Discuri aflate in miscare de rotatie AMBREIAJUL

Ambreiaj - un mecanism care foloseste placute impregnate cu un material pentru frictiune pentru a transfera energia de la motor la puntea tractoare. Ambreiaj - subansamblu complex cu rolul de a transmite miscarea de rotatie, cu posibilitatea de cuplare-decuplare comandata. Ambreiajul este plasat intre motor si transmisie cu rolul de a separa cinematic cele doua elemente dar si de a compensa principalele dezavantaje ale motorului cu ardere interna: - nu poate fi pornit sub sarcina, - nu se poate inversa sensul de rotatie, - miscarea neuniforma a arborelui cotit, - existenta unei zone de instabilitate a functionarii motorului. Ca elemente componente, ambreiajele utilizate in industria auto sunt, in general, alcatuite din: -placa de presiune -disc de ambreiaj sau de frictiune -rulment de presiune

Ambreiajele pot fi uscate sau ude. Ambreiajele uscate sunt cele intalnite cel mai des in automobilele curente. Ambreiajele ude functioneaza scufundate intr-un fluid cu rol de racire. Ambreiajele moderne sunt actionate hidraulic prin intermediul unei pedale (pedala de ambreiaj). Forta de apasare a piciorului este transmisa si multiplicata pe principiul presei hidraulice catre rulmentul de presiune.

Rolul ambreiajului Asigura decuplarea rapida si completa a transmisiei de motor la oprirea autovehiculului sau la schimbarea treptelor de viteza,asigura demararea in conditii optime asigurand o crestere progresiva a solicitarilor in transmisie, limitarea vibratiilor torsionale ale motorului sau ale transmisiei, si rol de cuplaj de siguranta.

Sistemul de actionare, reprezentat prin mansonul de decuplare 4, furca 5 si un dispozitiv extern de comanda 6, mecanic sau hidraulic, cuprinde totalitatea elementelor ce participa la stabilirea sau desfacerea legaturii, numita legatura de cuplare, dintre partea conducatoare si partea condusa.

Un ambreiaj bine conceput si corespunzator reglat trebuie sa ndeplineasca o serie de cerinte, dintre care: - la decuplare sa asigure desfacerea rapida si totala a legaturii dintre motor si transmisie, pentru a da posibilitatea schimbarii treptelor de viteza fara socuri si pentru a prentmpina uzura prematura a ambreiajului prin existenta frecarii mecanice din suprafetele de contact atunci cnd automobilul este oprit cu motorul n functiune si din cutia de viteze cuplata; - la cuplare sa asigure cuplarea lina si completa a motorului cu transmisia, adica sa permita o crestere progresiva a momentului pe care l transmite, pentru a se evita pornirea brusca din loc a automobilului si aparitia unor solicitari dinamice nsemnate n transmisie. Cum n fazele cuplarii ambreiajului o parte din energia motorului se transforma prin patinarea ambreiajului n caldura, ambreiajul trebuie sa fie capabil sa preia ntreaga caldura rezultata, fara a se produce cresteri periculoase de temperatura, si sa o cedeze cu usurinta mediului exterior;

- n stare cuplata, n toate conditiile normale de functionare ale automobilului, sa asigure transmiterea integrala a momentului maxim al motorului, fara patinare, iar n regimurile n care pot aparea suprasarcini dinamice sa limiteze, prin patinare, cresterea momentului, evitndu-se astfel suprasolicitarea organelor transmisiei. De asemenea, fata de caracterul periodic variabil al momentului motorului si aleatoriu variabil al rezistentelor de naintare, ambreiajul trebuie sa asigure izolarea transmiterii vibratiilor de torsiune ntre motor si transmisie. Parametrii principali care caracterizeaza constructia ambreiajului se refera la coeficientul de siguranta (), presiune specifica (ps) si cresterea de temperatura (t) n ambreiaj la pornirea din loc a automobilului. n calculele de predimensionare acest lucru este luat n considerare prin coeficientul de siguranta al ambreiajului, notat si definit ca valoare a raportului dintre momentul de calcul al ambreiajului(MM) si momentul maxim al motorului (MM). Momentul de calcul se determina cu formula: Ma=Mmax Alegerea valorii coeficientului de siguranta al ambreiajului n vederea determinarii momentului necesar al ambreiajului se face tinndu-se seama de tipul si destinatia automobilului, precum si de particularitatile ambreiajului. Pentru valori mari ale coeficientului de siguranta se reduce intensitatea patinarii ambreiajului la uzarea garniturilor de frecare, se reduce lucrul mecanic de patinare si, prin aceasta, se sporeste durata de functionare a ambreiajului si se reduce timpul de ambreiere, mbunatatindu-se dinamicitatea automobilului. Marirea exagerata a coeficientului de siguranta contribuie la aparitia unor suprasarcini n transmisie, n special la frnarea brusca a automobilului, prin diminuarea capacitatii de protectie prin patinare. n plus, cu ct are valori mai ridicate, cu att si forta necesara pentru cuplarea ambreiajului devine mai mare. Ambreiajul la care coeficientul de siguranta are valori reduse protejeaza bine transmisia de suprasarcini, deoarece patinarea ambreiajului are loc la valori mai mici ale momentului de torsiune, deci mai usor si mai frecvent n timpul deplasarii automobilului. Aceasta situatie poate deveni dezavantajoasa, deoarece alunecarile frecvente provoaca uzura prematura a discurilor.

