arborele intermediar. Axele acestor arbori trebuie să fie în acelaşi plan şi paralele. Distanţele dintre axele acestor arbori trebuie să fie egale cu semisuma distanţelor cercurilor divizoare ale pinioanelor angrenate. Jocurile normale laterale între dinţii pinioanelor cutiei de viteze sunt date în tabelul de mai jos.

Jocul lateral dintre dinţii pinioanelor cutiei de viteze, în mm

23

Jocul lateral în angrenaj se poate verifica prin măsurarea cu ajutorul unui spion, al unor sârme de plumb, sau al unor dispozitive speciale.

3.Rodajul cutiei de viteze

Rodajul cutiei de viteze se execută pe un banc special de încercări.Încercarea ei se efectuează atât în gol cât şi sub sarcină, la diferite turaţii

ale arborelui primar, între 1 000 şi 1 400 rot/min.Puterea motorului electric al bancului este de circa 60—70% din cuplul

motor al motorului la care se montează cutia de viteze. În locul frâ nei electrice se poate folosi o frână mecanică sau hidraulică.

Condiţiile rodajului unui schimbător de viteze sunt:— turaţia arborelui primar al schimbătorului de viteze să fie

cuprinsăîntre 1 000 şi 2 000 rot/min ;

— sarcina maximă să fie de 60—75% din cuplul maxim al motorului ;— timpul de rodaj să fie de 20 min pentru fiecare etaj de mers

înainte,de 10 min în etajul de mers înapoi şi de 5 min în punctul mort ;

— în timpul rodajului se verifică : funcţionarea la mersul în gol a cutiei de viteze în toate etajele şi funcţionarea sub sarcină a cutiei de viteze în toate etajele.

În timpul rodajului este necesar să se respecte următoarele condiţii tehnice :

— schimbarea vitezelor să se efectueze cu un efort redus ;— deplasarea manetei în punctul mort să se execute uşor ;— se admite să se audă un zgomot uniform la funcţionarea

roţilordinţate ;

— nu se admit bătăi sau zgomote pronunţate ;— nu se admite sărirea din viteză ;— nu se admit pierderi de ulei.

În cazul când schimbătorul de viteze nu îndeplineşte una din aceste con -diţii defectul se va remedia.

24