SISTEME DE INTINDERE SI GHIDARE UTILIZATE IN TRANSMISIILE PRIN LANTURI

Codruta JALIU1, Radu VELICU2 Radu PAPUC3

1Universitatea Transilvania Brasov, Departamentul Design de Produs si Mediumail

Cuvinte cheie: lant,arbore cu came, arbore cotit, patina, transmisii, Rezumat: Lucrarea prezinta elementele transmisiei motoarelor. Sunt relatate modul constructive al sistemelor de pretensionare si al celor de ghidare a lantului intr-o transmisie a unui motor cu ardere interna. Plecand de la modul de amplasare a rotilor de lant si infasurarea lantului, sunt structurate diferite moduri si idei concepute in vederea fiabilitatii acestor sisteme.

1.Amplasarea transmisiilor prin lanţ

Transmisiile prin lanţ se amplasează astfel ca lanţul să funcţioneze în plan vertical, poziţia optimă a liniei centrelor fiind cea orizontală sau înclinată faţă de orizontală cu un unghi = 300… 600, când încă oscilaţiile ramurilor lanţului – activă şi pasivă – nu sunt determinante în funcţionarea transmisiei (fig. 1, a şi b). Transmisiile amplasate vertical (fig. 1, c şi d) necesită o reglare minuţioasă a întinderii lanţului, deoarece oscilaţia ramurii lanţului şi săgeata ce ia naştere, în urma încărcărilor ramurilor, tinde să scoată zalele lanţului din angrenarea cu dinţii roţii; se impune evitarea amplasării verticale a transmisiilor prin lanţ.

a b c dFig.1 Tipuri de transmisii

2.Întinderea lanţurilor

La transmisiile prin lanţ trebuie prevăzută posibilitatea reglării întinderii lanţului, deoarece în urma uzării inevitabile a articulaţiilor lanţul se alungeşte. Dispozitivul de întindere trebuie să poată compensa alungiri în limitele a doi paşi, după o astfel de alungire urmând să se îndepărteze două zale ale lanţului.În fig. 2 sunt prezentate soluţii pentru întinderea lanţului, în diverse situaţii funcţionale, după cum urmează: a – cu roată de întindere şi arc, respectiv contragreutate; b – cu patină; c – cu patine şi roată acţionată hidraulic.În cazul transmisiilor rapide şi de puteri mici, care funcţionează cu o ungere abundentă, se utilizează patine sau saboţi de întindere (fig. 2.).

a b c Fig.2 Solutii pentru intinderea lanturilor

a bFig.3 Metode de amplasare a sabotilor (a- pe exteriorul lantului; b- pe interiorul lantului)

3. Tipuri de sisteme de intindere si ghidare

a. Patina de lant avand elementul de contact realizat din plastic

Brevetul a fost inregistrat pe 3 septembrie 1991 de catre Tadasu Suzuki, Kawagoe; Atsushi Kumakura, Tokorozawa, in Japonia.Se prezinta un ghidaj de lant avand un suport de ghidare a lantului facut material plastic. Exista o pereche de membrii angrenati in forma de L adaptati sa angreneze cu partile respective ale bratului si a membrului carlig in forma de U adaptat sa angreneze cu capatul bratului care introduce lantul.

Fig.4 Vedere laterala a patinei de lant avand urmatoarele componente: 1-lant; 2- brat; 3-locas din plastic; 4-gaura de fixare; 5-pereti laterali; 6-membre de fixare.

Pana la implementarea acestei idei, suprafata de contact a patinei cu lantul era realizata din cauciuc, care la temperaturi mari 1200, sufereau deformatii si implicit nesincronizari in sistemul de transmisie. Aceasta inventie a evidentiat faptul ca materialul plastic imbunatatit se comporta mult mai bine la temperaturi ridicate.

b. Intinzator hidraulic pentru sistem cu doua lanturi

Brevetul a fost inregistrat pe 23 decembrie 1997 de catre Roger T. Simpson, Ithaca; Philip J. Mott, Dryden, in NY, USA.Intinzatoarele hidraulice sunt de obicei folosite ca un dispozitiv de control pentru un sistem cu transmisie prin lant in sistemele de sincronizare auto. In general, este important sa transmita si sa mentina o anumita tensiune pe lant pentru a preveni zgomotele sau alunecarea.Se prezinta un intinzator hidraulic pentru functionarea unui sistem cu doua lanturi cuprinzand cel putin un piston care mentine presiunea pe cele doua brate care ghideaza lanturile.