De-a lungul duratei de utilizare a automobilului, prin uzarea garniturilor de frecare ale ambreiajului valoarea coeficientului de siguranta se modifica dupa caracteristica elastica a arcurilor utilizate. Corespunzator reducerii fortelor de apasare a arcurilor datorita uzarii ambreiajului scade si valoarea momentului capabil al ambreiajului. ndeplinirea cerintei de transmitere integrala a momentului maxim al motorului limiteaza scaderea coeficientului de siguranta al ambreiajului uzat pna la limita: u 1. innd seama de precizarile de mai nainte, pentru valorile coeficientului de siguranta al ambreiajului, n concordanta cu valorile ntlnite la automobile similare, se recomanda =1,4.1,7 pentru autoturisme cu capacitate normala de trecere, =2,0.2,5 pentru autoturisme cu capacitate marita de trecere; =3.4 pentru autoturisme de competitii sportive. Valorile spre limita superioara se recomanda n cazul ambreiajelor cu arcuri elicoidale la care reducerea fortei elastice este direct proportionala cu uzura garniturilor, iar valorile spre limita inferioara se recomanda n cazul arcurilor centrale diafragma, la care forta capabila a arcurilor este putin influentata de modificarea sagetii de precomprimare a arcului n limita uzurilor normale. Pentru calcule de dimensionare a ambreiajului se alege =1,5.

Ma=1,5115,266 Presiunea specifica (ps)

Ma=172,899 [Nm]

Presiunea specifica dintre suprafetele de frecare ale ambreajului reprezinta raportul dintre forta dezvoltata de arcul presiune (F) si aria unei suprafete de frecare a ambreiajului(A), dupa relatia:

unde: i este numarul suprafetelor de frecare; este coeficientul de frecare; D este diametrul exterior al garniturii de frictiune; d este diametrul interior al garniturii de frictiune.

In relatia de mai sus:

si

Valoarea maxima a presiunii specifice este limitata prin tensiunea admisibila de strivire a materialului constituent al garniturilor. Fata de aceasta limita fizica, n adoptarea valorii de predimensionare a ambreiajului sunt de considerat urmatoarele aspecte: - valori spre limita tensiunii admisibile de strivire favorizeaza reducerea dimensiunilor constructive ale ambreiajului; - valori mici ale presiunii specifice implica suprafete mari de frecare, care presupun dezvoltari radiale nsemnate ale discurilor conduse si, de aici, cresterea gabaritelor, a maselor si a momentelor de inertie ale partii conduse a ambreiajului. n plus, prin cresterea razelor, se sporesc vitezele tangentiale de alunecare dintre suprafetele de contact la cuplarea ambreiajului, situatie n care creste uzura de alunecare a garniturilor. Din considerente de uzura a suprafetelor de frecare, presiunea specifica a ambreiajului se admite n urmatoarele limite: ps=0,2.0,5 [MPa] n cazul garniturilor din rasini sintetice impregnate cu fibra de kevlar sau fibra de sticla si ps=1,5.2 [MPa] pentru cele metaloceramice. Pentru calcule de dimensionare a ambreiajului aleg ps=0,4 [MPa] pentru garniturile din rasini sintetice impregnate cu fibre de kevlar sau fibre de sticla.

Lucrul mecanic specific de patinare

Reprezinta raportul dintre lucrul mecanic de patinare L si suprafata de frecare a ambreiajului A: se adopta: l=100 [N/cm ]

Cresterea temperaturii pieselor ambreiajului

La un parcurs urban de 10 Km, frecventa cuplarilor-decuplarilor ambreiajului este de circa 100.300 ori. Se stie ca n procesul cuplarii si decuplarii ambreiajului, o parte din lucrul mecanic al motorului se transforma, prin patinare, n caldura, ridicnd temperatura pieselor metalice ale ambreiajului, din care cauza garniturile de frecare functioneaza la temperaturi ridicate. Avnd n vedere ca lucrul mecanic de patinare este mai mare la pornirea din loc a automobilului dect la schimbarea treptelor de viteza, n calcule se considera situatia cea mai dezavantajoasa, cea pornirii din loc. De asemenea, avnd n vedere durata procesului de cuplare (tc

=

,

Din:

Rezulta :

unde: - c=

=0,695

- =0,3(pt material..)

