Ion TABACUTRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISMEEditura TehnicBucureti - 1999ISBN 973-31-1340-9PREFA Utilizarea automobilului se face pe diverse drumuri, n limite foarte largide variaie a vitezei de deplasare i a greutii ncrcturii transportate. In acestecondiii autopropulsarea automobilului, datorat energiei mecanice primite deroile motoare de la motorul automobilului, este posibil cnd se realizeazconcordan ntre necesarul de momente i puteri, necesar care este n funcie decondiiile n care este utilizat automobilul i oferta de momente i puteri, ofertfcut de motor. Interfaa dintre sursa de energie (motor) i utilizatorul energiei(roata motoare) este constituit de transmisie. Faa de simpla autopropulsare, progresul tehnic i tehnologic dinconstrucia de automobile ofer n ultimii ani o nou viziune asupraautomobilului: automobilul economic i ecologic. In aceste circumstanetransmisia, ca interfa ntre motorul termic al automobilului i roile motoare,trebuie s ajute motorul cu ardere intern pentru a se ncadra n limitele impusepentru consumul de combustibil, pentru emisia de substane nocive din gazele deevacuare, pentru zgomot etc. Din punct de vedere al pieei de desfacere a automobilelor se remarcorientarea clar spre o pia condus de cumprtor, n care competiia a devenitacerb prin intrarea n joc a unor firme extrem de agresive i de puternicefinanciar. A rezultat n mod direct creterea importanei sectorului tehnic i deconcepie al firmelor auto, care trebuie s genereze modele ct mai performantedin punct de vedere timp de apariie pe pia, pre, calitate, fiabilitate nexploatare. Pentru corelarea tuturor cerinelor enunate mai nainte studiultransmisiei unui automobil trebuie privit din dou puncte de vedere: n ansamblupentru sporirea performanelor impuse de utilizarea automobilului i pesubansamble pentru rezolvarea unor probleme tehnice specifice. Dintre tipurile de transmisii mecanice, hidraulice sau electrice-transmisia mecanic, caracterizat de mase i dimensiuni reduse, costuri mici defabricaie i utilizare, funcionare cu randamente ridicate, ntreinere simpl,nepretenioas, s-a impus la marea majoritate a autoturismelor. Recenteledezvoltri de transmisii mecanice pentru autoturisme, beneficiind de suportul unorindustrii conexe informatic, electronic, mecatronic au atins performanele deconfort n conducere oferit de celelalte tipuri de transmisii, fr a se influenasubstanial costurile, acestea fiind meninute cu mult sub cele ale modelelorsimilare echipate cu transmisii hidraulice sau electrice. Mediul concurenial, cerinele legislative i de protecie a mediului,gusturile clienilor, au impus scurtarea n ultimii 20 de ani a timpului alocatpentru dezvoltarea unui nou model de automobil de la circa 70 de luni la circa 306Prefaluni. Pentru a se atinge asemenea performane, pe lng suportul oferit de dotareacu echipamente i aplicaii software, este evident i o repoziionare a personaluluiangajat n conceperea unui nou model, innd cont de mijloacele avute ladispoziie. Dac n trecut o mare parte a timpului era alocat construirii fiecruiproiect de la zero, fr a exista posibilitatea utilizrii rapide a variantelorexistente, acum este posibil dezvoltarea unui nou model pornind de la varianteledeja existente. Facilitile oferite de produsele informatice permit tocmai definireaunui numr mare de variante constructive, pentru a se putea alege n final variantaoptim. n acest context trebuie sublinat faptul c utilizatorul trebuie s posede, nafara cunotintelor specifice utilizrii produselor hardare i software, cunotinedin domeniul construciei i calculului de automobile. Inscriindu-se n acest context, lucrarea Transmisii mecanice pentruautoturisme, bazat pe o documentare n actualitatea din domeniul construciei deautomobile, cuprinde apte capitole n care sunt tratate unitar aspecte legate derolul i funciile transmisiei i a subansamblelor componente, prezentarea desoluii constructive i elemente de calcul i proiectare. Dup primele dou capitolede noiuni introductive i funcionarea global a grupului motopropulsor, suntprezentate