- 95 - - 95 -7. Calculul i construcia cutiei de vitezeCutiile de viteze actuale s-au difereniat att ca principiu de funcionare ct i ca moddedeservire. Dinacest punct devederetrebuiessefacdistincientre agregatul de lucru ca transformator de cuplu i dispozitivul sau sistemul de acionare prin care se alegeregimul optimde funcionare al cutiei de viteze.Rezistenele la naintarea autovehiculului variaz mult n funcie de condiiile de concrete de deplasare i corespunztor acestora trebuie s se schimbe i fora de traciune la roile motoare. Marea majoritate a automobilelor actuale sunt echipate cu motoare cu ardere intern, a cror particularitate const n faptul c puterea maxim este dezvoltat la turaii foarte ridicate. Automobilul necesit puteri mari i la viteze mici, care ns nu pot fiasigurate de motor datorit valoriirelativ ridicate a turaiei minime stabile defuncionare aacestuia. n consecin,automobilultrebuie s fie nzestrat cuundispozitivcarespermitschimbareaturaiei i momentul roilor motoarentimpul mersului i sasigureutilizareaintegralaputerii motorului la toate regimurile de funcionare. Acestui scop i servete cutia de viteze, care ndeplinetefunciaunui variatordecuplui turaientransmisiaautovehiculului, asigurnd totodat posibilitatea mersului napoi i funcionarea motorului la regim de mers ncet, n gol, atunci cnd automobilul st pe loc.7.1.Alegerea tipului constructivCutiadevitezerealizeaz,prinvalori diferitealerapoartelordetransmitere numite trepte de vitez, acordarea posibilitilor energetice ale motorului la cerinele energetice ale automobilului n micare cu asigurarea unor performane dinamice, de consumde combustibil i de poluare ct mai bune. Cutiei de viteze, a crei necesitate este determinat de incapacitatea de incapacitatea motorului de a satisface diversitatea condiiilor de autopropulsare, ndeplinete urmtoarele funciuni:schimbarea raportului de transmitere:- este funcia principal a unei cutii de viteze; se realizeaz astfel modificarea forei de traciune i a vitezei de deplasare n funcie de variaia rezistenelor la naintare i/sau de regimul de circulaie al automobilului; n plus ofer posibilitatea autopropulsrii automobilului cu viteze reduse, ce nu pot fi asigurate n mod direct de motorul cu ardere intern care are turaia minim stabil relativ mare;inversor al sensului de mers al automobilului:- cum sensul de rotaie al motorului este prin concepie unic, cutia de viteze conine elementeacror dispunerepermite, cndestenecesarinversareasensului de rotaie a arborelui de ieire; decupleaz motorul termic de roile motoare (punct mort):-deoareceprin concepie, ambreiajul nupoate fi decuplat dect temporar, pentru situaiilencareestenecesarfuncionareamotorului cuautomobilul imobilizat, lanul cinematicestentrerupt prinaducereaelementelor mobiledecuplarentr-o poziie neutr.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 96 -n scopul asigurrii unei bune adaptabiliti a automobilului condiiilor concrete n care are loc deplasarea, cutia de viteze trebuie s rspund la o serie de cerine, prin care:- s aib posibilitatea realizrii unui numr ct mai mare de rapoarte de transmitere, iar mrimea lor s fie determinat n aa fel nct s asigure o utilizare raional a puterii ncondiiileunor performaneeconomice, dinamicei depoluareoptime pentru caracteristica motorului cu care se conlucreaz;construcia s fie simpl, robust, uoar, iar manevrarea s fie simpl, precis i comod;- nexploataresprezintesigurani ntreinereuoariar manevrareasfie simpl, precis i comod;- s prezinte o gam larg de utilizare.Dup modul de modificare a raportului de transmitere, cutiile de viteze pot fi cu variaia n trepte, cu variaia continu (progresiv), sau combinate. Dup principiul de funcionare, cutiile de viteze pot fi mecanice, hidraulice sau electrice.Cutiile de viteze mecanice sunt cele mai rspndite la construciile actuale de automobile. Modificarea raportului de transmitere se face prin intermediul unor angrenaje de roi dinate (cutii de viteze n trepte), sau prin intermediul unor elemente de friciune (cutii de viteze continue).Dupmodul deacionaredeosebimcutii devitezecuacionaremanual, (neautomate), cutii de viteze semiautomate i cutii de viteze automate.Structural, cutiile de vitez n trepte sunt formate din lanuri cinematice paralele(utilizndi elementecomune), egalecanumr cutrepteledevitezi constituite din reductoare cu roidinate iaxe fixe sau mobile (planetare). Aceste reductoare formeaz mecanismul reductor al cutiilor de vitez.Funcionarea independent a lanurilor cinematice se asigur prin montarea n fiecare lan cinematic a roii cu cea mai mic turaie independent de rotaia arborelui de susinere (liber). Funcionarea cutieide viteze ntr-o anumit treapt se obine prin solidarizarea la rotaie a roii libere cu arborele de susinere. Pentru solidarizare se utilizeaz mecanisme de cuplare a treptelor.Comanda cuplrii, selectarea treptei i meninerea treptei cuplate se face prin mecanismul de acionare.Organizarea mecanismului reductor este realizat n concordan cu:- soluia de organizare a echipamentului de traciune;- poziia motorului n raport cu axa longitudinal a automobilului;- dispunerea cutiei de viteze fa de motor;- mrimea fluxului de putere transferat i cu numrul necesar de trepte de vitez.La mecanismulreductor al cutiilor deviteze mecanicen trepte,raportulde transmitere se poate realiza prin participarea:- unui singur angrenaj de roi dinate cu axe fixe, cum este cazul cutiilor de viteze cu doi arbori (fig.7.1,a);- a dou angrenaje de roi dinate cu axe fixe, ca n cazulcutiilor de vitez cu trei arbori (fig.7.1,b);Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 97 --atrei angrenajederoi dinate, dintrecaredoucuaxefixe(organizatesimilar cutiei de viteze cu trei arbori) i unul cu axe mobile (reductor planetar) ca n situaia cutiilor de viteze cu multiplicator planetar (fig.7,c).Pentru realizarea treptei de mers napoi (figura 7.2), fa de treapta de mers nainte, unul din lanurile cinematice ale mecanismului reductor se realizeaz cu trei roi dinate. Roataintermediarzi, montatpeunaxsuplimentar ceangreneaz simultan cu roata condus z1i cea conductoare z2nu intervine asupra raportului de transmitere, dar impune pentru acestea un sens identic de rotaie.Lund ca elemente de baz arborii fa de care sunt dispuse angrenajele mecanismuluireductor, cele maifrecvente soluiide organizare cinematic, funcie de numrul acestora, sunt:- mecanismul reductor cu doi arbori: primar i secundar;- mecanismul reductor cutrei arbori, dispus longitudinal: primar, intermediar i secundar.Necesitatea mbuntirii performanelor dinamice, economice i de poluare i-a determinat pe constructoriide automobile s optimizeze acordarea caracteristicii motoruluila cerinele traciunii. Una din cile prin care este posibilacest fapt este suplimentarea numrului de trepte de vitez. Realizrile practice aplicate n producia de serie pornind de la soluiile clasice enumerate maisus au sporit complexitatea ansamblului dar au pstrat n mare compactitatea.Cele mai reprezentative soluii de acest gen sunt:- mecanismul reductor cu trei arbori, dispus transversal: arbore primar i doi arbori secundari;a) b) c)Fig.7.1.Realizarea rapoartelor de transmitere prin angrenaje de roi dinateTreapt de mers nainte Treapt de mers napoi21zzi !1!2!1!2!zzzzzziii