In functie de materialul utilizat, coeficientul de frecare al garniturilor variaza intre 0,25-0,35 mm pentru materialele pe baza de azbest, respectiv 0,40-0,45 mm pentru materialele metaloceramice.

Referitor la coeficientul c, ia valori n intervalul (0,53.0,75), care influenteaza uniformitatea de uzare radiala a garniturilor, se fac urmatoarele precizari: valorile spre limita inferioara ale coeficientului c arata ca exista o diferenta mare ntre razele suprafetelor de frecare, deci latime mare, ceea ce are ca consecinta o uzarea neuniforma a garniturilor de frecare datorita diferentei mari dintre vitezele de alunecare. n scopul utilizarii uniforme, mai ales cazul automobilelor echipate cu motoare rapide, se recomanda folosirea de valori ale coeficientului c spre limita superioara. Dc??

Re=98,32 [mm] Garniturile de frecare sunt piese de uzura ale ambreiajului, piese care de-a lungul duratei de utilizare sunt de mai multe ori nlocuite. Posibilitatea de nlocuire

trebuie sa ofere interschimbabilitatea pieselor motiv pentru care garniturile sunt realizate ntr-o gama tipodimensionala limitata. Aleg conform STAS 7793-83 pentru garniturile de frecare adopt dimensiunile: De=200[mm] - diametrul exterior Di=130[mm] - diametrul interior g=3,5 [mm] - grosimea garniturii

Raza interioara se determina cu relatia: Ri=cRe=0,695100=69,5 70[mm]

Raza medie a garniturilor de frecare este: Rmed=85[mm] Rezulta ca aria suprafetei de frecare este: A=(R -R )=(100 -70 )2 A=32044,245[mm ]

Calculul discului de presiune

Pentru a asigura o presare uniforma a garniturilor de frictiune, discurile de presiune trebuie sa fie rigide, iar pentru a reduce temperatura suprafetelor de frecare trebuie sa aiba o masa suficient de mare, conditie necesara pentru preluarea unei cantitati de caldura cat mai mari. La ambreiajele monodisc, in scopul imbunatatiri transmisiei de caldura, discurile de presiune sunt prevazute la exterior cu aripioare de racire, de forma paletelor de ventilator. Unele discuri sunt prevazute cu canale radiale de ventilatie. In scopul transmiterii momentului, discurile de presiune trebuie sa se roteasca impreuna cu volantul motorului si sa aiba posibilitate, in momentul decuplarii si cuplari ambreiajului sa se deplaseze de-a lungul arborelui acestuia. Discurile de presiune trebuie sa aiba o rezistenta mare la uzura si de aceea ele se executa din fonta perlitica Discurile cu diametre mari, care sunt supuse unor solicitari dinamice mari, se recomanda sa se execute din fonta cu adaosuri de nichel mangan si silicon. Duritatea discurilor de presiune se recomanda sa fie HB= 170.230

Functional, discul de presiune reprezinta dispozitivul de aplicare a fortei arcurilor de suprafata de frecare, componenta a partii conducatoare pentru transmiterea momentului, suport pentru arcuri si eventualele prghii de debreiere si masa metalica pentru preluarea caldurii rezultate n procesul patinarii ambreiajului. Fata de aceste functii, predimensionarea lui se face din conditia preluarii caldurii revenite n timpul patinarii fara ncalziri periculoase. Asimilam discul condus cu un corp cilindric cu dimensiunile bazei: - raza exterioara: - raza interioara: red=Re+4 rid=Ri-4 red=100+4 rid=70 - 4 red=104 [mm] rid=66 [mm]

naltimea necesara discului de presiune este:

unde:

-

[kg] - masa pieselor ce se ncalzesc;

- coeficientul care exprima partea din lucrul mecanic preluat de discul de presiune al ambreiajului; - L =lA=3204424,5 [J] - lucrul mecanic de patinare.

h=14,826 15 [mm] Grosimea determinata reprezinta valoarea minima; fata exterioara a discului este profilata n vederea cresterii rigiditatii, a generarii unui curent intens de aer pentru racire si pentru a permite legaturile cu elementele de care se cupleaza. La majoritatea autoturismelor si a autoutilitarelor usoare, se utilizeaza ambreiaj mecanic cu arc central diafragma decuplabil prin comprimare . Arcul central sub forma de diafragma este un disc de otel subtire, prevazut cu taieturi radiale (figura 7.9a).