referat var finala

Click here to load reader

Post on 24-Jun-2015

1.615 views

Category:

Documents

14 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

FACULTATEA DE CONSTRUCTII DE MAINI

Titlul tezei Angrenaje melcate spiroide la punile motoare ale autovehiculelor

REFERATUL NR. I

Stadiul actual al cercetrilor n domeniul construciei punilor motoare la autovehicule

Conductor tiinific: Prof. dr. ing. Vasile BOLO Doctorand: ing. Ioan Dnu Silva

CLUJ-NAPOCA

Cuprins

pag I.1.1 Automobilul evoluie..........................................................................................3 I.2. Transmisiile automobilelor......................................................................................5 I.2.1 Clasificarea autovehiculelor..................................................................................5 I.2.2. Diferenialul i transmisiile..................................................................................6 I.3. Consideraii privind proiectarea angrenajelor........................................................27 I.4. Consideraii privind proiectarea angrenajelor melcate spiroide.............................27 I.5. Aplicaiile angrenajelor melcate spiroide...............................................................28 Concluzii......................................................................................................................3 6 Bibliografie..................................................................................................................37

2

I.1. Automobilul - evoluie Automobilul este un vehicul rutier, carosat i suspendat elastic pe cel puin trei roi care se poate deplasa prin mijloace de propulsie proprii n diferite condiii de teren i este destinat transportului direct sau prin tractarea unor ncrcturi ce pot fi bunuri sau personae. Primul proiect de automobil a fost opera lui Leonardo da Vinci, care preciza autovehicolul cu motor oralogic(cu arc special). Proiectul nu a fost realizat niciodat. Primul vehicul cu propulsie proprie a fost inventat in 1796 de ctre cpitanul de artilerie francez Joseph Cugnot. Acesta funciona avnd un motor cu abur. Vehiculul se compunea dintr-un cadru din lemn de esen tare, consolidat cu ajutorul unor traverse formnd ceea ce mai trziu va fi asiul. In partea din faa a asiului se afla, sprijinit de un cadru de oel, cazanul cu abur. asiul se sprijinea pe dou osii din lemn. Pe osia din fa se afla o singur roat de direcie i de traciune n acelai timp, iar pe osia din spate avea dou roi.

Fig. 1 Vehiculul inventat de Joseph Cugnot ()

3

Dup vehiculul lui Cugnot au fost construite i alte vehicule cu aburi, majoritatea construite n Anglia i care puteau transporta mai muli cltori. Acestea sunt considerate strmoii autobuzelor de azi. In 1885 Karl Benz a inventat primul automobil care funciona cu un motor cu ardere intern. Acesta semna mai degrab cu o trsur deschis. Pe axa din fa se afla la picioarele conductorului o roat cu spie care prin intermediul unor prghii asigura direcia. Pe axa din spate erau fixate dou roi subiri cu anvelope din cauciuc. In spatele banchetei era un motor cu un cilindru rcit pe ap, avnd ardere intern care furniza la vremea respectiva 0,88 CP. Acesta punea n micare axa din spate i roile prin intermediul unor curele, lanuri i al unor arbori.

Fig. 2 Primul automobile inventat de Karl Benz () Pentru acest vehicul Karl Benz a obinut un brevet. Acest document urma s fie considerat mai trziu certificatul de natere al automobilului.

4

Au nceput s apar apoi diveri constructorii de automobile n toate rile industrializate din lume. In primii ani ai secolului XX apar i primele fabrici de automobile. Astfel au aprut uzinele Ford n America, Horch i Audi n Germania, Renault n Frana. Fieacare din aceti constructori au venit cu noi invenii sau mbuntairi la cele existente. Odat cu aceast dezvoltare au nceput s apar i diverse probleme. I.2. Transmisiile automobilelor Iniial transmisiile automobilelor erau realizate prin curele i lanuri care au trebuit s fie nlocuite deoarece aveau dezavantajul c existau pierderi mari de putere datorit patinrii curelelor. Totodat aceste curele aveau uzuri mari i necesitau nlocuiri repetate. Transmisiile prin lanuri presupuneau o atenie deosebit deoarece funcionau n medii nu tocmai propice (apa,noroi,frig,etc), ungerea lor fiind facut manual. Odat cu creterea puterii motoarelor au crescut i solicitrile la care erau supuse transmisiile automobilelor, impunndu-se nlocuirea foarte rapid cu transmisii prin angrenaje. n acest sens, angrenajele trebuiau s transmit puterea motorului ctre roi i s pun n micare automobilul. Aceste angrenaje sunt difereniate de particularizarea fiecrui constructor, dar i n funcie de tipul autovehiculului. Datorit faptului c exist foarte multe tipuri de autovehicule, rezult o multitudine de tipuri de transmisii folosite. I.2.1. Clasificarea autovehiculelor Putem face o clasificare a autovehiculelor, avnd n vedere mai multe criterii din mai multe puncte de vedere. In funcie de amplasarea motorului, autovehiculele se clasific: micare : Autovehicule cu motorul plasat n fat (acestea sunt cele mai raspndite); Autovehicule cu motorul plasat n spate; Autovehicule cu motorul plasat central.