,_

,_

Fig.7.2.Realizarea treptelor de vitezCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 98 -- mecanismul reductor cu patru arbori: arbore primar, doi intermediari i unul secundar;-mecanismul reductorcuarbori multipli censumeazpelng: arboreleprimar, intermediar i secundar (organizai similar cu CV longitudinale cu trei arbori) i arborii multiplicatorului de viteze.Cutiile de viteze cu doi arbori se ntlnesc frecvent la autoturismele i autoutilitarele uoare derivate din acestea cu motoare dispuse transversal sau longitudinal. Cutiiledevitezecudoi arbori dispunfrecvent de5sau6treptede vitez.Organizare arborilor cutiei de viteze cuprind:- arborele primar sau arborele de intrare ce primete micarea de la arborele cotit al motorului prin intermediul ambreiajului i include sau susine pinioanele conductoare ale angrenajelor;- arborele secundarsau arborele de ieirece susine sau include roile conduse ale angrenajelor i transmite micarea direct sau indirect ctre puntea motoare.Caracteristicile cutiei de viteze cu doi arbori sunt:- intrarea i ieirea se face la o anumit distan (distana ntre axele angrenajelor) de aceeai parte, n cazul soluiilor de organizare a transmisiei de tip totul fa, cnd nacelai carter cucutiadevitezesegsescnglobatetransmisiaprincipali diferenialul, sau n pri opuse n cazul soluiei clasice motor fa, punte motoare spate soluie specific autoutilitarelor uoare, derivate din autoturisme;Schema cinematic i de funcionare a unei cutii de viteze cu cinci trepte de vitez pentru mersul nainte i cu una pentru napoi este prezentat n figura 7.3. n reprezentarea cinematic s-au utilizat simbolurile din tabelul 7.1.Pearboreleprimarapsegsescntrelagreleroilor fixe1, 2, 3, 4i n consol roata liber 5; roile 1, 2, 3, 4 i 5 se afl permanent n angrenare cu roile 1,2, 3, 4, montate libere i 5 montat fix pe arborele secundar as.n vecintatea roilor libere se gsesc mecanismele de cuplare cu sincronizare s1, s2, is3, ce servesc la solidarizarea acestora cu arborii pentru obinerea treptelor de mers nainte.Funcionarea cutiei de viteze pentru mers nainte ntr-o treapt oarecare are loc astfel: de la ambreiaj fluxul de putere se transmite arborelui primar ap, roii dinate conductoare r, roii dinate conduse r i arborelui secundar as.Legtura ntre roata liber i arborele pe care acesta se sprijin se face prin danturadecuplareasincronizatoruluisladeplasareamanonului acestuiadin poziia neutr.Roiledinate6, fixpearboreleprimar, i6, solidarcumanonul de decuplare al sincronizatorului s2 servesc la obinerea treptei de mers napoi. Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 99 -Fig.7.3.Organizarea cinematic i schema de funcionarepentru cutiadevitezecudoi arbori a)-organizarea cinematic; b)-lanurile cinematice de funcionare n treptele 14; c)-lanul cinematic de funcionare n treapta de mers napoi; d)-lanul cinematic al treptei a 5-a.Cuplarea treptei de mers napoi, posibil numai n poziia neutr a sincronizatoarelor s1, s2, i s3 se face prin deplasarea roii baladoare intermediare rb, n poziia n care angreneaz simultan cu celelalte roi 6 i 6. Aflarea n angrenare a celor trei roi determin inversarea sensului de micare la arborele secundar fa de cazul cuplrii treptelor de mers nainte.7.2.Organizarea cinematic a mecanismului reductor7.2.1Arborii cutiei de vitezeArborii cutiile de viteze se monteaz pe carter innd seama de organizarea ansambluluii de particularitilede funcionarealefiecruia dintre arbori. Ei sunt considerai arbori lungi. Lungimea lor este determinat de soluia constructiv Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 100 -aleas, de numrul de trepte de vitez, de dimensiunile elementelor de cuplare i de felul etanrilor. Deaceea, laproiectaretrebuierealizatposibilitateadilatrilor termice, pentru a nu se influena mrimea jocurilor din lagre.Lundnconsiderare deformaiile termice precumi necesitateaprelurii eforturilor axiale, rezultatedin utilizareaangrenajelor curoi dinate cu dantur nclinat i din mecanismele de cuplare, rezult ca regula general faptul c lagrele pecare sesprijinarborii semonteazunul fixndirecieaxial,pentrupreluarea forelor axiale, iar cellalt liber n direcie axial, pentru preluarea deformaiilor termice.Asamblarea componentelor ce urmeaz a fi solidarizate cu arborii (roi dinate, butuciaisincronizatoarelor etc.)se realizeaz prin caneluri.Celmai utilizattip de caneluri este cel cu profil evolventic. Centrarea elementelor asamblate pe arbori se facepecanelurilor saupediametrul exterior. Centrareapeflancuri esteutilizat pentrucomponentelefrmicarerelativfadearbore(roi fixe); centrareape diametrul exterior se utilizeaz n cazul roilor montate liber.Arborele primarprimete micarea de la arborele cotit al motorului prin intermediul ambreiajului, n cazul cutiilor de viteze transversale, sau prin intermediul ambreiajului i arboreleprimar areoconstruciesimilararborelui intermediar al cutiilor de vitez cu trei arbori.ncazul cutiilor devitezepentruautoturismedetaliemici medie, roile dinate sunt fixate pe arbore. Dac diametrele roilor i arborelui sunt compatibile cu tehnologia de forjare, ele fac corp comun; dac diametrele sunt foarte diferite, roile dinate sunt fixate prin fretare sau prin sudur prin friciune.n cazul cutiilor de viteze ncrcate de momente de torsiune mari numai roile treptelor inferioare (I, II) i mers napoi caracterizate de diametre mici fac corp comun cu arborele, celelalte fiind montate liber.De regul lagrul anterior preia numai sarcinile radiale, iar lagrul posterior i sarcinileaxiale. nfunciademrimeasarcinii axiale, lagrul posterior poatefi realizat cu rulmentul radial-axial cu bile (n cazul cutiilor de viteze transversale), sau cu rulment special dublu, cu bile sau role conice, ce poate prelua eforturile n ambele sensuri.nparteadinfaantrenareaarborelui primar dectrediscul condusde ambreiaj sau de ctre arborele ambreiaj se face prin caneluri evolventice.Arborelesecundaral cutiilor devitezedestinateautoturismelor organizate dupsoluiatotul fatransversal saulongitudinal facecorpcomuncupinionul cilindric sau conic al angrenajului transmisiei principale.Pe arborele secundar sunt montate liber roile dinate conduse ale angrenajelor i fix radial i axial elementele imobile ale sincronizatoarelor.Arborele secundar se sprijin pe carter pe dou lagre, al cror tip constructiv depinde de tipul transmisiei principale (cilindric conic) i de momentul de ncrcare.Lagrul anterior, situat n imediata vecintate a pinionului transmisiei principale, este un lagr radial Lagrul posterior este un lagr ce poate prelua n ambele sensuri i sarcinile axiale dezvoltate n angrenajele treptelor i angrenajul transmisei principale.7.2.2. Lagrele cutiei de vitezeSunt componenteprinintermediul croraarborii mecanismului reductor se sprijin pe carter pentru a le permite: fixarea i ghidarea, rotaia i preluarea eforturilor n timpul funcionrii.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 101 -Principalele cerine funcionale sunt: funcionarea silenioas, capacitate portant mare la un gabarit minim, durabilitate, reglaje minime n exploatare is permit variaiile de lungime ale arborilor.n construcia cutiilor de viteze sunt utilizate lagre cu alunecare (lagre fluide) i lagre cu rostogolire (rulmeni).Alegerea tipului de lagr se face n funcie de:- organizarea transmisiei carter comun al cutiei de viteze i al punii motoare;- poziia motorului (transversal sau longitudinal), ce implic utilizarea unui angrenaj cilindric sau conic pentru transmisia principal;- poziia cutiei de viteze n prelungirea motorului sau n partea inferioar a acestuia;- tipul i mrimea ncrcrilor radiale, radial-axiale.Lagrele cu alunecare (fluide) pentru sprijinirea arborilor mecanismului reductor pe carter sunt utilizate n construcia cutiilor de vitez, deoarece necesit o ungeredinabunden(subpresiune), realizabil, obligatoriuprinutilizareaunei pompe de ulei.Avantajele acestui tip de lagr sunt: suport sarcini radiale foarte mari la un gabarit minim (0,001 fa de 0,0015 n cazulrulmenilor cu bile, sau 0,0030,005 pentru rulmeni cu role).Utilizatecupreponderencalagrelaarborelecotit al motorului aufost adoptate i n construcia cutiilor de viteze amplasate transversal, n partea inferioar ale acestora. Ungerea comun a motorului i cutiei de viteze se realizeaz de ctre pompa de ulei.Lagrelecurostogolire(rulmeni) sunt celemai rspnditenconstrucia cutiilor de viteze, deoarece se adapteaz perfect ungerii prin barbotare.Clasificarearulmenilor cutiilor devitezei caracteristicilelor generalesunt cuprinse n tabelul 7.1.