Fig.5 Vedere in sectiune sistoanelor intinzatorului avand urmatoarele componente: 1-intinzator hidraulic; 2-carcasa; 3-canal; 4-piston intern; 5-piston extern; 6-capat superior al pistoanelor; 7-valva de verificare; camera lichidului de presurizat; 9-bile; 10-arc; 11-elemetul de suprafata a patinei; 12-bratul de ghidare a

patinei; 13-intinzatorul hidraulic.

Cu un intinzator hidraulic tipic, fiecare lant se poate uza la intervale diferite si se poate ca un lant sa fie mai tensionat decat celalalt. Asadar, pentru a controla uzura si costul este necesar un intinzator hidraulic care mentine forta pe ambele lanturi. Prin asigurarea a doua elemente de contact pe un intinzator pentru a controla doua lanturi, se pastreaza o tensiune constanta pe ambele lanturi. Lanturile se pot uza la intervale diferite, dar se va mentine tensiunea totala. In plus, costul unui singur intinzator este mai mic decat un sistem de intindere cu doua intinzatoare.

c. Ghidaj de lant cu fata extrudata la uzura

Brevetul a fost inregistrat pe 29 septembrie 1998 de catre Stanley K. Dembosky, Ithaca; J. Christian Haesloop, Rock Stream; Bradley F. Adams, Homer, in USA.

O sina de ghidare pentru lanturi de transmiterea puterii este facuta dintr-un material plastic si este formata dintr-un colier si un ghidaj de captusire al corpului. Ghidajul de captusire al corpului este fabricat printr-un proces de matritare prin extrudare. Colierul si ghidajul au profile complementare permitand partii glisiera sa fie inserata si blocata pe partea colierului fara alte mecanisme de blocare.

Fig.5 Vedere laterala a sinei incluzand un ghidaj avand urmatoarele componente: 1-ghidaj de glisare; 2-element de fixare cu colier; 3- punctul de fixare de motor; 4-pivot.

d. Sistem de pinioni cu cuzineti de torsiune pentru mecanismul axurilor de echilibru

Brevetul a fost inregistrat pe 29 august 2000 de catre Roger T. Simpson, Ithaca, USAInventia de fata se refera la un ansamblu de pinioni cu cuzineti de torsiune care reduce transferul oscilatiilor de torsiune ale arborelui cotit catre alte componente ale motorului ca axurile de echilibru. Ansamblul cuprinde primul pinion, cel de-al doilea pinion si un arc de torsiune plan pozitionat intre cei doi pinioni si ax. Aceasta inventie se refera la izolarea vibratiilor in dispozitivele de rotire. In particular, aceasta inventie are aplicatii in sistemele de sincronizare ale motoarelor cu doi pinioni pozitionati unul langa altul in vecinatate apropiata pe un ax de echilibru. Aceasta inventie prezinta un ansamblu de pinioni cu cuzineti de torsiune care absoarbe incarcarile la torsiune si vrbratiile din ax. Sistemele de sincronizare ale motoarelor includ in mod obisnuit cel putin o roata conducatoare pozitionata pe arborele cotit al motorului si cel putin o roata condusa pe arborele cu came al motorului. Rotatia arborelui cotit determina rotatia arborelui cu came printr-o transmisie cu lant nesfarsita. Abordarile conventionale ale acestei probleme sunt centrate pe reducerea perturbatiilor rotationale provocate de arborele cotit prin dispozitive interne ca amortizoarele Lanchaster si regulator de armonice. Se mai folosesc si dispozitivele externe ca suporturile motorului cu fluid si monturile cu caracteristici de amortizare ajustabile. Prin contrast, inventia de fata se concentreaza pe absorbtia vibratiilor de torsiune ale arborelui cotit prin utilizarea unui ansamblu de pinioni cu cuzineti de torsiune si impiedicarea transferului acestora catre alte parti ale sistemului. Cateva din sistemele analizate folosesc o piesa de amortizare din cauciuc pozitionata pe un pinion si este prinsa in suruburi de ax pentru a absorbi vibratiile. Totusi, piesa din cauciuc se poate rupe la vibratiile de rezonanta extreme. Alte sisteme de sincronizare au o greutate care este pozitionata pe ax si prinsa contra pinionului printr-o saiba Belleville. Material de frictiune este plasat pe suprafata de contact dintre