In funcie de roile care sunt antrenate de ctre motor i pun autovehiculul n

5

Autovehicule cu traciune fa ; Autovehicule cu traciune spate; Autovehicule cu traciune integral; In funcie de modul n care este poziionat motorul fa de axa longitudinal a

autovehiculului: Autovehicule cu motor longitudinal; Autovehicule cu motor transversal. In funcie de destinaia autovehiculelor : Autoturisme; Autoutilitare; Autobuze; Autocamioane; Autovehicule destinate competiiilor sportive. Indiferent de locul pe care il ocup autovehiculul n aceste criterii de clasificare, exist la fiecare o variant de a transmite momentul motor ctre roi i implicit de a pune autovehiculul n micare. In urma clasificarilor mai sus descrise ,rezult faptul c exist posibiliatea de multiple combinaii i soluii constructive pentru realizarea transmiterii momentului motor la roat. Acest lucru mai este influenat i de costurile de producie ale fiecrui autovehicul n parte i de maniabilitatea i fiabilitatea respectivelor autovehicule. Prima mare problem de care s-au lovit constructorii de automobile a fost c roile aflate pe aceeai punte aveau nevoie de turaii diferite n viraje. Acest lucru a dus la apariia diferenialelor. Primul diferenial a fost inventat i aplicat pentru prima dat de catre mecanicul Onesiphare Pecquer in anul 1845. I.2.2. Diferenialul i transmisiile Diferenialul este un mecanism complex de angrenaje care permite transmiterea unui moment motor ctre roi i care poate transmite roilor turaii diferite atunci cnd este cazul.

6

SCHEMA CINEMATICA A DIFERENTIALULUI.

Carcasa diferential

Pinion planetar

Arbore planetar Pinioane satelite

Fig. 3 Schema cinematic a diferenialului Odat cu evoluia automobilelor aceste difereniale au fost i ele mbuntite continuu. Aceste difereniale se monteaz de regul pe puntea motoare a autovehiculului. Puntea motoare are rolul de a transmite momentul motor ctre roi i este acea punte pe care se afl transmisia principal. Transmisia principal are rolul de a multiplica momentul motor i de a-l transmite, cu ajutorul diferenialului, arborilor planetari dispui,n majoritatea cazurilor, sub un unghi de 90 grade fa de axa pinionului transmisiei principale. Transmisia principal cuprinde toate mecanismele din punte care realizeaz o demultiplicare a turaiei motorului. Rolul transmisiei principale este de a mri momentul motor primit de la transmisia longitudinal. Amplificarea momentului motor, cu un raport de transmitere de regul constant, numit raportul de transmitere al punii motoare (notat io), reprezint adaptarea cinematic necesar impus de conlucrarea motor -transmisie. Pentru a realiza aceast funcie prin construcie, transmisiile principale sunt mecanisme de tipul angrenajelor. La autoturisme, la care valoarea necesar a raportului de transmitere este cuprins n intervalul de valori 3...5, transmisia principal este 7

constituit dintr-un singur angrenaj. Astfel de transmisii principale se numesc transmisii principale simple. In figura de mai jos este prezentat o transmisie principal simpl.

Fig. 4 Transmisie principal simpl (20)

Transmisia principal dubl La autocamioanele grele i la autobuze, unde este nevoie de un raport de transmisie mare (intre 5..18), ce nu poate fi realizat cu o transmisie principal simpl, cu meninerea unei grzi de sol ridicate, se utilizeaz transmisia principal dubl. Transmiterea momentului motor ctre roile autovehiculului se realizeaz n dou trepte. Prima treapt este format dintr-o pereche de roi dinate conice cu dantur curb , iar a doua treapt ditr-o pereche de roi dinate cilindrice cu dini nclinai.

8

Fig. 5 Transmisie principal dubl (4) n acest caz mrirea raportului de transmitere se realizeaz n dou trepte. Prima treapt printr-un angrenaj conic, aflat naintea diferenialului, iar cea de-a doua printr-un angrenaj cilindric aflat n interiorul carterului transmisiei.