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 102 -Tabelul 7.1.Tipuri de rulmeni utilizai n cutiile de vitezn corelaie cu prezentrile de mai nainte i cu recomandrile din tabelul 7.1. nfigura7.4seprezintosintezalagrelor curostogolireutilizatencutiilede viteze.Tipul rulmentului Capacitatea de a prelua foraaxiale RadialeRulmeni simpliiRulmeni radiali cu bile pe un rnd cu calea de rulare adncDepinde de adncimea canalelor din cile de rulareMedieRulmeni radiali-axiali cu bile cu simplu efectMedii ntr-un singur sensMedieRulmeni radiali-axiali cu roleconicepeunsingur rndMari, ntr-un singur sensMariRulmeni radiali cu role cilindrice pe un singur rndNule Foarte mariRulmeni radiali cu ace Nule MariRulmeni compuiRulmeni radiali-axiali cu bile cu dublu efectMedii, n ambele sensuriMariRulmeni radiali cu role cilindrice pe dou rnduriFoarte mari, n ambele sensuriMariCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 103 -Fig.7.4.Lagre cu rostogolire utilizate n cutiile de vitezeRulmenii au n componen elemente de rostogolire bile, role, ace montatentreinelul interiori inelul exterior. Inelelesunt solidarizatecuelemente fixe, respectiv mobile, ale lagrului.n cazul n care gabaritul disponibil este minim, unul dintre inele rulmenilor cu role cilindrice sau cu ace poate s lipseasc, astfel nct corpurile de rostogolire sunt ncontact direct cuunelement exterior(ex. roatliber), sauinterior(ex. arbore secundar).nacest cazacesteci derulareneconvenionalendeplinesccerinele severe de calitate i duritate necesare bunei funcionri.Montarea rulmenilor este dependent de tipul lor. La rulmenii cu bile sau cu role cilindrice nu se monteaz niciodat cu strngere ambele inele, deoarece exist riscul deteriorrii lagrului prindiminuareajocului defuncionare. Pentruarbore (cazul general al rulmenilor cutiei de viteze) inelul interior se monteaz cu strngere, iar inelul exterior cu cu alunecare.Rulmenii cu role conice, n general, se monteaz pe arbore n pereche i n opoziie, n X.Foreleaxialepot fi preluatei printr-unrulment compusrulment biconic. Concepia acestui tip de rulment simplific construcia ansamblului. Jocul de funcionare, determinat constructiv, este marcat pe rulment, fr a se putea intervenii asupra mrimii lui.7.2.3.Roile dinateRoiledinateutilizatelacutiiledevitezeaudanturnclinat, cuprofil n evolvent. Roile dinate cu dini drepi sunt simple i ieftine dar funcioneaz zgomotos i se uzeaz rapid. Utilizarea lor este limitat de realizarea treptei de mers napoi, cnd se folosesc angrenaje decuplabile cu roi baladoare.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 104 -Dantura nclinat se folosete ntotdeauna cnd roile dinate sunt n angrenarepermanent. Fadecelecudini drepi sunt mai rezistente, permit micorarea distanei ntre axe, funcioneaz uniformi cu zgomot redus. Ca dezavantaje utilizarea danturii nclinate determin apariia forelor axiale cu necesitatea prelurii lor, iar n utilizarea angrenajelor permanente determin apariia reducerea randamentului, prin frecrile suplimentare dintre roi i arbore, i lungimea cutiei, prinintroducereaelementelor decuplare. Unghiul denclinarearevalori cuprinse ntre 20300, cresctoare de la prima spre ultima treapt de vitez.Profilul utilizat pentrudanturesteprofilul nevolvent, deoareceasigur sporireacapacitii portanteadanturii, permitecorectareadanturii i realizeaz funcionarea fr zgomot.Toate angrenajele cutiei de viteze sunt corectate pe nlime prin deplasarea profilului sculei n raport cu cercul de divizare al roii. n acest caz, nlimea total a dintelui rmne neschimbat, schimbndu-se numai raportul ntre nlimea capului ia picioruluidintelui. n cazulangrenajului, deplasarea pozitiv a sculeise aplic roii dinatedediametrumai mic. nraport cudeplasareanormal, lacarelinia mediananlimii profilului sculei estetangentlacercul dedivizareal roii, la dantura corectat scula este deprtat cu distana mde cerculde divizare, spre exterior. Coeficientulm, careexprimraportul dintredeplasarearadialaliniei mediane a sculei i modulul danturii, se numete coeficient de deplasare specific. Prindeplasarespecificpozitiv, laaceeai nlimetotaladintelui, cancazul danturii normale, cretenlimeacapului dintelui; nschimbnlimeapiciorului dintelui sereduce. nconsecin, razelecercurilor interior i exterior s-aumrit; dintele este flancat de alte poriuni de evolvent, mai deprtate de cercul de baz, cu razedecurburi mai mari, respectivcuformmai plat. nfelul acestadintelea devenit mai robust la baz i mai ngust la periferie, iar grosimea dintelui msurat pecercul dedivizareadevenit mai maredect jumtateapasului. Rezultcla corijarea prin deplasarea pozitiv a sculei se obine un dinte mai rezistent.La roata dinat cu diametrul mai mare se aplic deplasarea negativ a sculei, la care linia ei median se apropie de centrul roii rmnnd distanat cu m fa de cerculde divizare. n acest caz rezult un dinte maigros la periferie, ns piciorul slbit.La roile dinate ale treptelor superioare, unde rapoartele de transmitere sunt reduse i roile au dimensiuni apropiate, se folosete uneori corectarea danturii prin modificarea unghiuluide angrenare de la 200la 17030sau la 140. Prin reducerea unghiului de angrenare , gradul de acoperire crete iar presiunea normal pe dinte scade.n construcia cutiei de viteze, roile dinate pot fi montate dependente de rotaia arborelui, sau independente (libere) de aceasta. S-aartat croile dependentepot fi executate mpreun cu arborele, sau se monteaz pe arbori prin mbinri demontabile sau nedemontabile. a) b) c)Fig.7.5.Soluii de montare a roilor libereCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 105 -Roile dinate libere, care prin rigidizare cu arborele secundar formeaz diferitele trepte de vitez, se monteaz fie rezemate direct pe arbore, fie rezemate prinlagredealunecare, saulagrederostogolire(fig.7.5.). nfigura7.5.a. se prezintsoluia demontarea roii liberedirectpecanelurile arborelui intermediar. Pentru diminuarea frecrilor, zona de rezemare a roii pe arbore este uns forat de uleiul centrifugal dincanaleledinarborelarotireaarborelui. Lasoluiadinfigura 7.5.b., roata liber se monteaz pe arborele intermediar prin lagr de alunecare. ntre roatadinat iarboreseintroduce o bucde bronz, care nlturfiecare dintre piesele de oel. n figura 7.5.c. roata liber se monteaz pe arbore prin intermediul unui rulment cuacentr-osoluieconstructivasemntoarecazului precedent. Ungerea lagrului este fcut printr-un sistem de canale practicat n roi.Deoarece roile libere particip la realizarea treptelor de vitez prin solidarizarea lor cu arborele de susinere prin intermediul mecanismelor de cuplare, roileliberesunt prevzutecudanturi decuplare. nvedereaunei cuplri uoare, danturiledecuplareseexecutcumodulemici, astfel caladiametrededivizare reduse s se dispun de un numr ct mai mare de dini.Roile dinate din cutiile de viteze se execut din oel aliat, respectiv oel aliat superior, lacareseaplicdiferitetratamentetermicesautermochimice. Miezul dintelui trebuie s fie tenace, pentru a suporta sarcinile mari de oc, i suficient de rezistent la ncovoiere, iar suprafeele de contact s fie dure, spre a rezista la uzur. 7.2.4.Mecanisme de cuplare a treptelorLa angrenajele de roi dinate aflate permanent n angrenare, solidarizarea roii libere pentru realizarea treptei de vitez se face prin mecanisme de cuplare. Necesitatea mecanismelor de cuplare este impus de caracteristicile de funcionare ale cutiei de viteze la schimbarea treptelor de vitez, cnd ntre elementele anterior cuplate i cele care urmeaz a se cupla apar viteze unghiulare de rotaie diferite. n aceste condiii, pentru evitarea solicitrilor dinamice de impact la cuplarea treptelor, prin egalizarea vitezelor unghiulare este posibil numai prin manevre de conducere efectuate de conductor 7.2.5.Sincronizatorul cu blocare BORG-WARNERn figura 7.5. se prezint construcia unui asemenea sincronizator. Sincronizatoruleste dispus pe arborele secundar 9, ntre roile dinate libere1 i8. Roiledinatesunt prevzutecusuprafeedelucrutronconicei cudanturi de cuplare.Manonul 5 al sincronizatorului, centrat pe canelurile arborelui secundar, este fix n direcie axial. Pe circumferina manonului sunt practicate, la distane egale, trei goluri axiale, n care ptrund penele de 4 ale fixatorului.Manonul 5esteprevzut cudanturexterioar, cucarecupleazdantura interioaramufei 3, care, prindeplasareaxial, poateangrenacudanturilede cuplarealeroilor 1sau8. Peneledefixare4sunt prevzutenmijloccunite proeminene care se plaseaz ntr-un canalstrunjit la mijloculmufeide cuplare 3. Celetrei piesealefixatorului sunt susinutenmufadecuplaredearcurilede expansiune 6.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 106 -Inelele de sincronizare 2i 7sunt piesedinbronz. Ele sunt prevzute cu o dantur exterioar (dantur de blocare) identic cu danturile de cuplare i cu trei canale frontale, n care ptrund piesele 4 ale fixatorului, mpiedicnd rotirea inelului fa de manonul 5.Folosind notaii din figura 7.5. n figura 7.6. sunt prezentate fazele de funcionare ale sincronizatorului.Dacmufa decuplare 3 este deplasat axial, prin fixatorul 4i arcurile6este antrenat i inelul de sincronizare7(dinparteadeplasrii), care vine n contact cu suprafaa de tronconic a roii libere 8 (figura 7.6.a.). Deoarece limea frezrilor dinineledesincronizareestemai mare dect a pieselor 4 ale fixatorului i anumecujumtatedingrosimeaunui dinte de cuplare, sub aciunea momentului de frecare are loc o deplasare tangenial a inelului de sincronizare fa de manonul 5.Aceast deplasare face ca dantura de blocare a inelului de sincronizare s se interpunnfaadanturii mufei mpiedicnd naintarea ei (figura 7.6.b.). n momentul egalizrii vitezelor unghiulare, datorit forelor tangeniale ce apar ntre dantura de blocare idantura mufei, inelulse rotete ipermite deplasarea axial a mufeipn angreneaz cudanturadecuplarearoii libere(figura 7.6.c.).