subansamblele transmisiei: ambreiajul, cutia de vitez, transmisialongitudinal i puntea motoare. Ultimul capitol, destinat traciunii integrale,cuprinde: definirea segmentului din industria de autoturisme pentru care soluiatraciunii integrale reprezint o oportunitate pentru creterea performanelor,soluii constructive i elemente specifice acestor autoturisme. O pondere nsemnat este acordat n cuprinsul crii cunoaterii,pornindu-se la la funciile componentelor transmisiei, construciei i funcionriidiverselor soluii impuse de industria de autoturisme indicnd-se criterii deapreciere a soluiilor tehnice existente. Modelele de studiu i relaiile matematice stabilite stau la baza calculelorde proiectare a automobilelor, a metodologiilor de ncercare ale acestora, precumi a organizrii raionale a utilizrii acestora. Relaiile de calcul sunt prezentatealgoritmic, ceea ce uureaz transcrierea lor direct n programe pentrucalculatoare electronice. Lucrarea este destinat, n primul rnd, specialitilor formai carelucreaz n domeniul construciei i utilizrii automobilelor i studenilor de laspecializrile de autovehicule rutiere. n acelai timp, prin coninutul informativ almajoritii capitolelor, cartea este util personalului din staiile de ntreinere iservice pentru autoturisme precum i publicului larg, dornic de informaii legatede autoturismul dorit.Piteti, 17 aprilie 1999AutorulMECHANICAL TRANSMISSIONS FOR AUTOMOTIVES Based on documentation in the newest achievements of automotiveengineering, this technical work consisting in seven chapters makes an approachover the aspects of the transmission and component subassembly functions,presentation of constructive solutions and calculus and design elements. After thefirst two chapters consisting in introduction notions and global function ofpropulsive assembly, there are presented the classical mechanical transmissionsubassemblies in the succession of power flow motion in order to achieve self-propulsion: clutch, gear-box, longitudinal transmission and drive axle. The lastchapter, dedicated to integral transmission, contains an analysis of automotivetypes with a certain increase of performances by using integral transmission,specific models of integral traction used in motorcars and solution of transmissionsfor automotive with all wheel drive. Starting from the functions of transmission components, the work offers agreat attention to presentation of construction and functioning of different solutionsimposed by automotive industry, indicating estimation criteria for the existingtechnical solutions. It is also made an algorithmic presentation of calculusrelations, facilitating their transformation in programs for computers.This book is helpful for large category of persons, both specialists or becomingspecialists in automotive domain and simple readers, wishing to know more abouttheir wished automotive.Content: 1. Introduction /9.2. The functioning of engine transmission group/ 21.3. The clutch /35. 4. The gear-box / 89.5. The longitudinal transmission / 182.6. The power mechanisms of drive axle /199. 7. The integral transmission/ 238.References / 299. Lucrarea, bazat pe o documentare n actualitatea din domeniulconstruciei de automobile, cuprinde apte capitole n care sunt tratate unitaraspecte legate de rolul i funciile transmisiei i a subansamblelor componente,prezentarea de soluii constructive i de elemente de calcul i proiectare. Dupprimele dou capitole de noiuni introductive i de funcionare global a grupuluimotopropulsor, sunt prezentate, n succesiunea parcurgerii lor de ctre fluxul deputere pentru autopropulsare, subansamblele transmisiei mecanice clasice:ambreiaj, cutie de viteze, transmisie longitudinal i punte motoare. Ultimulcapitol, destinat traciunii integrale, cuprinde, dup o analiz a categoriilor deautoturisme la care prin traciune integral se creaz o posibilitate cert de sporire aperformantelor, construcii specifice tractiunii integrale la autoturisme i soluii detransmisii pentru automobile cu traciune integral. O pondere nsemnat se d n cuprinsul crii cunoaterii, pornindu-se lala funciile componentelor transmisiei, construciei i funcionrii diverselor soluiiimpuse de industria de autoturisme indicnd-se criterii de apreciere a soluiilortehnice existente. Relaiile de calcul sunt prezentate algoritmic, ceea ce uureaztranscrierea lor direct n programe de calcul automat pentru calculatoareelectronice. Cartea este util unei categorii foarte largi de persoane ncepd cuspecialiti formai sau n formare n domeniul automobilelor i pn la publiculuilarg, dornic de informaii legate de autoturismul dorit.CUPRINSUL 91. NOIUNI INTRODUCTIVE ..... 