9

Fig. 6 Transmisie principal dubl avnd treapta a doua dispus direct la roile motoare (4) Punile motoare, fa de cele nemotoare, asigur transferul fluxului de putere pentru autopropulsare, funcie de modul de organizare a traciunii, de la arborele secundar al cutiei de viteze sau de la transmisia longitudinal, la roile motoare. De-a lungul acestui transfer, fluxul de putere sufer o serie de adaptri i anume: -adaptare geometric determinat de poziia relativ dintre planul n care se rotete arborele cotit al motorului i planul n care se rotesc roile motoare; -adaptare cinematic determinat de asigurarea rapoartelor de transmitere necesare transmisiei automobilului; -divizarea fluxului de putere primit n dou ramuri, cte unul transmis fiecrei din roile motoare ale punii. Pentru a-i ndeplini funciile de mai sus, mecanismele fluxului de putere din puntea motoare cuprind: ambreiajul, cutia de viteze, transmisia principal (sau angrenajul principal), diferenialul i transmisiile la roile motoare.

10

Turaiile la care lucreaz angrenajele din punile motoare variaz n funcie de tipul autovehiculului de la 1 la 8000 rot/min, iar n cazuri excepionale poate s ajung i la 20.000 rot/min. La automobilele cu dispunere transversal a motorului, transmisia principal trebuie s transmit momentul motor ntre arbori avnd axe paralele. n acest caz angrenajul folosit in costrucia diferenialului este unul cilindric.

Fig. 7 Transmisie principal pentru autovehicule cu motorul dispus transversal (4) Condiiile impuse transmisiilor principale i n spe diferenialelor sunt : s asigure automobilului caliti dinamice i economice ridicate; s aib dimensiunile de gabarit ct mai reduse; s funcioneze fr zgomot; s permit reglarea; s se demonteze uor; s fie rezistente; 11

s aib un randament ridicat. Dup tipul angrenajelor utilizate n construcia transmisiilor principale,

transmisiile pot fi : Cu roi dinate conice; Cu roi dinate cilindrice; Cu angrenaje melcate; Cu came;

Angrenajele conice se utilizeaz atunci cnd axele roilor motoare nu sunt paralele cu axa motorului i\sau cutiei de viteze. Angrenajele conice pot avea dantura dreapt, nclinat, circular(Gleason), n evolvent (paloide), epicicloide sau hipocicloide.

Fig. 8 Tipuri de danturi la angrenajele conice (4) n practic, danturile drepte i nclinate nu se mai utilizeaz n prezent, danturile curbe (circulare, n evolvent etc.) prezentnd o serie de avantaje: Gabarit redus al angrenajului; Numr minim de dini mai mic (5..6, fa de 12..13 la danturile drepte sau nclinate); Zgomot mai mic n funcionare; Posibilitatea prelurii unor sarcini mai mari, numrul de dini aflai simultan n angrenare fiind mai mare. Cele mai utilizate angrenaje sunt cele cu dini curbi i cele hipoide. Angrenajele hipoide sunt angrenaje conice cu dini curbi cu axe neconcurente (axa pinionului de atac este deplasat fa de axa coroanei conice). Acest tip de angrenaj se foloseste in general la autovehiculele de mare tonaj care lucreaz n condiii grele, deorece permite mrirea grzii la sol . Totodat se mai

12

foloseste i la autocamionele i autoturismele cu capacitate mare de trecere, asigurnd creterea luminii la sol.

Fig. 9 Tipuri de transmisii principale (4) n comparaie cu angrenajul conic, angrenajul hipoid are o funcionare mai lin, permite montarea pinionului de atac ntre lagre i suporta ncrcturi mai mari. Angrenajele cu roi dinate cilindrice se folosesc doar atunci cnd axele rotilor motoare sunt paralele cu axa motorului i\sau cutiei de viteze. Iniial aceste angrenaje au fost cu dantur dreapt dar au fost nlocuite rapid de cele cu dantur nclinat, datorit zgomotului mare pe care l aveau n funcionare.

Fig. 10 Angrenaj cilindric utilizat n difereniale (19)

13

Soluii constructive de difereniale folosite n transmisiile principale.

Fig. 11 Schema cinematic i construcia diferenialului simplu simetric cu roi dinate cilindrice. (20)

Fig. 12 Diferenial simplu ncorporat ntr-o cutie de viteze (20)

14

Fig . 13 Construcia diferenialului simplu cu angrenaj hipoid (4)

Fig . 14 Diferenial cu angrenaj hipoid utilizat la un automobil Ferrari (10)

15

Acest tip de angrenaj folosit la transmisiile finale ale autovehiculelor este cel mai utilizat n prezent, ntruct prezint cea mai mare fiabilitate i costurile de mentenan sunt cele mai scazute. Totodat se preteaz cel mai bine la cerinele actuale ale constructorilor n ceea ce privete transmisiile finale ale autovehiculelor.

