cutia de viteze

14
11.5. Cutia de viteze Cutia de viteze este plasată între ambreiaj şi transmisia finală. Are mai multe roluri: Modifică cuplul generat de motor şi îl transmite spre roţile motoare; Modifică şi transmite spre roţile motoare turaţia motorului; Face posibilă funcţionarea motorului chiar dacă autovehiculul nu se deplasează; Permite deplasarea în spate a autovehiculului (mersul înapoi). 11.5.1. Cutiile de viteze cu arbori ficşi şi comandă manuală Cele mai întâlnite variante de cutii de viteze sunt cu doi sau trei arbori. Din punct de vedere al construcţiei cutiile se împart în cutii cu comandă manuală, cu comandă automată sau cutii automate planetare.

Upload: dragoseduard

Post on 03-Aug-2015

386 views

Category:

Documents


13 download

TRANSCRIPT

Page 1: Cutia de Viteze

 

11.5. Cutia de viteze Cutia de viteze este plasată între ambreiaj şi transmisia finală. Are mai multe roluri:

Modifică cuplul generat de motor şi îl transmite spre roţile motoare; Modifică şi transmite spre roţile motoare turaţia motorului; Face posibilă funcţionarea motorului chiar dacă autovehiculul nu se deplasează; Permite deplasarea în spate a autovehiculului (mersul înapoi).

 

11.5.1. Cutiile de viteze cu arbori ficşi şi comandă manuală

Cele mai întâlnite variante de cutii de viteze sunt cu doi sau trei arbori.Din punct de vedere al construcţiei cutiile se împart în cutii cu comandă manuală, cu comandă automată sau cutii automate planetare. 

  

Fig.11.12. Cutie de viteze cu trei arbori Componenţa unei cutii de viteze cu trei arbori se poate vedea în figura 11.12 în care: 

Page 2: Cutia de Viteze

1. carcasa 2. roată dinţată de pe arborele intermediar (aparţine angrenajului permanent

format de roţile dinţate 2 şi 10) 3. inel sincronizator 4. manşon 5. arbore primar 6. manşetă de etanşare 7. arbore secundar 8. capac faţă 9. aerisitor 10. pinion al arborelui primar (aparţine angrenajului permanent) 11. corp cuplare treapta IV 12. furca de cuplare treptele III - IV 13. corp de cuplare şi pinion treapta III 14. corp de cuplare şi pinion treapta II 15. inel de cuplare treptele I - II 16. furcă de cuplare treptele I - II 17. corp de cuplare şi pinion treapta I 18. roată mers înapoi 19. element de protecţie levier de comandă 20. burduf cauciuc levier de comandă 21. levier de comandă 22. şaibă fixare element de protecţie 23. roată dinţată vitezometru 24. flanşă cu braţe de ieşire 25. element de centrare 26. protecţie 27. piuliţă flanşă de ieşire 28. pinion vitezometru 29. capac spate 30. tijă de comandă 31. antrenor (furcă mers înapoi) 32. ax pinion intermediar mers înapoi 33. roată intermediară mers înapoi 34. pinion mers înapoi 35. roată treapta I 36. dop magnetic de golire 37. manşon de cuplare treptele I - II 38. capac inferior 39. pinion treapta II 40. pinion treapta III 41. inel de cuplare treptele III - IV 42. manşon cuplare treptele III - IV 43. arbore intermediar.

  Acest tip de cutie (fig. 11.12) are patru trepte de mers înainte şi o treaptă de mers înapoi. Treapta a IV-a nu trece prin nici un angrenaj, raportul de transmitere este 1 şi din acest motiv se mai numeşte „priză directă". Cuplarea se face prin „legarea" arborelui primar de arborele secundar (adică legarea arborelui de intrare de arborele de ieşire).

Page 3: Cutia de Viteze

 Raportul de transmitere reprezintă raportul dintre turaţia de intrare şi turaţia de ieşire i=n1/n2. De asemenea este raportul dintre numerele de dinţi ai roţii dinţate de ieşire şi a roţii dinţate de intrare: i=z2/z1. Majoritatea cutiilor de viteze au raporturi de transmitere subunitare şi una sau două trepte de viteză cu raport de transmitere supraunitar (de exemplu treptele 5 şi 6). Aceste trepte de viteză favorizează obţinerea de viteze ridicate la turaţii mai reduse ale motorului şi astfel o considerabilă reducere de consum de combustibil cât şi reducerea emisiilor poluante.Motorul funcţionează între turaţia de mers în gol şi turaţia maximă, domeniu în care dezvoltă cuplul (momentul motor) corespunzător fiecărei turaţii. Pentru tracţiune motorul trebuie să funcţioneze într-o zonă dintre turaţia cuplului maxim şi turaţia puterii maxime. Cu ajutorul cutiei de viteze se poate obţine la roţile motoare o anumită pereche turaţie-cuplu necesară obţinerii vitezei dorite la o sarcină anumită. Selectarea treptei de viteză (a raportului de transmitere) se face manual de către conducătorul autovehiculului sau automat. 