1.1. Automobilul: definiii, clasificare, organizare ......9 1.1.1. Definiii, clasificri ....9 1.1.2. Compunerea general a automobilelor .. 10 1.1.3. Organizarea i dispunerea grupului motopropulsor ....... 11 1.2. Motoare pentru automobile............ 15 1.2.1. Motorul, surs de energie pentru autopropulsare... 15 1.2.2. Evaluarea analitic a caracteristicii externe 192. FUNCIONAREA GRUPULUI MOTOR-TRANSMISIE...... 21 2.1. Definirea transmisiei...... 21 2.2. Funcionarea global a grupului motopropulsor.... 25 2.3. Condiii de determinare a rapoartelor de transmitere ale transmisiei ... 27 2.3.1. Determinarea rapoartelor de transmitere din condiii de dinamicitate 28 2.3.2. Determinarea rapoartelor de transmitere din condiii de funcionare economic ...... 29 2.3.3 Determinarea rapoartelor de transmitere din condiii de optimizare a performanelor dinamice i de consum... 323. AMBREAIAJUL... 35 3.1. Generalitai..... 35 3.1.1. Necesitatea ambreiajului la pornirea din loc a automobilului.... 37 3.1.2. Necesitatea ambreiajului la schimbarea treptelor din cutia de viteze. 40 3.1.3. Ambreiajul, dispozitiv de siguran al grupului motopropulsor. 43 3.1.4. Ambreiajul, dispozitiv izolator pentru transmiterea vibraiilor de torsiune ntre motor i transmisie ....... 45 3.1.5. Cerinele ambreiajului ........ 46 3.2. Construcia ambreiajelor mecanice........ 47 3.2.1. Soluii constructive de ambreiaje mecanice ....... 50 3.2.2. Elemente constructive ale ambreiajelor mecanice ..... 51 3.2.3. Sistemul de acionare a ambreiajului ..... 63 3.3. Elemente de calculul ambreiajelor..... 71 3.3.1. Determinarea parametrilor de baz ai ambreiajului........ 71 3.3.2. Dimensionarea garniturilor de frecare ... 73 3.3.3. Calculul arcurilor de presiune .... 74 3.4. Calculul prilor conductoare i conduse ale ambreiajului....... 80 3.4.1. Calculul prii conductoare ...... 80 3.4.2. Calculul prii conduse ...... 83 3.5. Calculul sistemului de acionare a ambreiajului .... 85 3.5.1. Dimensionarea cinematic a sistemelor de acionare .... 854. CUTIA DE VITEZE..... 89 4.1. Generaliti......... 89 4.2. Cutii de viteze mecanice n trepte...... 90 4.2.1. Organizarea mecanismului reductor al cutiilor de viteze... 90 4.2.2. Elemente constructive ale mecanismului reductor .... 100 4.2.3. Mecansime de cuplare a treptelor ...... 1098Cuprinsul 4.2.4. Carterul cutie de viteze... 4.2.5. Ungerea cutiei de viteze .... 4.2.6. Sistemul de acionare al cutiei de viteze n trepte ..... 4.3. Cutii de viteze planetare..... 4.3.1. Noiuni generale despre mecanismele planetare..... 4.3.2. Construcia cutiilor de viteze planetare... 4.4. Transmisii mecanice cu variaie continu a raportului de transmitere ...... 4.4.1. Generaliti..... 4.4.2. Tipuri constructive de transmisii mecanice continui...... 4.5. Elemente de calculul cutiilor de viteze... 4.5.1. Dimensionarea angrenajelor... 4.5.2. Dimensionarea arborilor..... 4.5.3. Calculul pentru alegerea lagrelor......5. TRANSMISIA LONGITUDINAL... 5.1. Generaliti..... 5.2. Cinematica transmisiilor longitudinale.. 5.2.1. Cinematica transmisiei cardanice.... 5.3. Construcia transmisiei longitudinale......... 5.3.1. Cuplaje unghiular cardanice... 5.3.2. Arbori cardanici...... 5.4. Elemente de calculul transmisiei longitudinale.....6. MECANISMELE DE PUTERE ALE PUNII MOTOARE ....... 6.1. Generaliti .... 6.2. Transmisia principal..... 6.2.1. Construcia transmisiei principale... 6.2.2. Elemente de calculul transmisiei principale... 6.3. Diferenialul .. 