1. Generalităţi

Roţile automobilului, în funcţie de natura şi de mărimea forţelor şi momentelor care acţionează asupra lor, pot fi:

- roţi motoare (antrenate): sunt roţile care rulează sub acţiunea fluxului de putere primit prin intermediul transmisiei de la motorul automobilului

- roţi libere (conduse): sunt roţile care rulează sub acţiunea unei forţe de împingere sau tragere, de acelaşi sens cu sensul vitezei de deplasare a automobilului

- roti frânate: sunt roţile care rulează sub acţiunea unui moment de frânare dezvoltat în mecanismele de frânare ale roţilor (frânare activă), sau de către grupul motopropulsor în regim de mers antrenat (frâna de motor)

Pentru autoturisme, prevăzute cu două punţi, organizarea tracţiunii se poate realiza după soluţiile 4x2 sau 4x4, prima cifra indicând numărul roţilor, iar cea de-a doua, pe cel al roţilor motoare. Pentru organizarea tracţiunii de tipul 4x2, puntea motoare poate fi dispusă în faţă (Fig.1a) sau în spate (Fig.1b), iar pentru tipul 4x4 ambele punţi sunt cu roţi motoare (Fig.2).

a. b.Fig.1. Organizarea tracţiunii de tipul 4x2

Fig.2. Organizarea tracţiunii de tipul 4x4

Punţile motoare, faţă de cele nemotoare, asigură transferul fluxului de putere pentru autopropulsare, funcţie de modul de organizare a tracţiunii, de la arborele secundar al cutiei de viteze sau de la transmisia longitudinală, la roţile motoare. De-a lungul acestui transfer, fluxul de putere suferă o serie de adaptări:

- adaptare geometrică determinată de poziţia relativă dintre planul în care se roteşte arborele cotit al motorului şi planul în care se rotesc roţile motoare

- adaptare cinematică determinată de asigurarea rapoartelor de transmitere necesare transmisiei automobilului

- divizarea fluxului de putere primit în două ramuri, câte unul transmis fiecarei din roţile motoare ale punţii

Pentru transmiterea fluxului de putere al motorului, puntea motoare cuprinde următoarele mecanisme: transmisia principală (transmisia centrală), diferenţialul şi transmisiile la roţile motoare (arborii planetari şi butucul roţii)

1 - arbore cardanic2 - cuplaj cu caneluri3 - carcasa diferenţialului unei punţi4 - arbore planetar5 - cuplaj arbore planetar dinspre diferenţial6 - cuplaj  arbore planetar dinspre roată.

Fig.3. Elementele unei transmisii la puntea spate motoare

În procesul autopropulsării, din interacţiunea roţilor motoare cu calea, iau naştere forţe şi momente de reacţiune (Fig.4). Puntea are rolul de a prelua toate aceste forţe şi momente şi de a le transmite elementelor elastice ale suspensiei şi cadrului sau caroseriei automobilului.

Preluarea forţelor şi a momentelor, precum şi transmiterea lor după direcţii rigide cadrului sau caroseriei automobilului, se face de un ansamblu constructiv al  punţii, numit mecanismul de ghidare al rotilor. După tipul mecanismului de ghidare, punţile motoare pot fi punţi rigide sau punţi articulate.

2. Variante constructive de punţi motoare

2.1 Varinte constructive de punţi din faţă

2.1.1 Construcţia unei punţi motoare rigide

2.1.2 Construcţia unei punţi motoare articulate

2.2 Variante constructive de punţi din spate

2.2.1 Construcţia punţilor motoare rigide

2.2.2 Construcţia şi schema cinematică al unei punţi motoare articulate cu oscilaţia independentă a roţilor în plan vertical

2.2.3 Construcţia şi schema cinematică al unei punţi motoareartuculate cu oscilaţia a roţilor în plan longitudinal

2.2.4 Construcţia şi schema cinematică al unei punţi motoare articulate cu oscilaţia a roţilor în plan diagonal (longitudinal şi transversal)

2.3 Soluţia adoptată – Punţi spate motoare cu roţi independente

3. Mecanismele punţii motoare

3.1 Transmisia centrală

Transmisia centrală are rolul principal de a schimba direcţia mişcării cu 90o pentru a se putea antrena roţile. De asemenea în transmisia centrală se produce şi o demultiplicare a turaţiei şi o amplificare a cuplului. Transmisia centrală este formată, la construcţiile clasice, unde motorul este dispus longitudinal, dintr-un angrenaj conic şi se mai numeşte „grupul conic". 