11.5.2. Cutiile de viteze automate

Cutiile de viteze cu comandă automată pot fi cu arbori ficşi sau cutii de viteze planetare. 

11.5.2.1. Cutia de viteze semiautomată

Fluxul de putere este întrerupt de către un ambreiaj automat ( de exemplu ACS - Automatic clutch system) iar treapta de viteză este selectată manual de către conducătorul autovehiculului. 

11.5.2.2. Cutiile de viteze manuale automate

Aceste cutii de viteze sunt cutii clasice la care schimbarea treptelor şi acţionarea ambreiajului se fac automat cu ajutorul unor actuatori electrohidraulici. Selectarea treptelor se poate realiza şi manual prin acţionarea levierului (cutiile tiptronic - VW, cutiile multimodale - Toyota) sau a manetelor de la volan. Pentru selectarea unei anumite trepte de viteză se iau în considerare mai mulţi factori:

Turaţia (viteza de circulaţie); Poziţia manetei selectorului; Poziţia pedalei de acceleraţie; Tendinţa de accelerare sau decelerare; Panta sau rampa drumului; Datele înmagazinate în calculatorul de bord.

 Etapele schimbării treptei de viteză sunt clar remarcate şi anume:

Decuplarea ambreiajului şi reducerea turaţiei motorului; Schimbarea treptei; Cuplarea ambreiajului şi creşterea sau nu a turaţiei motorului.

Page 4: Cutia de Viteze

  

11.5.2.3. Cutiile de viteze DSG (direct-shift gearbox)

Sunt cutii de viteze manuale dar care au un ambreiaj dublu. Numai un singur ambreiaj este cuplat pentru a transmite mişcarea de la motor la cutia de viteze la o anumită treaptă de viteză. Celălalt ambreiaj este decuplat dar cutia de viteze are selectată treapta la care trebuie să fie realizată schimbarea. La momentul schimbării primul ambreiaj se decuplează şi simultan se cuplează celălalt ambreiaj. Senzaţia este aceea că fluxul de putere nu se întrerupe. Practic întreruperea este atât de scurtă (circa 0,03 secunde) încât devine insesizabilă. Selectarea treptei în avans se realizează pe baza datelor din memoria calculatorului de bord, a poziţiei pedalei de acceleraţie, tendinţei de accelerare sau decelerare şi a altor factori. Acţionarea este realizată complet automat de către actuatori electromagnetici. 

   Fig. 11.13. Schema cutiei de viteze DSG

 În figura 11.13 se prezintă schema unei cutii de viteze DSG. 1,2... 6 sunt treptele de viteze. 

Sincronizatorul

Page 5: Cutia de Viteze

La toate cutiile de viteze prezentate până acum se utilizează un ansamblu numit sincronizator. Acesta are rolul de a uşura cuplarea diferitelor trepte de viteză astfel încât schimbarea treptelor să se realizeze fără zgomote şi fără şocuri. Principiul este acela de a aduce turaţia inelului de cuplare la aceeaşi valoare cu a roţii dinţate care urmează să fie cuplată. Uniformizarea se face prin fricţiune. 

 Fig. 11.14. Ansamblu sincronizator În figura 11.14 sunt prezentate elementele componente ale unui sincronizator.Roata dinţată are două danturi: dantura de angrenare şi dantura de cuplare. Prima, după cum este denumită, angrenează cu roata dinţată conjugată iar cea de a doua angrenează cu inelul de cuplare. Inelul de cuplare culisează peste corpul de cuplare astfel încât dantura sa interioară poate să fie în contact atât cu dantura corpului de cuplare cât şi cu dantura de cuplare a roţii dinţate. Roata dinţată nu este solidară cu arborele ci se roteşte liber pe o colivie cu ace. Corpul de cuplare este montat pe arbore prin intermediul canelurilor (este solidar cu arborele). Atunci când inelul de cuplare culisează spre dantura de cuplare întâlneşte în calea sa inelul sincronizator. Acesta are o suprafaţă conică care intră în fricţiune cu zona conică a roţii dinţate aducând-o pe aceasta la turaţia arborelui şi astfel uşurând angrenarea dintre inelul de cuplare şi dantura de cuplare a roţii dinţate. În urma acestui proces roata dinţată devine şi ea solidară cu arborele şi astfel poate transmite mişcarea de rotaţie.Inelul de cuplare stă în poziţia neutră angrenând numai cu corpul de cuplare. Când se doreşte cuplarea unei viteze acesta (inelul de cuplare) este împins spre roata dinţată a cărei angrenare este necesară. Împingerea este realizată de la maneta schimbătorului de viteze sau, la cutiile automate, de către actuatori. Este evident faptul că atunci când maneta este în poziţia neutră (nu este selectată nici o viteză) înseamnă că nici un inel de cuplare nu este în angrenare cu dantura de cuplare a vreunei roţi dinţate şi motorul poate funcţiona fără să transmită la roţile motoare mişcare. La fel de evident este faptul că la un moment dat numai un singur angrenaj este selectat pentru a se obţine rularea autovehiculului într-o treaptă de viteză. 

Page 6: Cutia de Viteze

  Fig.11.15. Inel de cuplare în poziţia neutrăÎn figura 11.15 se observă două roţi dinţate alăturate (culoare albastră) care fac parte din două angrenaje diferite (roţile conjugate nu sunt reprezentate), inele sincronizatoare (maro), dantura de cuplare a unei roţi (violet) şi inelul de cuplare în poziţia neutră.

11.5.2.4. Cutiile de viteze planetare cu convertizor hidrodinamic

Principalele avantaje ale acestor cutii de viteze sunt:

schimbarea treptelor de viteze fără întreruperea fluxului de putere; durabilitatea ridicată; confortul sporit la conducere.

 Există şi dezavantaje legate de complexitatea ridicată şi de costul mare al acestora.

Componenţă

1. convertizor hidrodinamic de torsiune 2. cutie de viteze planetară 3. grup electrohidraulic de comandă

 Principalii factori luaţi în considerare la schimbarea vitezelor sunt:

Page 7: Cutia de Viteze

poziţia selectorului (maneta de selecţie a gamei de viteze); viteza autovehiculului; poziţia pedalei de acceleraţie (sarcina motorului)

 Soluţiile constructive mai recente au un sistem suplimentar care se adaptează la stilul de conducere al şoferului şi la condiţiile de drum. Acest sistem este denumit ATS (Adaptive transmission system). 

Convertizorul hidrodinamic de torsiune

Transformă şi transmite cuplul dezvoltat de motor; Favorizează pornirea de pe loc fără şocuri Amortizează oscilaţiile de torsiune produse de motor şi transmise arborelui cotit. Cuplul dezvoltat este mai mare ca al motorului termic; Cel mai mare cuplu se întâlneşte la pornire (foarte mare avantaj); Elimină vibraţiile de torsiune generate de motor; Funcţionare fără zgomote;

 

   Fig. 11.16. Convertizor hidrodinamic de torsiune (schemă) 

Page 8: Cutia de Viteze

 Fig. 11.17. Convertizor hidrodinamic de torsiune (secţiune)     În figurile 11.16 şi 11.17 sunt prezentate principalele elemente ale convertizorului hidrodinamic de torsiune: arborele de intrare antrenează pompa care împinge uleiul spre turbină. Uleiul se găseşte în carcasa convertizorului. Sub acţiunea pompei uleiul se dispune la periferie şi antrenează turbina. Persiunea uleiului este de 3... 4 bari şi este necesară pentru prevenirea fenomenului de cavitaţie. La pornirea motorului pompa se roteşte cu turaţia motorului iar statorul şi turbina sunt în poziţie de repaus (la fel şi autovehiculul). În această situaţie uleiul este împins spre turbină dar datorită momentului rezistent aceasta nu se roteşte. La creşterea turaţiei uleiul este împins de pompă spre turbină care începe să învârtă arborele primar al cutiei de viteze. Din turbină uleiul intră între paletele statorului iar acesta are tendinţa de a se roti în sens invers decât pompa şi turbina. Această mişcare este împiedicată de cuplajul unisens. Ca urmare uleiul parcurge o traiectorie curbă la un unghi de aproape 90o care generează o contrapresiune puternică iar în paletele turbinei şi apare ca efect o forţă şi mai mare de rotaţie. Astfel  momentul dezvoltat de turbină este mai mare decât momentul furnizat de motorul termic.Statorul dirijează uleiul spre paletele pompei realizându-se un circuit intern. Odată cu creşterea turaţiei turbinei diferenţa faţă de turaţia pompei scade.Când pompa şi turbina ajung la aproximativ aceeaşi turaţie (diferenţă de 10... 15%) uleiul loveşte palele statorului în direcţie inversă şi acesta (statorul) începe să se rotească. În acest moment, numit punctul de cuplare, nu mai apare contrapresiunea şi din acest motiv nici multiplicarea momentului motor.