Fig.7.7.Fazele de funcionare ale sincronizatorului Borg-WarnerFig.7.6Construcia sincronizatorului cu blocare Borg-WarnerCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 107 - 7.2.6.Carterul cutiei de vitezeCarterul mecanismului reductor reuneteelementeleansamblului cutiei de viteze i le menine n poziia de funcionare; protejeaz organele interne de mediul exterior i conservuleiul necesar ungerii i rcirii elementelor aflatenmicare relativ; permite fixarea ansamblului transmisiei pe carterul motorului n cazul grupului motopropulsor compact; n cazul transmisiilor organizate dup soluia totul fa, nglobeazmecanismelecentralealepunii motoare: transmisiaprincipali diferenialul.Carterulcutieide viteze trebuie s ndeplineasc urmtoarele cerine: s fie rigid i uor, etan, dar bine ventilat pentru a evita suprapresiunea intern la cretereatemperaturii nfuncionare, puinmai zgomotosprinevitareaamplificrii vibraiilor provenite de la angrenaje i de motor, s evacueze rapid cldura n timpul funcionrii.Concepte tehnologiceConcepiacarterului cutiei devitezesefaceinndseamade: satisfacerea rolului funcional; tipul de organizare a echipamentului motopropulsor i poziia cutiei (longitudinal, transversal); seria de fabricaie; posibilitile tehnologice; derivatele opionale ale cutiei de baz (4x2 fa, spate sau integral).Dei carterul poatesatisfacepoatediferitecerinedefabricare, el poatefi necorespunztor din punct de vedere al zgomotului n funcionare. Aceastase datoreaz n general vibraiilor emise de angrenaje, vibraii care pot fi amplificate prin efectul de membran al unora dintre prile laterale ale carterului.Diminuarea zgomotului se face printr-o nervurare corespunztoare a pereilor ansamblului.nstaredeproiect, carterul cutiei devitezenusatisfacedect rolurileprincipale enumerate. Tehnologia adoptat de constructor poate sa-i confere n plus un raport de calitate/pre optim.Complexitatea, forma i aspectul pieselor variaz n funcie de: materialele utilizate (aluminiu sau font) procedeul de turnare a semifabricatelor.Alegerea materialului depinde att de aspecte funcionale ncrcare, zgomot,ct ide aspecte tehnologice producia zilnic, procedeulde turnarei tehnologia de uzinare disponibil etc. De regul, n construcia unui carter al cutiei de viteze, datorit dificultilor de obinere a calitilor suprafeelor la uzinare cu aceeai vitezdeachierei modificrii difereniateaformei i dimensiunilorlacreterea temperaturii, se utilizeaz un singur tip de material.Carterelecutiilor devitezealeautoturismelor i autoutilitarelor uoarese toarn din aliaje de aluminiu. Compoziia chimic depinde de procedeul de turnare. Astfel se utilizeaz aliajul:AS10U4 la turnarea sub presiune a pieselor de serie mare;AS9U4 la turnarea static n cochil metalic a pieselor de serie medie;AS5U3 la turnarea n form de nisip a pieselor prototip i serie foarte mic.Ventilaia carteruluiFrecriledintreelementeleaflatenmicarerelativsporesc temperatura intern, ceeacedetermindilatareaaerului i cretereapresiunii; lavalori mari creterea presiunii poate deforma garniturile de etanare, provocnd pierderi de ulei. Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 108 -Temperaturapoateurcapnla1500Ci poateatingechiar 1700C(lanivelul suprafeelor de frecare ale sincronizatoarelor).Pentru a evita scurgerile de ulei, cutiile de viteze sunt echipate cu o supap de aerisire, cepermiteieireasauintrareaaerului, dar opretetrecereaparticulelor solide sau lichide.Amplasarea supapei se face n partea superioar a carterului, ntr-o zon n acre aceasta este protejat de stropii de ulei.Etanarea carterului cutiei de vitezeLa asamblarea elementelor ce constituie cutia de viteze exist dou tipuri de etanri:- etanri ntre elementele statice (ce formeaz carterul cutiei de viteze);- etanri ntre elementele cu micare relativ (arbori, axe i carter).Tipul deetanarentreelementelestaticedepinddeabaterileadmisentre componentele ansamblului.ncazul preciziei necesaremari (ex.: semicartere)seutilizeazopastde elastomer, ce formeaz un filtru etan ntre microneregularitile suprafeelor frezate aflate n contact.n cazul etanrii capace/carter se utilizeaz garnituri din:- hrtie (ex.: carter ambreiaj/carter cutie de viteze la DACIA 1310);- elastomer deformtoroidal(ex.: capactreaptaaV-a/carter cutiedevitezela DACIA Nova);- mastic de etanare n cazul unor capace din tabl ambutisat.Cnd este necesar etanarea arborilor de transmisie intrare ieire sau a axelor de comand se apeleaz la manetele de etanare cilindrice cu una sau cu dou margini de etanare.Materialele utilizate n construcia acestora sunt dependente de regimul termic maxim al ansamblului cutiei de viteze: nitril (900C), poliacrilat (1200C) etc.Construcia carterului cutiei de vitezeCarterul asamblat(fig.7.8) reprezint o soluie specific transmisiilor autoturismelor i autoutilitarelor uoare organizate dup soluia totul fa, cu motorul amplasat longitudinal sautransversal. Uzinareaestemai complexdect cazul carterului monobloc, deoarece se are n vedere existena unor suprafee suplimentare celedeasamblare iceledecentrare aelementelorcomponente. Este compus din maimulte elemente, care sunt uzinate mpreun pentru a forma carterul asamblat.Carterul asamblat reprezint o alt soluie ce poate fi obinut prin turnare sub presiune a elementelor componente. Turnarea sub presiune confer pieselor finite: precizie mare, rigiditate satisfctoarele i mas redus.Carterul asamblat al cutiilor de viteze longitudinale (fig.7.8.a.) satisface toate soluiile de organizare a transmisieicare sunt folosite cnd motoruleste amplasat longitudinal: clasic, totul fasauintegral. Construciaesterealizatdindou semicartere ce conin n planul de asamblare axele arborilor.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 109 -a) b)Fig.7.8.Construcia carterului asamblatFixarea pe motor a cutiei de viteze se face fie printr-o flan ce delimiteaz carterul ambreiaj, fie printr-un carter ambreiaj separat.Carterul asamblat al cutiilor de viteze transversale (fig.VII.8.b.) este constituit din dou sau din trei elemente care au suprafeele de asamblare perpendiculare pe axele arborilor.Soluia cu dou elemente este specific cutiilor de viteze cu doi arbori i cinci trepte (ex. DACIA Nova), sau trei arbori i ase trepte (VOLVO M56, OPEL Calibra). Soluia cu trei elemente este specific cutiilor de viteze cu doi arbori i ase trepte (FIAT Punto).Elementeleansamblului sunt: carter ambreiaj i mecanismelecentraleale punii motoare; carter mecanism reductor cutie de viteze i capac treapta a V-a (doi arbori, cinci trepte) sau carter treptele a V-a i a VI-a (doi arbori, ase trepte).7.2.7.Ungerea cutiei de vitezeUngereacomponentelor cutiei devitezeestenecesarpentrudiminuarea pierderilor de energie prin frecare i a uzurii componentelor cutiei de viteze i