Fig . 15 Construcia diferenialului cu angrenaj melcat (4) 1- melc ; 2- roata melcata Angrenajele cu urub melc si roat melcat sunt utilizate in general la autocamioane grele i autobuze deoarece n aceste cazuri n care avem nevoie de rapoarte mari de transmitere pentru dimensiuni de gabarit ct mai reduse. Dezavantajele acestui tip de angrenaj sunt randament sczut, pre de cost ridicat, ungere nesatisfctoare, aparitia fenomenului de autofrnare. Aceste dezavantaje duc implicit la scderea fiabilitii i a creterii costurilor de mentenan, astfel aceste tipuri de angrenaje au fost tot mai rar folosite. Angrenajele cilindrice utilizate la construcia diferenialelor pot fi cu dantur dreapt sau nclinat.

16

Fig. 16 Schema cinematic a unui angrenaj cilindric Dupa modul de funcionare al diferenialelor, transmisiile principale pot fi: Cu difereniale simple; Cu difereniale blocabile; Cu difereniale autoblocabile; Cu difereniale cu alunecare limitat.

Diferenialele blocabile sunt foarte utilizate n cazul utilajelor care lucreaz n condiii grele (tractoare, buldoexcavatoare, ncarcatoare) i al autovehiculelor de mare tonaj. Diferenialele autoblocabile i cele cu alunecare limitat sunt folosite frecvent la autovehiculele cu traciune integral. Aceste difereniale au fost introduse n construcia autovehiculelor deoarece aparea fenomenul de putere parazit care ducea la uzuri premature a angrenajelor

17

Diferenialul simplu

Fig. 17 Schema cinematic i construcia diferenialului simplu, simetric, cu roi dinate conice. (20) 1,8 arbori planetari; 2,3 - saibe; 4 coroana diferenialului; 5 bol; 6,10 pinioane satelit; 7 carcasa diferenialului; 9,12 pinioane planetare; 11 - urub. Construcia unui diferenial blocabil Diferenialele blocabile i autoblocabile au aparut in urma condiiilor tot mai grele la care erau supuse automobilele. n cazul n care o roat pierde aderena aproape toat puterea motorului este transmis de ctre diferenial ctre acea roat. Prin intermediul diferenialelor blocabile i autoblocabile puterea este transmis n i catre roata care nu a pierdut aderena.

18

Fig. 18. Diferenial blocabil (25) Difereniale autoblocabile i cu alunecare limitat Diferential Torsen Fiind unul dintre pionierii traciunii integrale, Audi a utilizat ntotdeauna sistemul cel mai eficient, far a insista pe costuri. Sistemul Quattro utilizeaz un diferenial mecanic cu alunecare limitat - Torsen. Diferenialul Torsen, din englezul "torque-sensing", a fost inventat de compania american Gleason Corporation. Capacitatea sa de a limita alunecarea este implementat prin utilizarea de perechi de pinioane i roi melcate. Aceste perechi au o caracteristic special- momentul poate fi transferat de la roata melcat la pinionul melcat dar nu i invers, astfel se blocheaz. Aceasta este caracteristica care limiteaza alunecarea.

19

A: B: C: D: E:

Carcasa Axa Roata Pinion Pinioane

diferential iesire melcata melcat sincronizare

F: Roata Hypoida (de la motor) G: Axa iesire Fig. 19. Diferenial Torsen (25) La mers normal, pe drum drept, diferenialul Torsen se comport ca i un diferential normal. Dac apare o diferent de turaie ntre puntea fa i puntea spate, de exemplu axa de ieire fa se rotete mai rapid dect carcasa diferenialului iar axa ieire spate se rotete mai lent dect carcasa, diferena de vitez dintre roile melcate fa i spate va fi sesizat exact de pinioanele de sincronizare. Perechea pinion melcat roat melcat nu se va bloca pentru c momentul este transmis de la roat la pinion. Dac o punte pierde aderenta, roata melcata se va roti rapid i va angrena pinionul pereche, care la rndul su va angrena prin pinionul sincron, pinionul celeilalte puni iar acesta va ncerca s angreneze roata melcat. Angrenajul se va bloca iar momentul va fi transmis punii care are aderenta. Un mare avantaj este faptul ca piesele pur mecanice reactioneaz instantaneu la pierderea aderenei. De asemenea, se asigur o caracteristic liniar de blocare iar sistemul este permanent 4x4. In mod normal raportul de transfer fat spate este de 50:50, fiind posibile i alte rapoate, n funcie de dantura roilor melcate. Diferenialul cu vsco-cuplaj Diferenialul central autoblocant cu vsco-cuplaj este utilizat n cteva sisteme simple de traciune integral.