Page 9: Cutia de Viteze

Convertizoarele funcţionează cu alunecare (diferenţă de turaţie dintre pompă şi turbină) şi din acest motiv randamentul este de aproximativ 97%. Pentru a îmbunătăţi randamentu există un cuplaj de blocarecarecare  la alunecări mici este acţionat automat şi leagă pompa cu turbina.   

Cutia de viteze planetară

Pentru a înţelege mai bine funcţionarea cutiei de viteze planetară este oportun ca mai întâi să vedem cum funcţionează un mecanism planetar.Componenţa unui mecanism planetar se poate observa în figura 11.18 în care: 

1. roată solară; 2. portsateliţi; 3. coroană planetară; 4. sateliţi.

 

            Fig. 11.18. Mecanism planetar     Acest mecanism este capabil să realizeze patru rapoarte de transmitere din care unul pentru mers înapoi.Pentru a obţine diferite rapoarte de transmisie se frânează câte un element al mecanismului sau pentru una din trepte tot mecanismul rămâne liber adică nici un element nu este frânat. 

Page 10: Cutia de Viteze

   Fig. 11.19. Cutie de viteze cu un mecanism planetar (schemă) A1, A2 - ambreiajeF1, F2, F3 - frâne1... 4 - notaţiile din figura 11,18. Pentru treapta 1 se frânează coroana planetară iar pentru treapta 2 roata solară. 

                                                                            Treapta 1                                                     Treapta 2  

                                                                 Treapta 3                                                     Mers înapoi Fig. 11.20. Fluxul de putere prin cutia de viteze planetară verde - elemente în mişcareroşu - elemente frânate (staţionare) Pentru a se realiza treapta 3 nu se frânează nici un element  iar pentru mersul înapoi se frânează braţul portsateliţi.Ambreiajele şi frânele sunt acţionate electrohidraulic. Comanda cuplării este dată de un procesor care poate fi ATS (adaptive transmission control system) sau DSP (dynamic shift-program selection). 

11.5.2.5. Transmisiile variomate (cu variaţie continuă)

Sunt cunoscute şi sub denumirea de CVT (Continously Variable Transmission).Acest tip de transmisii pot transmite mişcarea de la motor spre roţile autovehiculului la oricare turaţie a caracteristicii motorului. CVT are avantajul că poate ridica performanţele energetice, economice şi ecologice ale autovehiculului prin menţinerea motorului în zona de funcţionare optimă.Principiul de funcţionare este următorul: mişcarea de rotaţie produsă de motor este transmisă unei perechi de discuri paralele. Aceste discuri au suprafeţele dintre ele

Page 11: Cutia de Viteze

conice (vezi fig.11.21 poziţia 3). O curea de transmisie metalică (poziţia 7) se găseşte între cele două suprafeţe conice şi transmite prin fricţiune mişcarea la altă pereche de discuri conice (poz.8). Distanţa axială dintre discuri se poate modifica la fiecare dintre cele două perechi. Astfel atunci când distanţa dintre discurile 3 creşte distanţa dintre discurile 8 scade şi invers. Datorită acestei modificări de distanţe cureaua de transmisie va călca pe diametre diferite realizând astfel modificarea continuă a turaţiei arborelui de ieşire care este legat la discurile 8.Modificarea turaţiei se face electrohidraulic prin controlul distanţei şi presiunii dintre discuri.Principalii factorii care sunt luaţi în considerare la modificarea turaţiei sunt:

- poziţia selectorului; - programul ales pentru schimbarea vitezelor (treapta lentă sau rapidă); - viteza autovehiculului; - poziţia pedalei de acceleraţie (sarcina).

  Fig.11.21. Transmisie variomată cu transmisie centrală şi diferenţia