pentru evacuarea cldurii.Moduln care se realizeaz ungerea n cutiile de viteze este dependent de poziia cutiei de viteze n raport cu motorul.Ungerea mixt, sub presiune-barbotare, se folosete n cazul cutiei de viteze montat sub motor, cnd ungerea este asigurat de uleiulmotor ise efectueaz mixt prin presiune i barbotare.Ungerea prin barbotare se folosete n cazul cutiei de viteze independent de motor, situaia majoritii automobilelor, cnd nu dispune de o pomp de ulei.Pentruasigurareaungerii, roiledinatealearborelui (arborilor)inferiorsunt parial imersatenulei, asigurndnacest fel ungereadanturii aflatencontact. Centrifugareauleiului provoacopulverizareaacestuiaasupratuturor organelor internei proiectareaunei cantiti pepereii carterului. Acest contact cucarterul contribuie n mare parte la rcirea uleiului.n plus, centrifugarea antreneaz o circulaie de ulei din centru ctre periferia pinioanelor. Pentru a valorifica acest fenomen, un alezaj practicat n interiorul arborilor permiteaspirareauleiului princentrul arborelui, realizndastfel ungerea alezajelor roilor libere.Ungerea prilor frontale ale pinioanelor libere se face frecvent prin practicarea unui canal circular excentricpefaaopusmecanismului decuplare, canal care asigur o circulaie de ulei satisfctoare.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 110 -Nivelul uleiuluin baia de uleiacutiei de viteze este controlat frecventprin poziionareabuonului deumplerepeunul dinpereii laterali laonlimeprecis determinat de constructor prin teste complexe.Laparteainferioaracarcasei segseteunbuondegolire, careeste prevzut de cele mai multe ori cu un magnet ce colecteaz particulele metalice.Fig.7.9.Cutii de viteze transversale cu doi arbori:a cutia de viteze Dacia Nova;b cutia de viteze Fiat PuntoCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 111 -Fig.7.10.Cutii de viteze transversale cu doi arboriCutia de viteze Peugeot (C510 5 rapoarte)7.3.Predimensionarea angrenajelor de roi dinateCalculul cutiilor de viteze urmrete determinarea parametrilor acestora pentru obinerea, din faza de proiectare, a unor caliti dinamice i economice optime pentru automobilul respectiv.Calculul cutiilor de viteze cuprinde dimensionarea i verificarea angrenajelor, dimensionarea i verificarea arborilor, calculul rulmenilor, dispozitivelor de cuplare a treptelor i calculul elementelor mecanismului de acionare.Etapeledecalcul ladimensionareaangrenajelor presupunedimensionarea geometrico-cinematic, verificarea de rezisten i verificarea durabilitii. 7.3.1.Dimensionarea geometrico-cinematicAceast etap cuprinde determinarea numrului de dini ai roilor care compun angrenajele, predimensionarea modulului danturii, determinarea distanei ntre axe i a elementelor geometrice ale roilor i angrenajelor.Proiectarea cutiei de viteze este precedat de un studiu al soluiilor similare de cutii de viteze, utilizate la automobilele din segmentul concurenial n care urmeaz a se include automobilul proiectat. n aceste condiii, pentru calculele de Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 112 -predimensionareserecomandcapentru modulul danturii roilor dinatesse adoptevalori similarecelor aletipurilor similare, existentei cares-audovedit corespunztoare. Momentul se determin funcie de momentul la arborele secundar Ms pentru treapta a I-a:m N i M Mcv cv M s 67 , 567 95 , 0 23 , 3 1851 1 (7.1)unde:- MM=185Nm :momentul maxim al motorului;- icv1=3,23 :raportul de transmitere a treptei nti de viteze;- cv=0,95 :randamentul cutiei de viteze.Valorile spre limita inferioar se vor alege la cutiile de viteze de autoturisme, unde se impun dimensiuni de gabarit ct mai mici i funcionare ct mai silenioas, iar valorile superioare (datorit capacitii mrite de ncrcare a dinilor) se vor alege pentru automobilele ce funcioneaz n condiiigrele de exploatare (automobile de teren).Adopt conform STAS 821-82 modulul normal:mn=2,5mmDeterminarea distaneidintre axe i a numerelor de dini ai roilor dinate se face innd seama de:- realizarea, pe ct posibil, a rapoartelor de transmitere determinate din condiiile de conlucraremotor-transmisie, avndnvederefaptul croiledinateauunnumr ntreg de dini;- obinerea dimensiunilor minime de gabarit prin alegerea, pentru roata cu celmai mic diametru, a numrului minim de dini;Pentru roile dinate ale cutiilor de viteze cu doi arbori, numerele de dini ale roilor de pe arborele primar sunt date de relaia( )cvkkki mAz+ 1cos 2 (7.2)iar pentru cele ale arborelui secundar:( )cvkcvk kki mi Az+ 1cos 2! (7.3)unde icvk este raportul de transmitere al treptei k de viteze.Cunoscnd modulul normal, unghiul de nclinare al danturii i numrul de dini, se pot determina elementele geometrice ale roilor dinate i ale angrenajelor. Calcululgeometric icinematic se efectueaz conform STAS 12223-84 referitor la angrenaje paralele cilindrice exterioare, cu danturi nclinate n evolvent. Simbolurile i termenii folosii n continuare sunt conform STAS 915-80(tabel 7.2).Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 113 -Pe baza datelor iniiale necesare, specificate n tabelul 7.2, calculul elementelor geometricealeangrenajelor sunt prezentatentabelul 7.3. calculele geometrice i cinematice ale angreenajelor trebuie efectuate, de regul, cu precizie relativ mare.Pentru a evita erori dimensionale de calcul mai mari dect 0,001mm, se recomand exprimarea funciilor trigonometrice cu precizie de mai puin 67 cifre zecimale i realizarea calculelor, n general, cu precizie similar.ntabelul 7.4. sunt prezentatevalorileobinutencalculul geometrici cinematic pentru fiecare treapt de vitez.Dupces-aadoptat numrul dedini ai pinionului i roii corespunztoare treptei nti de viteze, se poate calcula distana dintre axe cu formula:( )mmz z man604 , 8320 cos 2) 48 15 ( 5 , 2cos 201 1+ + (7.4)Tabelul 7.2.Date iniialeNr. poz.Denumirea elementului Simbol Indicaia de adoptareStandarde aferente1 Numrul de dini:- la pinion- la roatz115z2 z1= z1 icv1=482 Modulul normal mn2,5 STAS 822-823 Unghiul de nclinare de divizare2004 Unghiul de presiune de referin normalnn=200STAS 821-825 Coeficientul normal al capului de referinh*anh*an=1 STAS 821-826 Coeficientul normal al jocului de referin la capul dinteluic*nc*n=0,25 STAS 821-827 Coiefifientul normal al adncimii de flancare a capului dintelui*aFnRecomandri n STAS 821+82Se folosete ca dat iniial numai la danturi flancate8 Coieficientul normal al adncimii de flancare a capului dinteluiSe indic prin temSe folosete ca dat iniial numai la danturi flancateCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 114 -Tabelul 7.3.Calculul elementelor geometriceNr. poz.Denumirea elementului Simbol Formula de calcul1 Distana ntre axe de referin a( ) cos 21 1 +m z za2 Unghiul de presiune de referin frontal t1]1