pinion si greutate pentru a absorbi vibratiile. Aceste sisteme, in timp ce sunt eficiente la amortizare au dezavantaje din punct de vedere al productiei, asamblarii si durabilitatii.

Fig.6 Ansamblul de lanturi a sistemului de transmisie cu axe multiple, are urmatoarele componente: 1-arbore cotit; 2-pinion; 3-arbore cu came; 4-lant; 5-ax intermediar; 6-pompa de ulei; 7-axuri de echilibru; 8-

patina.

e. Pinion supus torsiunii pentru transmisia axului de echilibru al motorului si metode de manufacturare

Un sistem de pinion supus torsiunii care absoarbe vibratiile torsionare ale arborelui cotit si minimizează transferarea acestora către alte componente din sistemul motor. In particular, inventia de fată include un pinion format dintr-un membru elastromeric pozitionat între bucsă si portiunile de coroana. Bucsa are canele care antrenează cu canalele de pană formate în portiunile de coroana prin membrul elastromeric. O metodă de a forma pinionul supus include formarea bucsei si a portiunilor de coroana si turnarea prin injectie a unui material elastromeric într-o bresă dintre bucsă si coroana. În timp ce se află în matrită, se aplică căldură asamblului pinionului. Membrul elastromeric este astfel vulcanizat pe loc, creându-se o singură piesă. Unele sisteme de sincronizare ale motorului precedente folosesc diverse dispozitive de amortizare pentru vibratii. Un exemplu foloseste o piesă de amortizare de cauciuc care este pozitionată pe un pinion si însurubată pe ax pentru a absorbi vibratiile. Totusi, piesa de cauciuc se poate rupe la aceste vibratii extreme. Alte sisteme de sincronizare folosesc o greutate care este pozitionată pe ax si tinută contra pinionului de o saibă Belleville. Material anti-frecare este de asemenea pus pe suprafata de contact dintre pinion si greutate. Aceste sisteme, desi efective din punct de vedere al amortizării vibratiilor au dezavantaje la productie, asamblare si durabilitate.

Fig.7 Schema transmisiei axurilor de echilibru a unui motor ce incorporeaza pinion supus torsiunii, avand urmatoarele componente: 1-arbore cotit; 2-pinion; 3-lant; 4-axuri de echilibru; 5-angrenaj; 6-bucsa; 7-

patina.

Prin contrast, inventia de fară se concentrează pe amortizarea vibratiilor de torsiune a unui arbore cotit folosind un pinion supus torsiunii. Acest pinion reduce transferul acestor vibratii si a vârfurilor de torsiune către alte părti ale sistemului. Pinionul interpune un strat elastic elastomeric în portiunea dintre bucsă si coroana pinionului montat pe arborele cotit pentru a absorbi vibratiile si a reduce transferul acestora.

f. Patina de lant

Brevetul a fost inregistrat pe 6 noiembrie 2001 de catre Fumiaki Oba, Osaka Japonia. O patina de lant pentru a ghida lantul include un corp al patinei de lant alungit articulate la un capat de un membru suport fix si avand o deschizatura formata in celalalt capat al corpului, si un guler fixat liber in deschizatura astfel incat sa se defineasca o degajare intre corpul patinei si guler cel putin pe partea gulerului care este aliniat cu directia miscarii de pivotare a corpului patinei. Gulerul este prins ferm de membrul suport fix astfel incat corpului patinei sa i se permita pivotarea in aria degajarii. In aceasta degajare, lantul este protejat de tensionare excesiva, sau netensionare, care poate aparea atunci cand lantul este montat pe membrul suport fix. Conform inventiei de fata, se da o patina de lant formata din: un corp alungit care este tinut in contact de alunecare cu un lant pentru a ghida lantul, corpul este montat pivotant la un capat de un suport fix printr-un ax de suport si are o deschizatura formata la celalalt capat; si un guler fixat liber in deschizatura astfel incat sa se defineasca o degajare intre partea exterioara a corpului si gulerul cel putin pe partea gulerului care este aliniata cu directia miscarii de pivotare a corpului patinei in jurul axului. Gulerul este prins de membru suport fix astfel incat corpul patinei poate sa pivoteze in jurul axului de suport in directia in limitele deschizaturii.