6.3.1. Necesitatea diferenialului ca mecanism al punii motoare.... 6.3.2. Cinematica i dinamica diferenialului... 6.3.3. Construcia diferenialului... 6.3.4. Elemente de calculul diferenialului... 6.4. Transmisiile transversale.... 6.4.1. Tipuri constructine de transmisii transversale 6.4.2. Cuplaje unghiulare.. 6.4.3. Cuplaje unghiular-axiale. 6.4.4. Transmisii universale.....7. TRACIUNEA INTEGRAL 7.1. Influena organizrii traciunii asupra performanelor... 7.1.1. Condiiile de rulare ale roilor motoare... 7.1.2. Limite de oportunitate n adoptarea traciunii integrale..... 7.1.3. Limitarea performanelor prin soluia tehnic de realizare a traciunii.. 7.2. Difereniale blocabile i autoblocabile.. 7.2.1. Difereniale blocabile.. 7.2.2. Difereniale autoblocabile... 7.3. Distribuitoare i reductoare distribuitoare.. 7.4. Mecanisme de rulare liber ... 7.5. Transmisii 4x4 ... BIBLIOGRAFIE.......1201231251371371411441441471581581761791821821841841881891911941991992002012102182182222252262292292302332362382382382412482672692702822902912991NOTIUNI INTRODUCTIVE1.1. Automobilul: definiii, clasificare, organizare1.1.1. Definiii, clasificri Autovehiculul este un vehicul rutier care se poate deplasa prin mijloaceproprii de propulsie autopropulsare pe drumuri amenajate sau n afaradrumurilor amenajate. Autovehiculul pe roi este autovehiculul suspendat elastic pe cel puin treiroi i servete pentru transportul persoanelor i al bunurilor, pentru tractarea unorvehicule fr mijloace proprii de propulsie i pentru efectuarea de servicii speciale. Automobilul este un autovehicul pe roi care este prevzut cu osuprastructur numit caroserie, prin care i se definete o anumit destinaie. Automobilele destinate transportului de persoane, care au o capacitate decel mult opt locuri, se numesc autoturisme. Clasificarea autoturismelor se face dup o serie de criterii, dintre care maides ntlnite sunt urmtoarele: - dup forma caroseriei: cu caroserie nchis (berlina, cupeu, coach,sedan,limuzin, VAN), cu caroserie deschis (faeton, roadster) i cu caroseriedecapotabil; - dup capacitatea cilindric a motorului: de la motoare de foarte mic litraj(AFML) pn la motoare de capaciti mari i foarte mari (GT); - dup tipul motorului: cu motor termic cu aprindere prin scnteie (cucarburator sau cu injecie de benzin), cu aprindere prin comprimare, turbine cugaze, cu reacie sau cu motor electric; -dup capacitatea de trecere, care caracterizeaz capacitatea automobiluluide a se deplasa pe diferite categorii de drumuri sau n teren, n afara drumurilor, sedeosebesc: cu capacitate normal de trecere (pot circula pe orice categorie dedrumuri), cu capacitate mrit de trecere (pot circula i n afara drumurilor).10TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISME1.1.2. Compunerea general a automobilelor Automobilul este o unitate constructivfuncional compus din mai multeansambluri, subansambluri i mecanisme ce pot fi grupate astfel: motor, transmisie,sisteme de conducere, sisteme de susinere i propulsie i suprastructur. Motorul, care constituie sursa energetic a automobilului, transformenergia chimic a combustibilului folosit n energie mecanic necesarautopropulsrii automobilului. Influena motorului asupra automobilului semanifest att prin parametrii energetici ai fluxului de putere oferit, ct i prin tipuli modul de amplasare pe automobil. Transmisia, care asigur, prin micare de rotaie, transferul fluxului deputere al motorului la roile motoare ale automobilului, realizeaz adaptarea puteriimotorului la condiiile autopropulsrii automobilului. Pentru aceasta transmisiacuprinde: ambreiajul, cutia de viteze, transmisia longitudinal i mecanismelepunii motoare (transmisia principal, diferenialul i transmisiile la roile motoare).Transmisiile automobilelor pot fi: mecanice, hidromecanice, hidraulice i electrice.Dintre aceste transmisii cele mai rspndite la autoturisme sunt transmisiilemecanice, care acoper peste 95% din numrul autoturismelor actuale. Sistemele de conducere, care asigur controlul activ al conductoruluiasupra traiectoriei de deplasare, includ sistemul de direcie i sistemul de frnare.Sistemul de direcie permite, prin oscilaia roilor n plan orizontal, modificareatraiectoriei i conservarea mersului rectiliniu atta timp ct nu se exercit o aciunevoluntar de schimbare a direciei de deplasare. Controlul conductorului asupravitezei de deplasere se face prin sistemul de frnare. Controlul asupra frnriipresupune: posibilitatea de reducere a vitezei pn la oprirea automobilului,evitarea accelerrii automobilului la coborrea pantelor i meninereaautomobilului oprit pe oricare din cile pe care se poate autopropulsa. Sistemele de conducere, ca sisteme de siguran activ ale automobilului,condiioneaz prin calitile lor posibilitile de utilizare ale automobilului. Sistemele de susinere i de propulsie, care asigur suspendarea elastic icu amortizare a masei automobilului fa de cale i transformarea micrii derotaie a roilor, primit prin intermediul transmisiei de la motor, n micare detranslaie a masei automobilului de-a lungul traiectoriei de conducere, se compundin suspensie, puni i roi. Suprastructura automobilului, care asigur ndeplinirea funcionalitiiautomobilului i asigurarea confortului mersului n automobil, este format dincaroserie i instalaii i echipamente auxiliare. Caroseria, amenajat n funcie detipul i de destinaia automobilului, cuprinde spaii pentru transportul persoanelor,spaii pentru bagaje i spaii pentru dispunerea motorului i a unor pri dintransmisie. Pentru asigurarea cerinelor specifice de confort i pentru cretereasiguranei active i pasive a automobilului, acesta este prevzut cu o serie deinstalaii i echipamente auxiliare.Noiuni introductive111.1.3.Organizarea i dispunerea grupului motopropulsor Motorul -maina de propulsie- i transmisia formeaz grupul(echipamentul) motopropulsor. Organizarea i dispunerea grupului motopropulsorconstituie caracteristici de baz n aprecierea calitilor de utilizare aleautomobilelor. Grupul motopropulsor poate fi repartizat de-a lungul axei longitudinale aautomobilului, sau poate fi grupat ntr-un singur loc. In funcie de poziia relativdintre axa longitudinal a automobilului i axa de rotaie a arborelui cotit, motorulpoate fi dispus longitudinal sau transversal. Pentru autoturisme, prevzute cu doupuni, organizarea traciunii se poate realiza dup soluiile 4x2 sau 4x4; prima cifrindicnd numrul roilor iar cea de-a doua pe cel al roilor motoare. Pentruorganizarea traciunii de tipul 4x2, puntea motoare poate fi dispus n fa sau nspate. In tabelul 1.1 sunt prezentate principalele soluii de organizare i dispunere agrupului motopropulsor n cazul autoturismelor. Pentru automobilele cu o punte motoare de tipul 4x2, organizareatransmisiei este fcut n urmtoarele trei soluii: clasic, totul fa i totul spate. a. Soluia clasic, (poziia a1, tabelul 1.1), presupune dispunereamotorului n partea din fa a automobilului i puntea motoare n spate, situaie ncare componentele transmisiei sunt distribuite de-a lungul axei longitudinale aautomobilului. Transmisia automobilelor cu punte spate motoare i motor amplasatlongitudinal n fa reprezint de foarte mult timp schema ideal de organizare. Ambreiajul i cutia de viteze sunt amplasate longitudinal, ntre motor ipuntea motoare putnd forma un ansamblu compact fie cu motorul, fie cu punteamotoare. Ideea gruprii ntr-un ansamblu compact a motorului cu ambreiajul i cucutia de viteze a fost preferat de constructorii de automobile ce aveau n fabricaiepropriile motoare. Ea dateaz nc din anul 1903 i a fost realizat n Germania deAdler. Este cea mai rspndit soluie actual. n aceeai perioad, 1901- 1904 n Anglia, Clyde, ce nu fabrica motoare, apreferat regruparea cutiei de viteze cu puntea motoare. Soluia a fost reluat deDaimler (1912) i Singer (1913) din Anglia, Pontiac (1961) din SUA, Alfa Romeo(1972) n Italia i Volvo (1976) n Olanda. n cazul gruprii ambreiajului i cutiei de viteze cu motorul, cutia de vitezeeste organizat clasic, dup soluia cu trei arbori; o excepie o reprezintautoutilitarele uoare, derivate din autoturisme de clas medie, care pstreazorganizarea cutiei de viteze cu