În figura 5  sunt prezentate două variante de angrenare ale transmisiei centrale şi anume varianta cu axe concurente (a) şi varianta cu axe neconcurente (deplasate) (b). A doua variantă, numită şi „angrenaj hipoid" se utilizează la acele construcţii unde se doreşte o funcţionare silenţioasă a angrenajului. De asemenea acest tip de angrenare poate suporta o sarcină mai mare deoarece diametrul şi lăţimea dinţilor sunt mai mari. Dacă luăm în

considerare faptul că pinionul de atac împreună cu arborele cardanic care îl antrenează sunt plasaţi mai jos, atunci şi stabilitatea autovehiculului se îmbunătăţeşte datorită

Fig.5. Grupuri conice cu şi fără axe concurente

coborârii centrului de greutate. Coroana dinţată antrenează carcasa diferenţialului şi din acest motiv se numeşte „coroana diferenţialului".

La autovehiculele la care motorul este amplasat transversal (majoritatea autoturismelor) nu este nevoie de schimbarea direcţiei mişcării cu 90o şi din acest motiv transmisia centrală este formată din două roţi dinţate cilindrice.  La angrenajele conice există mai multe tipuri de danturi care au diverse avantaje: silenţiozitate, portanţă mai mare, tehnologie mai ieftină sau altele. Grupul conic este prelucrat cu dantură cu dinţi curbi. Curbura dinţilor se poate realiza în: arc de cerc, arc de epicicloidă (eloidă), arc de evolventă (paloidă), arc de spirală.

Dantura în arc de cerc: Arcul de cerc poate avea unghiul zero (fig.6.b) sau diferit de zero: 25o... 45o (fig.6.a). Dantura cu unghiul zero nu induce forţe axiale, are rezistenţă ridicată, permite rectificarea dar este zgomotoasă. Scula are formă de disc cu mai multe cuţite (fig.6.c) descrie, în mişcarea ei de rotaţie, flancul dintelui de rază rc având centrul pe circumferinţa cercului de rază r având centrul în punctul O al roţii plane imaginare.

Dantura în arc de epicicloidă (eloidă): Dantura este generată, principial, de un punct A situat în exterior şi legat de cercul de rază r care se rostogoleşte peste un cerc fix de rază rb (fig.7). Forma dintelui se obţine în urma unei rostogoliri cu divizare continuă, capul portcuţit (considerat ca o parte a roţii plane imaginare) rostogolindu-se pe semifabricat cu o mişcare de rotaţie (a) în sens opus cu cea a piesei (b).

Fig.7. Dantură în arc de epicicloidă

Fig.6. Dantură în arc de cerc

Un caz particular al danturii eloide este dantura tip Fiat (fig.8) la care flancul dintelui se prelucrează după o epicicloidă alungită. Cuţitele sunt amplasate pe suprafaţa frontală a capului portcuţit după o spirală. Aşchierea se produce în mod continuu astfel că la o rotaţie a capului de frezare se prelucrează complet golul dintre doi dinţi.

Fig.8. Dantura tip Fiat Fig.9. Dantura în arc de evolventă

Dantura în arc de evolventă (paloidă): Forma teoretică a curbei constituie traiectoria unui punct A de pe dreapta g care se roteşte pe cercul de rază r (fig.9). Dantura se realizează cu o freză melc, conică, prin metoda rulării, dinţii au înălţime constantă. Productivitate ridicată dar precizia nu foarte bună. 

3.2 Diferenţialul În timpul deplasării în viraje roţile unei punţi se deplasează pe cercuri cu raze diferite. Din acest motiv drumul parcurs de roata din exteriorul curbei este mai lung decât drumul parcurs de roata din interiorul curbei (fig.10).La punţile motoare cele două roţi sunt legate între ele. Dacă ar fi legate printr-un arbore rigid atunci, cu siguranţă, una din cele două roţi ar patina sau ar aluneca adică ar pierde aderenţa.Pentru a anula acest fenomen s-a inventat un mecanism numit „diferenţial" şi care compensează diferenţele de viteze dintre roţi şi le transmite cuplul motor în proporţii egale.

Diferenţialul este antrenat de către transmisia centrală (pinionul de atac antrenează coroana diferenţialului şi aceasta, la rândul ei, antrenează suportul sateliţilor).

Fig.10

Suportul sateliţilor este un ax fixat în carcasa diferenţialului. La mers rectiliniu sateliţii acţionează ca două pene şi împing pinioanele planetare cu turaţii egale (odată cu acestea arborii planetari şi roţile). În acestă situaţie sateliţii nu au mişcare de rotaţie în jurul propriilor lor axe dar au o mişcare de rostogolire în jurul axei planetare (axă care trece prin centrul pinioanelor planetareşi implicit prin centrul coroanei diferenţialului).