20

Fig. 20. Diferenialul cu vsco-cuplaj (23) In interiorul cuplajului, sunt montate discuri conectate alternativ la axele de ieire. In carcasa nchis ermetic se afl lichid vscos care asigur adeziunea discurilor. In condiii normale, cnd cele dou axe ruleaz cu aceeai vitez, discurile sunt practic lipite. Dac apare o diferen de turaie ntre axe (pierdere a aderenei), discurile alternante se vor roti cu o turaie mrit i vor tinde s roteasc prin intermediul lichidului i discurile pereche. Momentul se va transfera prin lichid de la axa cu turaie mrit la cea lent. Cu ct diferena de turaie este mai mare, transferul de moment este mai mare. Acest cuplaj sesizeaz diferena de turaie: dac nu apare alunecarea, nu se transmite moment motor la alt axa. Dac apare alunecarea, teoretic se poate transmite pn la 100% din moment, n funcie de diferena de traciune dintre puni. Sistemul asigura numai o traciune integral parial. Este utilizat, de exemplu, la Porsche 911 Carrera 4 care n mod normal ruleaz cu traciune spate. Timpul de reacie al mecanismului este mare, din cauza lichidului care nu este un mediu fix (ca si angrenajele mecanice). Pentru a soluiona aceast problem, unii productori modific raportul de traciune pentru a induce alunecarea. Practic vehiculul ruleaz cu un transfer de moment de 95:5. Cuplajul vscos de blocare a

diferenialului

21

Fig. 21. Cuplajul vscos de blocare a diferenialului (23) Deoarece sistemul Torsen este scump iar sistemul cu cuplaj vscos asigur doar o traciune integral parial, muli productori (Toyota Celica GT4, Subaru Impreza, Mitsubishi Lancer, Ford Escort RS Cosworth) adopt un alt tip de diferenial, practic un diferenial normal care transfer momentul fa - spate i un cuplaj vscos de blocare pentru limitarea alunecrii. Practic, modul de funcionare este similar celui descris anterior, avnd de asemenea caracteristici neliniare i ntrziere n reacie.

Diferenialul activ Diferenialul central activ este cel mai sofisticat sistem utilizat la ora actual. Practic, diferenialul autoblocant este de tip cu discuri multiple, care permite un transfer variabil de moment ntre puni. Transferul este controlat de un calculator care primete informaii de la diferii senzori despre patinarea roilor. In funcie de construcie si software, unele sisteme asigur un control mai precis al traciunii n curbe, asigurnd supravirarea sau subvirarea dorit, precum i cea mai bun traciune pentru accelerare i frnare. Ca i exemplu, Porsche 959 a fost echipat printre primele cu acest tip de difereial. Sistemul PSK (Porsche-Steuer Kupplung) de la Porsche 959 asigur un transfer variabil de moment pentru asigurarea traciunii maxime. n mod normal transferul este de 40:60, fa spate, n corelare cu distribuia de greutate a mainii. La accelerare puternic, transferul de greutate pe spate duce la reducerea traciunii pe fa. Sistemul PSK va transfera pn la 80% din moment la axa spate pentru a mri traciunea.

22

Pe drumuri alunecoase se utilizeaz un raport de transfer de 50:50. Calculatorul analizeaz permanent parametrii ca : poziia clapetei de acceleraie, unghi volan, acceleraie transversal, presiune turbo i determin raportul de transfer al momentului. Dup valoarea momentului transmis la roile motoare ale autovehiculelor, acestea pot fi: Cu difereniale simetrice ; Cu difereniale asimetrice.

Diferenialele asimetrice sunt acele difereniale care pot transmite valori diferite ale momentului motor ctre cei doi arbori de ieire din diferenial. Ele sunt utilizate la autovehiculele cu traciune integral permanent. Calculul angrenajelor din difereniale comport determinarea forelor de angrenare, dimensionarea angrenajelor, verificarea danturii la ncovoiere, verificarea danturii la oboseal, verificarea danturii la presiunea de contact, calculul arborilor i calculul rulmenilor. Pentru calculele de rezisten ale angrenajelor se are in vedere solicitrile maxime la care pot fi acestea supuse: momentul motor maxim i turaia maxim. Materialele utilizate pentru construcia angrenajelor sunt oelurile aliate de cementare. Ulterior acestea sunt supuse unor tratamente termochimice (cementare sau cianurare). Materialul de fa aduce n prim plan plaja variat a construciei transmisiilor principale, utilizate n construcia autovehiculelor ns constatm i faptul c angrenajele melcate spiroide ar fi o potenial alternativ de optimizare a diferenialelor. Optimizarea ar fi posibil prin nlocuirea perechii pinion de ataccoroan cu un angrenaj melcat spiroid. Pentru a face aceast nlocuire este necesar cunoaterea valorilor limit a mrimilor ce influeneaz caracteristicile constructive ale angrenajelor punilor motoare ale autovehiculelor. Acestea se pot vedea n tabelul urmtor.