cos 2nttgarctg3 Unghiul de angrenare frontal tw1]1

.cos arccostwtwaa 4 Involuta unghiului t inv tt t ttg inv 5 Involuta unghiului tw inv twwt tw twtg inv 6 Coeficientul normal al deplasrilor de profil nsumatexns( )t twnnsinv invtgz zx +22 17 Coeficientul frontal al deplasrilor de profil nsumatexts cos ns tsx x8 Coeficientul normal al deplasrilor xn1 xn1xn2 xn29 Coeficientul frontal al deplasrilor de profilxt1 xt1xt1=xt210 Modulul frontal mt cosntmm11 Diametrul de divizare d1tm z d 1 1d1tm z d 1 112 Raportul de transmitere i122112zzi 13 Diametrul de rostogolire dw12 1112z zz adww+ dw22 1222z zz adww+ 14 Coeficientul normal de modificare a distanei ntre axeynnwnma ay15 Coeficientul normal de micorare a jocului de referin la cap ynn ns ny x y 16 Diametrul de picior df1( )a nn a nfm x c h d d 1* *1 12df2( )a nn a nfm x c h d d 2* *2 2217 nlimea de referin a dintelui h( )nn a n m c h h + * *218 Diametru de cap de referin da1 h d df a + 21 1da2 h d df f + 22 2Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 115 -Observaii: Angrenajelecutiilor devitezeseverificprincalculul lancovoiereadinilor i la presiunea de contact 7.4.Calculul de rezisten i verificare angrenajelor de roi dinate 7.4.1.Forele din angrenajeAngrenajele cutiilor de viteze se verific prin calcul la ncovoierea dinilor i la presiuneadecontact, ncondiiilesolicitrii subaciuneasarcinilor deregimi sarcinilor dinamice (sarcini de vrf).Pentru calculul danturii exist mai multe metode, dintre care cea mai frecvent folosit este metoda lui Lewis.Aceast metod consider c ntregulmoment se transmite prin intermediul unuidinte, considerat ca o grind ncastrat ic asupra dinteluiacioneaz fora normal Fn dup linia de angrenare N-N i este aplicat la vrful dintelui.Fora nominal se distribuie pe fia de contact dintre dinii aflai n angrenare producnd ca solicitare principal presiuni specifice de contact.Funcie de momentul de torsiune Mcal arborelui, fora tangenial se determin cu relaia:dctRMF (7.5)unde:- Mc:momentul la arborele roii conductoare a angrenajului.Tabelul 7.4.Rezultatele calcului de geometricNr. crt.Param. calculatTr. I Tr. II Tr. III Tr.IV Tr. Vz1 z!1 z2 z!2 z3 z!3 z4 z!4 z5 z!51 20 24,514 29,139 31,767 37,7642 a 83,8043 t 10,96 11,31 11,68 11,31 12,514 tw 10,96 11,31 11,68 11,31 12,515 inv t -10,77 -11,11 -11,48 -11,11 -12,286 inv tw -10,77 -11,11 -11,48 -11,11 -12,287 xns 0,00 0,00 0,00 0,00 0,008 xts 0,00 0,00 0,00 0,00 0,009 xn 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0010 xt 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0011 mt 2,66 2,75 2,84 2,75 3,0512 d 37,25 130,36 49,46 118,15 65,34 102,27 82,43 85,18 91,41 76,1813 i 3,50 2,38 1,56 1,03 0,8314 dw 37,25 132,97 49,46 119,99 66,36 103,86 83,71 86,5 92,84 77,3715 yn 0 0 0 0 016 yn0 0 0 0 017 df 31 124,11 43,21 111,9 59,09 96,02 76,18 78,93 85,16 69,9318 h 5,6319 da1 42,25 135,36 54,46 123,15 70,34 127,27 87,43 90,18 96,41 81,18Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 116 -Fig. 7.11. Definirea forelor din roile dinate cilindrice cu dantur nclinatFora nominal se calculeaz cu formula: cos cos tnFF (7.6)Componenta radial se calculeaz cu formula:costgF Ft r (7.7)i solicit dintele la compresiune.Componenta axial, care se calculeaz cu formula: tg F Ft a (7.8)nu determin solicitri asupra dintelui.n tabelul 7.5. sunt prezentate valorile pentru forele din angrenaje. 7.4.2.Calculul de rezisten la ncovoiereTabelul 7.5.Valorile forelor din angrenajeNr. crt. Parametru Tr. I Tr. II Tr. III Tr. IV Tr. V1 Mc 516.4362 338.5044 221.3298 144.66 117.75322 Ft 9361.446 7155.992 5519.22 4537.435 4073,5363 Fn 10499.21 8288.851 7499.572 5624.572 5430.6274 Fr 3623.73 2770.019 2233.549 1756.4 1598.0795 Fa 3405.412. 2603.134 2690.332 1650.582 1664.893Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 117 -Pebazaipotezelor artate, efortul unitar efectivdencovoiereestedat de relaia:ifcefz mM 32cos 2 (7.9)unde:- z :numrul de dini ai roii conductoare;- =1,85 :- i:coeficient de repartizare al efortului.Coeficientul derepartizareal efortului inecont degradul deacoperire, iar pentru aceasta calculm gradele de acoperire frontal i suplimentar.Pentru calculul gradului de acoperire frontal se utilizeaz relaia: cossinsin sin22222 12121 + ofrf r b e rf r b efmR R R R R R (7.10)iar pentru gradul de acoperire suplimentar, utilizm relaia: cossinmBos (7.11)unde:- Re1, Re2:razele cercurilor de vrf ale roilor din angrenajul de calculat;- Rb1, Rb2:razele cercurilor de baz;- rf:unghiul frontal de angrenare;- rf:unghiul frontal al profilului de referinPentru calculul la sarcini nominale de regim, la determinarea valorii efective a efortului unitar dencovoiere, momentul decalcul estedeterminat demomentul maximal motoruluiMmaxi deraportul detransmiteredelamotor laangrenajul calculat prin relaia:t ci M M max (7.12)n cazul metodei Lewis, cnd se consider c ntreg momentul de torsiune se transmiteprintr-unsingurdintei seneglijeazefectul compresiunii axialedat de componenta radial a forei normale, rezult o supradimensionare a danturii. Pentru evitareasupradimensionrii, ncalculul deverificarevalorileefectivealeefortului unitar secomparcueforturileadmisibilelancovoierepentrumaterialul utilizat; efortul admisibil dencrcareaiseadopt, nmodconvenional, cuvalori mai ridicate celor definite din condiia de rezisten la valoarea nominal a momentului:crai ef (7.13)unde:- c=1,5 :coeficient de siguran.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 118 -La calculul de verificare al roilor dinate la sarcini dinamice maxime (care apar la cuplarea brusc a ambreiajului i la frnarea brusc cu ambreiajul cuplat), momentul de calcul Mc se determin cu relaia:t M d ci M k M (7.14)unde:- MM:momentul maxim al motorului;- it:raportul de transmitere de la motor la angrenaj;- kd=1,5 :coeficientul dinamic.Valorileefectivealeefortului unitarefsecomparnacest cazcuefortul unitar de curgere c al materialului roilor dinate.n tabelulVII.5. sunt prezentate valorile efortuluiunitar efectiv de ncovoiere pentru toate treptele din cutia de viteze7.4.3.Calculul de rezisten la presiunea de contactSubaciuneasolicitrilor decontact depeflancuriledinilor poateaprea oboseala straturilor de suprafa (sub form de ciupituri, sfrmri i mai rar cojire) i deformarea plastic a flancurilor dinilor (sub form de laminare, ciocnire, ncreire, ridare).Determinareapresiunii decontact lasarcini nominale(deregim) seface utiliznd relaia lui Hertz:accc fc m efcpiiBMi Aiy y y p ++ 21 1 (7.14)unde:- ym:coeficientul de material;- yfc:coeficient de form n punctul de rostogolire;- y c:gradul de acoperire asupra capacitii flancurilor.Deformarea permanent a flancurilor dinilor la solicitrile de contact are loc cnd eforturile unitare de contact, fie datorit unor suprasarcini, fie datorit ungerii sau randamentului termic necorespunztor, depesc limita de curgere.Pentru calculul de rezisten la presiunea de contact sub aciunea sarcinilor de vrf, momentul Mc se nlocuiete cu momentul dinamic Md.Tabelul 7.5.Valorile efortului unitar efectiv de ncovoiereTreapta I Treapta II Treapta III Treapta IV Treapta VZ=15 Z=48 Z=19 Z=42 Z=21 Z=32 Z=28 Z=29 Z=30 Z=24 f1,486 1,438 1,148 1,317 1,183 s0,648 0,830 1,262 1,053 1,225y f3,35 2,33 3 2,44 2,85 2,5 2,6 2,59 2,6 2,7y1,13 1,3 1,32 1,3 1,22 ef [Mpa]62.60 90.00 60.03 73.81 48.56 55.36 41.56 41.72 35.16 33.86Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 119 -7.4.4.Verificarea la durabilitate a angrenajelorn afara unei rezisteneinsuficiente la sarcini nominale sau de vrf, scoaterea din funciune a angrenajelor n exploatare apare frecvent datorit depirii limitei de rezisten a materialului, provocat de sarcini periodice variabile. Durabilitatea angrenajelor estecaracterizatdecapacitateadefuncionarendelungatpnla atingerea valorilor maxime permise ale uzurilor i pn la apariia oboselii materialului.Pentru efectuarea calcului de durabilitate se consider c motorul dezvolt un moment mediu echivalent Mech, la o turaie medie echivalent ech.Momentul mediu echivalent se calculeaz cu relaia:t cvmedrmedechi MM (7.15)unde:- Mrmed:momentul mediu la roile motoare;- icvmed:raportul de transmitere mediu al cutiei de viteze;- t:randamentul mecanic al transmisiei.Pentru calculul momentului mediu la roile motoare se utilizeaz relaia:0ir GGFMr aaarrmed

,_

(7.16)unde:- 04 , 0

,_

medarGF:fora specific medie la roile motoare;- Ga:greutatea automobilului;- rr:raza de rulare a roii;- i0:raportul de transmitere al transmisiei principale.Raportul de transmitere mediu al cutiei de viteze icvmed se determin cu relaia:n kkkn kkcvk kcvmedii11 (7.17)unde:- k:timpul relativ de utilizare a treptei de viteze;- icvk:raportul de transmitere n treapta k de vitez;Tabelul 7.6.Valorile efortului unitar efectiv de ncovoiereTreapta I Treapta II Treapta III Treapta IV Treapta VZ=15 Z=48 Z=19 Z=42 Z=21 Z=32 Z=28 Z=29 Z=30 Z=24ym 8,57yfc 17,2 16,8 16,6 16,4 15,9y s0,820 0,825 0,830 0,87 0,791pefc [Mpa] 157,88 282,43 180,6 268,52 222,84 270,74 257,68 262,24 300,46 285,95Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 120 -- n :numrul de trepte ale cutiei de viteze.Turaia medie echivalent se calculeaz cu relaia:cvmedramedechi irv 0 (7.18)unde:-max45 , 0a amedv v :viteza medie de deplasare a automobilului.Numrulde solicitrila care este supus un dinte, pe durata exploatriintre dou reparaii capitale (considerat ca durabilitate necesar), se determin cu relaia:rtechri SN 21000 (7.19)unde:- :timpul relativ de utilizare a treptei respective;- S :spaiul parcurs de automobil ntre dou reparaii capitale;- it:raportul de transmitere de la roile motoare pn la angrenajul calculat;- rr:raza de rulare a roii.7.4.5.Calculul la solicitarea de oboseal la ncovoiereDeterminarea efortuluiunitar efectiv de ncovoiere la solicitarea de oboseal sedetermindinrelaia(7.9), prinnlocuireamomentului MccuMech it, Mechfiind determinat derelaia(7.16)i itraportul detransmiteredelamotor laangrenajul calculat.Eforturile unitare efective obinute la calculul la oboseal a danturii se compar cu efortul unitar la oboseal la ncovoiere dup ciclul pulsatorN, dat de relaia:061711102+