La executarea unui viraj roţile şi pinioanele planetare au turaţii diferite şi acest fapt duce la rotaţia sateliţilor în jurul propriilor lor axe. Evident că mişcarea de

rostogolire a sateloţilor se menţine datorită antrenării suportului acestora de către coroana diferenţialului.

La construcţiile clasice, la care sateliţii şi pinioanele planetare sunt roţi dinţate conice dantura acestora este o dantură cu dinţi drepţi. Dantura dreaptă lucrează cu randamente mici şi cu frecări mari deci şi cu uzuri mari. Uzurile sunt mari şi datorită faptului că sateliţii nu se învârt pe rulmenţi şi au frecări destul de mari faţă de axul

lor şi faţă de carcasa diferenţialului pe care se sprijină, deoarece rotirea sateliţilor se face numai la viraje iar turaţia acestora este mică. În această situaţie sateliţii se învârt în jurul propriilor lor axe şi atunci când autovehicului merge rectiliniu.

3.3 Arborii planetari

Au la un capăt pinioanele planetare iar la celălalt capăt roţile şi deci transmit mişcarea de la diferenţial la roţi.

Clasificarea arborilor planetari se face după solicitările la care sunt supuşi. Solicitările arborilor planetari depind de modul de montare al capătului lor exterior în carterul punţii motoare. În funcţie de modul de montare al arborilor planetari în carterul

punţii motoare ei pot fi total descărcaţi, parţial încărcaţi sau total încărcaţi de momentul încovoietor.

Arborii planetari total descărcaţi sunt solicitaţi numai la torsiune. În acest caz, butucul roţii motoare, prin intermediul a doi rulmenţi conici se montează pe trompa carterului punţii motoare. Solicitarea la încovoiere este preluată astfel de carterul punţii motoare, arborele planetar preluând numai momentul motor care îl solicită la torsiune. Arborii planetari total descărcaţi se utilizează la autocamioane şi autobuze.

Arborii planetarii parţial încărcaţi se montează printr-un singur rulment dispus între butucul roţii si carterul punţii motoare. Aceşti arbori sunt solicitaţi la torsiune şi parţial la încovoiere. Momentul încovoietor dat de această forţă este preluat atât de arborele planetar cât şi de carterul punţii motoare. Momentele încovoietoare ale fortelor sunt preluate de carter dacă roata se află în acelaşi plan cu rulmetul în caz contrar momentele sunt preluate parţial şi de arborele planetar. Aceasta soluţie se utilizează la autoturisme şi la autocamioane uşoare.

Arborii planetarii total încărcaţi se sprijină printr-un singur rulment montat între arbore şi carterul punţii motoare. Acesti arbori sunt solicitaţi atât la torsiune cât şi la încovoiere. Soluţia se utilizează în special la autoturisme. De regulă arborii planetari din această categorie sunt rigizi.Pentru punţile articulate (suspensie independentă) şi arborii planetari sunt articulaţi.

Cuprins

1. Genaralităţi2. Variante constructive de punţi motoare

2.1 Varinte constructive de punţi din faţă2.1.1 Construcţia unei punţi motoare rigide2.1.2 Construcţia unei punţi motoare articulate

2.2 Variante constructive de punţi din spate2.2.1 Construcţia punţilor motoare rigide2.2.2 Construcţia şi schema cinematică al unei punţi motoare articulate cu oscilaţia independentă a roţilor în plan vertical2.2.3 Construcţia şi schema cinematică al unei punţi motoare articulate cu oscilaţia independentă a roţilor în plan longitudinal2.2.4 Construcţia şi schema cinematică al unei punţi motoare articulate cu oscilaţia a roţilor în plan diagonal (longitudinal şi transversal)

2.3 Soluţia adoptată – Punţi spate motoare cu roţi independente3. Mecanismele punţii motoare

3.1 Transmisia centrală3.2 Diferenţialul3.3 Arborii planetari

4. Calculul punţii motoare4.1 Calculul transmisiei principale

4.1.1 Dimensionarea angrenajului conic cu dinti inclinati sau curbi4.1.2. Calculul fortelor din angrenaje4.1.3. Verificarea danturii la incovoiere4.1.4. Verificarea danturii la oboseala4.1.5. Verificarea danturii la presiune de contact

4.2 Calculul diferenţialului4.2.1 Dimensionarea angrenajului conic cu dinti drepti4.2.2. Calculul fortelor din angrenaje4.2.3. Verificarea danturii la incovoiere4.2.4. Verificarea danturii la oboseala4.2.5. Verificarea danturii la presiune de contact

4.3 Calculul arborii planetari5. Desen de ansamblu

Bibliografie:

1. M. Untaru: Calculul şi construcţia automobilelor2. Gh. Frăţilă: Calculul şi constucţia automobilelor