Fig.8 Patina de lant, avand urmatoarele componente: 1-lant; 2-roata conducatoare; 3,4-roti de lant; 5-corp alungit; 6-patina de lant; 7-axul patinei; 8-guler.

g. Intinzator hidraulic

Brevetul a fost inregistrat pe 30 mai 2002, de catre George L Markley, Montour Falls, USA. Un intinzator hidraulic avand un sistem de pretensionare pentru un piston secundar, pentru a reduce fortele din momentul functionarii care apar intr-un lant de transmisie, la forte aproape de limita maxima a variatiei prescrisa pentru intinzator, sistemul de eliminare a presiunii hidraulice pentru a o elimina temporar si rapid in momentul in care fortele depasesc limita maxima prescrisa.

Fig.9 Actuator hidraulic ce cuprinde: 1-piston; 2-piston; 3-arbore cu came; 4-arbore cotit; 5-lant

In timp acest sistem a avut doua probleme si anume designul ar fi prima, iar cealalta era frecarea dintre mansonul patinei si peretele auxiliar, rezultand forte variate de tesiune

fara sens. Ulterior acest sistem a fost imbunatatit si acest sistem este folosit pentru a da si a mentine un anumit grad de tensiune pe lant pentru a preveni alunecarea de alungire si de zgomot.

h. Patina de lant flexibila

Brevetul a fost inregistrat pe 10 iulie 2007 de catre Ludwik Cholewczynski, Rochester Hills, USA. O patina flexibila ghideaza partea netensionata a lantului pe o lungime a lantului care se extinde intre o roata conducatoare si o roata condusa. Patina de lant are o foaie de arc flexibila si elastic cu un capat fix si unul neatasat. Foaia de arc sprijina partea netensionata a lantului pentru a amortize vibratiile.

Fig.10 Pozitia patinei in sistemul de transmisie, avand urmatoarele componente: 1-arbore cotit; 2-roata de lant; 3-lant; 4-patina fixa; 5-intinzator; 6-foaie de arc; 7-elemente de prindere.

In concordanta cu inventia de fata, este prevazuta o patina de lant flexibila. Patina are o foaie de arc flexibila si elastic cu un capat fix si unul liber neatasat. Foaia de arc sprijina partea netensionata a lantului pentru a amortize vibratiile. Mai precis, foaia de arc este flexata de la conditia de stare libera naturala prin antrenarea unei presiuni cu partea netensionata a lantului. O patina fixa poate fi, de asemenea, folosita pe partea tensionata a lantului, dar subiectul inventiei este patina flexibila de pe partea netensionata a lantului. Patina contine un corp de plastic cu o bara de montare si atasat complet de foaia de arc. Bara de montare se extinde de-a lungul foii de arc si coopereaza cu foaia de arc pentru a define o nisa general in forma de U. Preferabil, desi nu necesar, o banda de metal general in forma de U aliniaza nisa pentru a intari si a sustine foaia de arc si sa o mentina sub presiune cu partea netensionata a lantului pentru a amortize vibratiile.

i. Compunerea unui lant cu patina de ghidare

Un ansamblu intinzator pentru un sistem de transmisie, incluzand un lant pentru motorul cu combustie interna, ce include o carcasa care este fixate pe acest motor. Un piston este dispus in aceasta carcasa, putandu-se misca intre cele doua extremitati retras-intins. Pistonul genereaza o forta. O sina de ghidare pivotanta se afla intre lantul sistemului de transmisie si piston. Sina de ghidare, pivotanta aplica o prima parte a fortei asupra lantului. O maneta este conectata intre piston si sina de gidare. Maneta transmite forta de la piston la sina pivotanta. Ansamblul intinzator include o cama care pivoteaza fata de carcasa si face o miscare de translatie fata de sina pivotanta. Cama este legata de maneta astfel incat miscarea parghiei datorata pistonului pivoteaza cama intr-o maniera in care sa aplice o a doua parte a fortei asupra sinei pivotante intr-un mod variabil.