,_

NN (7.20)unde:- -1:efortul unitar pe ciclu simetric;- r10- r:efortul unitar de rupere;- N :numrul de cicluri pentru roata dinat care se calculeaz;Angrenajele verificate sunt considerate sunt considerate corespunztoare din punctul de vedere al rezistenei la oboseal dac este satisfcut inegalitatea:kNef (7.21)unde:- k : coeficientul desiguranlacalculul laoboseal; coeficientul k sepoate calcula cu relaia:Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 121 -dk c k (7.22)unde:- 25 , 1 dk:coeficient de dinamicitate;- c :coeficientul de siguran, se determin cu relaia: 2 1 3 2 1c c k k k c- k1:coeficient ce ine seama de concentraia sarcinii pe lungimea dintelui;- k2:coeficient care ine seama de sigurana necesar de funcionare;- k3:coeficient care ine seama de precizia metodelor de calcul;- ;21cc:coeficieni care in seama de precizia de prelucrare i de calitatea suprafeelor flancurilor dinilorn tabelul 7.7. sunt prezentate valorile efortului unitar efectiv de ncovoiere la solicitarea de oboseal la ncovoiere pentru fiecare treapt din cutia de viteze.7.4.6Calculul la oboseal la solicitarea de contactEfortul unitar efectiv de contact de contact, pefc, se determin, n acest caz cu relaia(7.14), undeforatangenialFt=Ft ech, careseiancalcul, corespunde momentului mediu echivalent, Mech, dezvoltat la o turaie medie echivalent ech.Valorileeforturilor unitareefectivedecontact pefccalculatenutrebuies depeascefortul unitar admisibil decontact pacpentruasigurareadurabilitii impuse.Efortul unitar admisibil la contact este dat de relaia:' cppNCac(7.23)unde:- pNc:efortul unitar de contact la oboseal, pentru un anumit numr de cicluri echivalente Nech;- c :coeficient de siguran;Efortul unitar de contact pentru calculul de oboseal se determin cu relaia:6echbNcNNH k p (7.24)Tabelul 7.7.Solicitarea de oboseal la ncovoiereTreapta I Treapta II Treapta III Treapta IV Treapta VZ=15 Z=48 Z=19 Z=42 Z=21 Z=32 Z=28 Z=29 Z=30 Z=24kni 1,028 0,822 0,822 0,806 0,881 efc [Mpa]98,1 89,1 75,41 58,53 51,06Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 122 -n cazul n care sunt cunoscute eforturile admisibile de contact, pacale oelurilor din care sunt executate roile dinate, pentru calculul la oboseal al flancurilor dinilor, aceste eforturi trebuie corectate cu ajutorul coeficientului durabilitii la solicitarea de contact knc,dat de relaia:6echbncNNk (7.25)unde:- Nb:numrul ciclurilor durabilitii de baz;- Nech:numrul de cicluri de solicitare corespunztoare durabilitii cerute.n tabelul 7.8. sunt prezentate valorile efortului unitar efectiv de ncovoiere la solicitarea de oboseal la contact pentru fiecare treapt din cutia de viteze.7.5.Calculul arborilor i calculul reciunilorArborii sunt solicitai latorsiunei lancovoieresubaciuneaforelor din organelesusinute(roi dinatei elementedecuplare) i organeledesusinere (lagre).Metodologiadecalcul al arborilor cutiilor devitezecuprindedeterminarea schemei de ncrcare a arborilor, calculul reaciunilor, calculul momentelor de torsiune i ncovoiere, determinarea mrimii seciunilor i verificarea la rigiditate. 7.5.1.Determinarea schemei de ncrcare a arborilor i calculul reaciunilorncrcrile arborilor cutiilor de viteze sunt determinate de forele din angrenarea roilor dinate susinute de arboriidin lagrele de montare n carterul cutiei. n figura 7.11. se prezint schema de ncrcare pentru arborii cutiei de viteze cu doi arbori, n cazul obinerii treptei k de vitez.Foreledinangrenaresedetermincurelaiile(7.5), (7.6), (7.7) i (7.8). innd seama de faptul c asupra arborilor acioneaz fore n planuri diferite, pentru uurarea calculelor, aceste fore se descompun n componente coninute n planul format de arborii mecanismuluireductor i n componente perpendiculare pe acest plan. Datorit faptului c la schimbarea treptelor de vitez se modific att forele, ct i poziia roilor active n raport cu reazemele, se schimb i reaciunile din lagre, motivpentrucareseimpunedeterminarealor princuplareafiecreiadintreptele cutiei de viteze.Tabelul 7.8.Solicitarea de oboseal la contactTreapta I Treapta II Treapta III Treapta IV Treapta VZ=15 Z=48 Z=19 Z=42 Z=21 Z=32 Z=28 Z=29 Z=30 Z=24knc 2 1,430 1,214 1,388 1,588 efc [Mpa]53,337 61,031 75,281 87,69 96,603Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 123 -Fig.7.11.Scheme de ncrcare a arborilor din cutiile de vitezeDac se consider arborii n echilibru static sub aciunea forelor din modelul mecanic din figura 7.11., pentru calculul reaciunilor din lagrele cutiei de viteze se recomand relaiile de calcul din tabelul 7.6.7.5.2.Dimensionarea arborilor la rezistenCunoscndforelecaresolicitarborii i puncteledelor deaplicaie, se determin pentru fiecare treapt de vitez valorile momentului de ncovoiere Mi i de torsiune Mt.Momentul ncovoietor echivalent, calculat dup teoria a III-a de rupere (ipoteza efortului tangenial maxim):2 2t i echM M M + (7.26)Diametrul arborelui n seciunea calculat se determin cu relaia:332echechMd (7.27)unde:- a ech:efortul unitar echivalent admisibil.La calculul arborilor se stabilesc momentele Mi i Mt pentru fiecare treapt de vitez, lundu-se n consideraie situaia cea mai dezavantajoas.n scopul asigurrii unei rigiditi suficiente, efortul unitar admisibil se adopt n funcie de efortul corespunztor limitei de elasticitate n relaia /ai=57.Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 124 -n tabelele 7.9. i7.10 sunt prezentate valorile momentelor ia diametrelor arborilor obinute pentru fiecare treapt de vitez.Tabelul 7.6.Relaii pentru calculul reaciunilor din lagrele cutiilor de vitezArbore Schema de ncrcare a arboreluiRelaii pentru calculul reaciunilor XPrimar la cutii de viteze cu doi arboriak BF X ; 12L l FYtkA11L l FYtkB;12Lr F l FZk ak rkA + 11Lr F l FZk ak rkB Secundar la cutii de viteze cu doi arboriak a DF F X ; ( )23 2 5Ll l F l FYt rcC+ 23 4Ll F l FYt tcD ( )23 2 5Lr F l l F r F l FZdm a r k ak rkC + + 23 4Lr F l F r F l FZdm a r k ak rkD + + Tabelul 7.7.Forele din angrenaje pentru arborele primarl1i[mm]l2i[mm]ri[mm]Fti[N]Fri[N]Fai[N]Za[N]Zb[N]Ya[N]Yb[N]I 20 197 18.62 9361,44 3623,73 3405,41 8498 23.85 3336,22 102,78II 88 129 24.73 7155,99 2770,01 2603,13 4254,02 813.35 3050.65 2389.68III 111 106 32.67 5625,35 2276,50 2742,06 2747,78 950.74 1808.88 2309.21IV 179 38 41.21 4537,43 1756,4 1650,58 794,57 1086.95 274.54 2989.46V 18 214 45.71 4012,04 1573,95 1620,06 -573.15 2850.74 2714.66 228.34Tabelul 7.8.Forele din angrenaje pentru arborele secundarl1i[mm]l2i[mm]ri[mm]Fti'[N]Fri'[N]Fai'[N]Zc[N]Zd[N]Yc[N]Yd[N]I 20 197 65.18 6429.01 5733.33 5733.33 19145.3 1343.53 -15671.66 -954.62II 88 129 24.73 7580.33 4907.54. 3887.89 1442.67 1576.88 -11558.32 1365.68III 111 106 51.13 1182.09 3316.37 2627.38 9652.83 1846.42 -7743.14 1639.67IV 179 38 42.59 1660.00 2240.54 1775.14 7677.54 1739.00 -5968.61 2551.85V 18 214 38.09 2448.00 1900.14 1505.68 6607.72 557.28 -2367.26 -100.24Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 125 -n figurile 7.12,, 7.16. sunt prezentate diagramele de momente pentru arborele primar, iar n figurile 7.17.,, 7.21. sunt prezentate diagramele de momente pentru arborele secundar al cutiei de viteze.a)plan orizontal b)plan verticalFig.7.12.Diagramele de momente pentru arborele primar corespunztor treptei ntiTabelul 7.9.Momentele ncovoietoare pentru arborele primarMivmax[Nm]Mhmax[Nm]Mti[Nm]Mech[Nm]d[mm]Mi[Nm]I 88178.07 119094.9 144660 207088.1 20.36 148185.6II 163936 286761.1 144660 360601.5 24.49 330313.4III 144913.6 217065.5 144660 298402.3 22.99 260993.1IV 29515.11 53810.24 144660 157140.7 18.57 61373.32V 19773.67 -52974 144660 155318.2 18.50 56544.17Tabelul 7.10.Momentele ncovoietoare pentru arborele secundarMivmax[Nm]Mhmax[Nm]Mti[Nm]Mech[Nm]d[mm]Mi[Nm]I 63549.69 -554545 516436.2 760437.8 31.40 558174.9II 176559.9 -606161 338504.4 716372.6 30.78 631351.3III 189169.5 -349360 221329.8 454779.6 26.46 397287.8IV 98170.44 -56991.1 144660 183880.2 19.56 113513.9V 46829.58 1216734 117753.2 1223316 36.80 1217635Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 126 -a)plan orizontal b)plan verticalFig.7.13.Diagramele de momente pentru arborele primar corespunztor treptei a douaa)plan orizontal b)plan verticalFig.7.14.Diagramele de momente pentru arborele primar corespunztor treptei a treiaCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 127 -a)plan orizontal b)plan verticalFig.7.15.Diagramele de momente pentru arborele primar corespunztor treptei a patraa)plan orizontal b)plan verticalFig.7.15.Diagramele de momente pentru arborele primar corespunztor treptei a cinceaCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 128 -a)plan orizontal b)plan verticalFig.7.16.Diagramele de momente pentru arborele secundar corespunztor pimei treptea)plan orizontal b)plan verticalFig.7.17.Diagramele de momente pentru arborele secundar corespunztor treptei a douaCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 129 -a)plan orizontal b)plan verticalFig.7.18.Diagramele de momente pentru arborele secundar corespunztor treptei a treiaa)plan orizontal b)plan verticalFig.7.19.Diagramele de momente pentru arborele secundar corespunztor treptei a patraCapitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 130 -a)plan orizontal b)plan verticalFig.7.20.Diagramele de momente pentru arborele secundar corespunztor treptei a cinceaPentruarborelesecundar adopt conformSTAS1769-68caneluri cuprofil dreptunghiular serie mijlocie cu urmtoarele caracteristici geometrice:numr de caneluri: z=8;diametrul interior: d=42mm;diametrul exterior: D=48mm.Diametrele arborilor se vor alege constructiv respectnd diametrul minim calculat.7.5.3. Verificarea rigiditiiSolicitrilede ncovoiere ide rsucire ale arborilor determinapariia unor deformaii elastice, careconduclasuprasolicitri aledinilor roilor nangrenare, modific legile angrenrii i reduc gradul de acoperire.n cazul unor deformaii mari ale arborilor, polul angrenrii execut o micare oscilatorienjurul unei poziii teoretice, determinnd, pentruarborelecondus, o micare de rotaie neuniform i o funcionare zgomotoas pentru cutia de viteze.Din aceste considerente, dup dimensionarea arborilor din condiia de rezisten la solicitri compuse (torsiune i ncovoiere) se face i verificarea rigiditii (calculul deformaiilor). Pentrucalculul sgeii arborilor seconsiderarborelede seciune constant, ncrcat cu o singur for. Folosind relaiile de calcul din tabelul 7.7., se pot determina sgeile n plan orizontal, fy, i n plan vertical fz. n cazul n careasupraarborelui acioneazsimultanmai multefore, sgeatarezultant, n seciunea i n planul considerat, este dat de suma algebric a sgeilor ce apar sub aciunea forelor luate individual.Cunoscnd valoarea sgeii n plan orizontal i vertical se determin sgeata rezultant cu relaia:Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 131 -max2 2max a z yf f f f + (7.28)unde:- mm fa15 , 0 ... 13 , 0max:sgeata maxim admisibil pentru treptele superioare;- mm fa25 , 0 ... 15 , 0max:sgeata maxim admisibil pentru treptele inferioare.Tabelul 7.11.Relaii pentru calculul deformaiilor arborilor solicitai la ncovoiereSchema grinzii i sarciniiFormula fibrei medii deformate. Sgeata n dreptul sarciniiPoriunea( ) x b x l xI Eb Fy + 3 2 26( ) ( )1]1