Mrime Raport de transmisie Turaie( rot/min)

Autoturisme 3...5 0...8000 ( 20000)

Autocamioane 5...18 0...3500

23

Putere n kw 20...380 100...600 (1000) Moment motor daN/m 70...500 400...2500 Tabel nr. 1. Mrimi ce influeneaz caracteristicile constructive ale angrenajelor

Fig. 22. Diferenial cu angrenaj spiroid (2) Acest diferenial face obiectul unui brevet American i are n componena sa un angrenaj melcat spiroid. Brevetul const in faptul c a fost nlociut mecanismul planetar dar cercettorii au optat pentru utilizarea angrenajului spiroid n locul celui hipoid. Acest tip de angrenaj poate reprezenta o alternativ la angrenajele utilizate n prezent n construcia transmisiilor finale ale autovehiculelor. Datorit faptului c face parte din aceeai familie ca i angrenajele melcate avantajele acestor tipuri de angrenaje se regasesc i aici, n schimb o serie de dezavantaje sunt eliminate n cazul angrenajelor spiroide. Astfel ungerea este mult superioar fa de angrenajele melcate, la fel preul de cost este mai sczut i cel mai important lucru este faptul c fenomenul de autofrnare este mult redus fa de angrenajele melcate. Un grup de cercettori de la institutul de mecanic din Ijevsk mpreun cu uzina constructoare de maini din aceeai localitate au realizat o punte motoare pentru autovehicule, a crei diferenial folosete un angrenaj melcat spiroid. Angrenajul clasic hipoid a fost nlocuit cu unul melcat spiroid. n figura de mai jos se vad schemele cinematice ale celor dou angrenaje.

24

Fig. 23. Schemele cinematice ale punii cu angrenaj spiroid si hipoid (1)

Fig. 24. Vedere de ansamblu a punii cu angrenaj spiroid (1) Pentru a observa diferenele dintre cele dou tipuri de angrenaje folosite n cadrul punilor motoare, grupul de cercettori a realizat o serie de msurtori pe un stand de ncercri.

25

Pentru a nu exista erori i pentru a nu fi influenate msuratorile au fost luate mai multe msuri : Angrenajele spiroide i hipoide au fost instalate pe rnd n acelai carter de punte motoare s-au folosit aceleai valori de intrare pentru efectuarea msurtorilor (turaii, moment motor transmis, moment de frnare) fiecare reductor a fost supus n prealabil unui rodaj de 500 km cu o vitez maxim de 80 km/h

Fig. 25. Standul de incercri utilizat de ctre cercettorii de la Ijevsk (1) n urma msurtorilor efectuate de ctre cercettori s-au observat urmtoarele: Diferene foarte mici ale randamentului celor dou tipuri de angrenaje Valori aproximativ egale ale deplasrilor aprute n cadrul angrenajelor

Aceste diferene au fost considerate de ctre cercettori ca fiind neeseniale.

I.3. Consideraii privind proiectarea angrenajelor

26

Calculul transmisiei principale comport determinarea forelor de angrenare, dimensionarea angrenajelor, verificarea lor la uzur i oboseal, calculul arborilor i calculul rulmenilor. Momentul de torsiune este cel care determin apariia forelor n cadrul transmisiei i este determinat dup valoarea maxim a momentului motor. Valorile momentului motor pot varia de la 70daN/m pn la 500 daN/m n cazul autoturismelor iar n cazul autovehiculelor mari poate ajunge si la 2000daN/m M(t) = M(max) i M(t)- momentul de torsiune M(max)- valoarea maxim a momentului motor i- raportul de transmisie - randamentul transmisiei Dantura angrenajelor este verificat la ncovoiere, la oboseal i la presiunea de contact. n construcia roilor dinate sunt utilizate oeluri aliate de cementare, pentru ca miezul dinilor s reziste la eforturile mari de ncovoiere i s fie tenace pentru a suporta sarcinile dinamice mari, iar suprafaa s aib o duritate suficient pentru a avea o rezisten mare la uzur. Pentru mrirea duratei de funcionare roile dinate sunt supuse unui tratament termochimic (cementare sau cianurare) urmat de tratamentul termic corespunztor. Pentru construcia arborilor se utilizeaz n general aceleai materiale ca i la roile dinate sau oeluri aliate cu coninut sczut de carbon. I.4. Consideraii privind proiectarea angrenajelor melcate spiroide Pentru realizarea angrenajelor melcate spiroide se folosesc numeroase combinaii de materiale. La alegerea combinaiei de materiale pentru un caz concret de angrenaj melcat spiroid este important a se cunoate: locul de utilizare, ncrcarea la care este supus(moment de torsiune, turaia de lucru), cantitatea necesar i condiiile de lubrefiere. Materialele folosite n cazul angrenajelor melcate spiroide sunt: Pentru melc: oel clit cu duritate 60-62 HRC, oel recopt i alam