Fig.11 Schema sectiunii unui sistem de transmisie cu ansamblu de pretensionare si ghidare ce are in componenta:1-element principal al patinei intinzatorului; 2-actuator hidraulic; 3-clema de prindere; 4-ghidator; 5-arbore cu came; 6-arbore

cotit; 7-patina de ghidare.

Prezenta inventive face referire in general la pretensionare, dar in particular la sistemul de intindere al lanturilor de transmisie care produc forte de magnitudine variabile. De obicei lanturile se folosesc in aplicatiile auto. Acest sistem de lant include un sistem de tensionare care aplica o forta uniforma asupra uneia din partile lantului, lucru ce mentine tensiunea lantului deasupra valorii minime necesare pentru a antrena diferite component. Additional sistemele de pretensionare sunt folosite in sistemele de transmisie nesincronizate pentru a preveni alunecarea si pierderea puterii din transmisie. Sistemele de pretensionare sunt des intalnite pentru sistemele de accesorii si de transmisii in domeniul auto. La o valoare foarte mare a fortei aplicate lantului este supus unei tensiuni care poate duce la intinderea acestuia in timp dar si cresterea uzurii datorita frecarii a diferitelor componete ale transmisiei motorului. De asemenea cresterea zgomotului si a vibratiilor are loc cand lantul este foarte tensionat. La o valoare foarte mica a fortei aplicate lantul poate face miscari necontrolate rezultand in pierderea raportului de transmitere intre arboreal cotit si axul cu came, lucru ce va induce la uzuri in diferite component. Din acest motiv o necessitate in creearea

unui mechanism de pretensionare si ghidare pentru un system de transmisie care micsoreaza aria fortei aplicate a lantului. Additional exista o necessitate in creerea unui sistem de transmisie prin lant care sa corespunda nevoilor mai sus mentionate si de asemenea nu necesita schimbari semnificative asupra motorului pentru a implementa sistemul.

4. Bibliografie:[1] A. JULA, E CHISU, GHE. MOLDOVEAN, M. POPOVICI, D. VELICU, G. CIRCIUMARU, GHE. MARIN, I. VISA, M. CIOBANU, Organe de masini, Vol. 2, Ed. Universitatii Transilvania, Brasov,1989.[2] A. JULA, E CHISU, GHE. MOLDOVEAN, D. VELICU, GHE. MARIN, I. VISA, Organe de masini, Vol. 2, Ed. Universitatii Transilvania, Brasov,1986.[3] A. JULA, E CHISU, M LATES, Transmisii mecanice, Ed. Universitatii Transilvania, Brasov, 2005.[4] A. JULA, E CHISU, M LATES, Organe de masini si transmisii mecanice, Ed. Universitatii Transilvania, Brasov, 2004.[5] R. BESCHIA, Elemente de inginerie mecanica, Vol 2, Ed. Universitatii din Galati, Galati, 1979.[6] C. JALIU, applications of mechanisms analysis and synthesis, Ed. Universitatii Transilvania, Brasov, 2003.[7] R.C. JUVINALL, K.M. MARSHEK, Fundamentals of machine component, Ed. John Wiley and Sons, New York, 1991.[8] P. CRUCIAT, D. COCIU,100.000 rapoarte de transmitere, Ed. Lux Libris, Brasov, 1995.[9] R. VELICU, Cercetari asupra transmisiilor planetare de putere, Ed. Universitatii Transilvania, Brasov, 1999.[10] R. VELICU, Angrenaje cilindrice: reductoare cilindrice, Ed. Universitatii Transilvania, Brasov, 2002.