+ + 3 2 236a x b ll x blx bI EFyI E b a Fy 312 21De la A la 1De la 1 la Bn punctul 1( ) ( )1]1

++ ll x a lx l alx aI EFy36

,_

xlxI El a Fy226( )I Ea l a Fy + 321De la A la 1De la 1 la Bn punctul 1( )1]1

+ l l xlxx lI EMy3 33 6

,_

226 lxx lI EMy( ) a lI Ea My + 3 261De la A la 1De la 1 la Bn punctul 11]1

,_

xlal alxI EMy2 33223 2( )1]1

,_

xlal a a xxI EMy2233223 201 yDe la A la 1De la 1 la Bn punctul 1Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 132 -n tabelul 7.12. i 7.13. sunt prezentate valorile sgeilor calculate pentru arborele principal, respectiv pentru arborele secundar.Sau utilizat notaiile:- fy:sgeata pe direcia axei Oy;- fz:sgeata pe direcia axei Oz;- f :sgeata rezultant;- fytr, fztr, ftr:sgeile arborelui secundar datorate transmisiei principale.7.6.Calculul de alegere a lagrelor cutiei de vitezen majoritatea cazurilor lagrele cutiilor de viteze sunt lagre de rostogolire. n calculul dedeterminarearulmenilor seineseamadecaracterul sarcinilor, de condiiile de montaj i de durata de funcionare.Dependena dintre aceste mrimi este dat de relaia:peD F C (7.29)unde:- C :capacitatea de ncrcare dinamic necesar a rulmentului;- D :durabilitatea necesar rulmentului;- Fe:fora echivalent medie;- p : exponent ceinecont detipul rulmentului (p=3, pentrurulmeni cubile; p=10/3, pentru rulmeni cu role).Durabilitateanecesararulmentului, egalpentrutoatelagrelecutiei de viteze, se d n kilometrii parcuri. Pentru obinerea durabilitii n milioane de rotaii se utilizeaz relaia:Tabelul 7.12.Sgeile pentru arborele primarI[mm4]fy[mm]fz[mm]f[mm]I 16863.73 0.04 0.01 0.04II 35327.81 0.15 0.07 0.16III 27446.24 0.14 0.08 0.16IV 11671.63 0.03 0.01 0.03V 11491.5 0.03 0.03 0.04 Tabelul 7.13.Sgeile pentru arborele secundarI[mm4]fy[mm]fz[mm]f[mm]fytr[mm]fztr[mm]ftr[mm]Itr[mm4]I 613592.3 0.00209 0.00045 0.00216 0.00118 0.00112 0.00246 834785.6II 613592.3 0.00536 0.00282 0.00810 0.00243 0.00074 0.00161 834785.6III 613592.3 0.00640 0.00142 0.00620 0.00095 0.00048 0.00105 834785.6IV 613592.3 0.00050 0.00025 0.00154 0.00081 0.00031 0.00069 834785.6V 613592.3 0.00050 0.00050 0.00068 0.00064 0.00028 0.00060 834785.6Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 133 -ii iDrDmed cvr0410 21 (7.30)unde:- icv med:raportul de transmitere mediu al cutiei;- D :durabilitatea necesar a rulmentului;- i0:raportul de transmitere al punii motoare;- i :raportul de transmitere de la motor la arborele al crui lagr se calculeaz- rr:raza de rulare a roii motoare.La determinarea forei echivalente medii Fe se ine seama de forele axiale i radiale ce apar n lagre n fiecare treapt a cutieide viteze. Ea se determin cu relaia:( )pn kk echk kpk eF F 1 (7.31)unde:- Fk:fora echivalent corespunztoare treptei k de vitez;- k:timpul relativ de utilizare a treptei k de vitez;- ech:viteza unghiular echivalent a motorului.Fora Fk se determin cu relaia:K k kx Y R V X F + (7.31)unde:- 2 2k k Ky z R + :fora radial din lagr, corespunztoare treptei k de viteze;- zk, yk:reaciunile din lagr;- xk:fora axial din lagr;- X :coeficientul de transformare a sarcinii locale Rk n sarcin circumferenial;- X :coeficientul de transformare a sarcinii axiale n sarcin radial- V :coeficientul de rotaie.Coeficienii Xi Ysealegdincataloagelederulmeni, nfunciedetipul rulmentului i de ncrcarea lagrului.Valorile forelor radiale sunt date n tabelul 7.14.Tabelul 7.14.Forele radiale din lagreRa[N]Rb[N]Rc[N]Rd[N]I 740.049 7965.783 3830.023 6005.146II 1752.611 2247.95 5384.297 1763.211III 2576.522 1832.73 4038.409 2545.041IV 1409.629 213.4172 5946.481 426.7442V 260.2251 3278.582 5220.62 3260.421Capitolul 7.Calculul i construcia cutiei de viteze- 134 -n tabelul 7.15. sunt prezentate valorile pentru capacitile de ncrcare corespunztoare fiecrui lagr n parte.Pentru arborele primar al cutiei de viteze adopt:- conform STAS 3043/1-68 rulment radial cu role cilindrice pe un rnd simbol NU305 cu urmtoarele caracteristici:D=62mm;d=25mm;B=17mm;C=2600 daN;C0=1500 daN.- conform STAS 3041/1-68 rulment radial cu bile pe un rnd cu cale de rulare adnc simbol 6305 cu urmtoarele caracteristici:D=62mm;d=25mm;B=17mm;C=1760 daN;C0=1160 daN.Pentru arborele secundar al cutiei de viteze adopt:- conform STAS 3043/1-68 rulment radial cu role cilindrice pe un rnd simbol NU310 cu urmtoarele caracteristici:D=110mm;d=50mm;B=27mm;C=8500 daN;C0=5600 daN.- conform STAS 3041/1-68 rulment radial cu bile pe un rnd cu cale de rulare adnc simbol 6408 cu urmtoarele caracteristici:D=110mm;d=40mm;B=27mm;C=5000 daN;C0=3750 daN.Tabelul 7.15.Capacitile necesare rulmentilorp Fe D CA 3.33 10366.42 54.5255 2440,377B 3 22349.96 54.5255 1520,124C 3.33 18177.72 66.98464 5400.053D 3 10519.26 66.98464 3272.123