27

Pentru roat melcat: oel clit, font cu grafit nodular, font cenuie, oel sinterizat, material plastic i aluminiu

Elementele de baz pentru proiectarea angrenajelor melcate spiroide sunt: distana axial (care determin n mod implicit i capacitatea portant), raportul de transmitere i condiiile de lucru. Pentru fiecare caz concret va rezulta o dimensiune optim a angrenajului. Calculele necesare fiind laborioase se impune utilizarea unei metodici de proiectare asistat pe calculator. I.5. Aplicaiile angrenajelor melcate spiroide Geometria familiei de angrenaje melcate spiroide le ofer acestora caliti specifice n comparaie cu alte angrenaje din categoria celor cu axe ncruciate. Aceste caliti s-ar rezuma astfel: Aezare favorabil a liniilor de contact n raport cu direcia liniilor de alunecare, ceea ce asigur condiii bune pentru o ungere hidrodinamic; Un numr mare de perechi de dini n angrenare simultan, circa 1012% din numrul de dini ai roii, element ce asigur o funcionare silenioas i mrirea capacitii de ncrcare; Un randament relativ bun; Un dinte de roat mult mai plin n seciunea transversal, ceea ce-i d o mare rezisten la ncovoiere; Raze de curbur ale flancurilor dinilor de valori mari fapt ce asigur rezisten sporit la presiunea de contact; Viteza de alunecare relativ a flancurilor relativ redus; Posibilitatea folosirii pentru execuia roilor melcate i a altor materiale dect bronzul; Compunere mai compact a transmisiei pe seama micorrii considerabile a distanei axiale pe calea combinrii deplasrii axului melcului n raport cu axa roii melcate; Posibilitatea realizrii unei angrenri fr jocuri, dat fiind posibilitatea reglrii jocului prin deplasarea axial a roii respectiv a melcului; Posibilitatea amplasrii n consol a melcului;

28

Tehnologie de realizare asemntoare cu cea a angrenajelor melcate clasice.

Firma Illinois Tool Works Chicago produce industrial angrenaje melcate spiroide. Acestea au aplicaii diverse.

Fig. 26. Angrenaj melcat spiroid utilizat n acionarea unei foreze (21) n acest caz angrenajul melcat are un raport de transmitere de 500:1 i la construcia lui este utilizat mel i roat melcat spiroid din oel aliat.

29

Fig. 27. Angrenaj melcat spiroid utilizat n construcia unei maini unelte ( transmiterea micrii ctre capul divizor) (21) Angrenajul utilizat are un raport de transmitere de 60:1 i materialele folosite pentru construcia lui sunt aluminiu i bronz.

30

Fig. 28. Angrenaj melcat spiroid utilizat n construcia unei macarale auto.(21)

31

Fig. 29. Angrenaj melcat spiroid utilizat n construcia unui troliu.(21)

Fig. 30. Angrenaj melcat spiroid utilizat n construcia unui reductor cu axe ncruciate la troliul unui elicopter de intervenie. (21)

32

Fig. 31. Angrenaj melcat spiroid utilizat la mecanismul de acionare al turelei unui tanc.(21)

33

Fig. 32. Angrenaj melcat spiroid utilizat n construcia unei maini de tuns iarba. (21)

Fig. 33. Angrenaj melcat spiroid utilizat n construcia unei maini agricole. (21)

34

Fig. 34. Angrenaj melcat spiroid utilizat n construcia unui autovehicul pentru terenuri dificile. (21)

35

Concluzii Din studiul bibliografic efectuat rezulta c transmisiile principale ale autovehiculelor sunt posibil realizabile n mai multe variante constructive, fiecare dintre ele avnd recomandri specifice, dar cea mai frecvent ntlnit este varianta care utilizeaz angrenajul de tip hipoid. Justificarea acestei opiuni se datoreaz capacitii portante ridicate ca rezultat al gradului de acoperire de valori superioare ceea ce asigur o durabilitate net superioar fa de celelalte angrenaje. Principalul inconvenient al acestei variante l constituie necesitatea utilizrii n procesul de fabricaie a angrenajului a unor maini unelte i scule complexe precum i a unor tehnologii de execuie i control dificil de armonizat. Elementele menionate anterior au generat ideea nlocuirii angrenajului de tip hipoid cu un angrenaj din aceeai categorie de portan i anume, angrenajul melcat spiroid. Cercetrile efectuate pn acum s-au cantonat n efectuarea unor tatonri constructive i experimentale la Uzina de Tractoare din Ijevsk- Rusia. De asemenea firma Illinois Tool Works Inc din Chicago a realizat angrenaje melcate spiroide cu aplicaii n domenii adiacent- complementare autovehiculelor. Avantajele constructive i funcionale ale angrenajelor melcate spiroide impun ncercarea folosirii acestora ca soluii alternative la angrenajele hipoide cunoscute. Acest demers impune parcurgerea urmtoarelor etape: Alegerea unei variante de angrenaj melcat spiroid care s poat fi inclus n structura unei transmisii principale a unui autovehicul adecvat; Proiectarea i execuia acestei transmisii la o dimensiune concret stabilit; Montarea unei transmisii principale de tip melcat spiroid pe un autovehicul funcional; Efectuarea unui pachet de teste fiabilitate-mod de comportare. Efectuarea acestui experiment va putea fi urmat de realizarea unor corecii de natur constructiv precum i elaborarea unui studiu comparativ n ceea ce privete preurile variantelor transmisiei principale hipoid respectiv melcat spiroid.

36

Bibliografie Abramenko, V. N., (1977), Issledovanie gheometrii cerviaka odnoi iz reznovidnostei spiroidnoi koniceskoi tradiionno-kunosnoi peredaci. n : Mehaniceskie peredacii, Mejvuzovski sbornik Vpuk 2. Ijevskii mehaniceskii institut Ijevsk Anthony R. Caringella, James A. Gruszkowski, Wesley P. Nowakowski, (2001), Limited slip differential, Illinois Tool Works Inc. Bolos, V,(1999), Angrenaje melcate spiroide / Danturarea roilor plane, Editura Universitii Petru Maior, Tg Mure Fril, G (1977), Calculul i construcia automobilelor, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti Grmescu, T., Sltineanu, L., Pruteanu, O., Marin, O., ( 1993), Tehnologii de danturare a roilor dinate, Editura UNIVERSITAS, Chiinu Guju, M., (1990), Angrenaje conice i hipoide, Editura Tehnic, Bucureti. Handra-Luca,V., Napu,I., Napu,M., Napu, I.,D., Sudrijan,M., (2000), Angrenaje ortogonale cu roi plane i axe ncruciate, Casa crii de tiin, Cluj Napoca. Jula, A.,Lates, M., (2004), Organe de maini, Editura Universitatii Transilvania din Brasov, Kirov, A; Kirov, B (1955), Automobilul,Editura Tehnic, Moscova. Krumme, W. (1967), Klingelnberg Spiral kegelrder. Berechnung, Herstellung und Einbau, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York. Mateevici,V; Ignat, D, (1970), Exploatarea Automobilelor, Editura Tehnic, Bucureti. Napu, I.,D.,(2005), Contribuii privind modelarea, simularea i experimentarea angrenajelor melc-roat plan cu contact localizat-tez de doctorat, Universitatea Tehnic Cluj Napoca, Facultatea de Mecanic. Neculiasa, V., (1994), Micarea autovehiculelor, Ed. Polirom Iai. Patrik Beneteau, Francis Esnault,(1997), Hidrostatique 1. Transmission de puissance . Cous et applications.Dunod. Paris Patrik Beneteau, Francis Esnault. Hidrostatique (1997), Transmission de puissance . Cous et applications.Dunod. Paris Roca, R., (2002), Autovehicule rutiere i tractoare (vol. I), Edit. Cutia Pandorei, Vaslui. Townsend, Dennis, Dudley`s Gear Handbook, McGraw-Hill Inc Hydrodynamique 2.

37

urea, N ,Cunoaterea Automobilului Untaru, M. .a.,(1982), Calcului i construcia automobilelor, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti. ****** (1992), Antriebs und Steuerungstechnik fur mobile ArbeitsmaschinenMannesmann Rexroth- Catalog de aplicaii ***** ( 1980), Helicon/Spiroid Gears and gear system, ITW- Chicago ***** ( 1991)Davall Gears, The Davall Gear Company Limited ***** Automobile engineer`s reference book. Third edition, vol. II London, George Newens Limited http://www.auto-tehnica.ro http://www.torsen.com http://www.howstuffworks.com http://www.auburngear.com http://www.totteren.ro

38