doi arbori, pe care o au acestea. n cazul gruprii ambreiajului i cutiei de viteze cu puntea motoare, cutiade viteze dispune, frecvent, de doi arbori (ex: Alfa 90, Volvo 340/ 360). Gruparea ntr-un bloc comun, amplasat n fa, a motorului, ambreiajului icutiei de viteze reprezint cea mai favorabil soluie din punct de vedere arepartiiei sarcini pe puni; n plus comanda vitezelor poate fi direct i precis.12Tabelul 1.1Organizarea i dispunerea grupului mot-propulsorOrganizarea traciunii4x2ClasicTotul faTotul spate4x4DispunereamotoruluiLongitudinala1a2a3a4TransversalTRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISMEb1b2b4Noiuni introductive13 Avantajele principale ale soluiei clasice sunt: bun repartiie a sarcinii pepuni; ncrcare favorabil a punii spate la demaraj i la urcarea pantelor;rcire mbuntit a motorului; uzur relativ identic a roilor punii fa(directoare) i a celor din spate (motoare); comenzi simple i precise ale motoruluii cutiei de viteze. Conferind automobilului caliti constructive de supravirare, carereprezint un caracter de mers instabil pe traiectorie, necesit fie ndemnaredeosebit n conducere, fie soluii constructive suplimentare pentru corectareacaracterului de supravirare. Soluia este limitat la automobile echipate cu puterimedii sau mari i prezint avantajul ncrcrii dinamice la demarare a punii spate,cu consecine favorabile asupra capacitii dinamice de trecere. b. Soluia totul fa, (poziiile a2 i b2, tabelul 1.1), se obine pringruparea grupului motopropulsor n vecintatea roilor fa, care sunt i roimotoare. Realizarea unui ansamblu motopropulsor sub forma unui grup compactamplasat n fa dateaz de la nceputul anilor '30. Acest mod de organizare a fostconceput de inginerul Lepicard, care l-a aplicat n Anglia, pe automobilul Derby, nanul 1931. Acest mod de organizare este rspndit n domeniul autoturismelor iautoutilitarelor uoare cu caroserie autoportant. Avantajele soluiei totul fa sunt: posibilitatea utilizrii caroseriilorautoportante; comportament favorabil pe ci de aderen sczut; Dispunerea transversal a motorului (pozitia b2, tabelul 1.1), constituie oetap important n concepia i organizarea transmisiei. Ea a fost o consecin areorganizrii generale a automobilului modern, pentru a satisface ntr-un modoptim compromisul ntre cerinele: confort - economicitate - pre de fabricare-ntreinere etc. Ca i n cazul traciunii fa cu motor longitudinal, motorul i transmisiasunt nglobate unui ansamblu mecanic numit grup motopropulsor transversal. Aceast formul de organizare ofer urmtoarele avantaje: reducereadimensiunilor compartimentului motor, ceea ce favorizeaz, pentru o aceeailungime a ansamblului automobilului, o organizare optim a salonului pentrupasageri i a compartimentului pentru bagaje; posibilitatea reducerii consolei fai, prin aceasta sporirea capacitii de virare a automobilului, mai ales in spatiinguste, specifice zonelor urbane; mbuntirea aerodinamicii automobilului prinreducerea restriciilor privind forma frontal a acestuia; utilizarea unei transmisiiprincipale cu angrenaj cilindric, ce avantajeaz randamentul transmisiei i nuimplic reglaje preteniose i costisitoare aa cum se face n cazul angrenajelorconice hipoide. Cumularea acestor avantaje justific amplasarea pe care a luat-o aceastsoluie n anii '70, soluie care a fost generalizat dup anul 1980 la autoturismelede clas mic i medie i la autoutilitarele uoare. Amplasarea unui grup motopropulsor compact, transversal, se realizeaz,n funcie de poziia motorului fa de cutia de viteze, n dou variante: motor i cutie de viteze suprapuse; motor i cutie de viteze n prelungire.14TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISME Prin amplasarea cutiei de viteze sub motor, cu axele paralele cu axaarborelui cotit, s-a putut realiza un grup motopropulsor cu un gabarit minim nlungime. Aceast soluie de amplasare a motorului pentru traciunea fa era singuracompatibil la acea dat cu structura caroseriei n zona compartimentului motor i apuni motoare, care putea fi adaptat unui autoturism foarte compact. Promotor al acestei variante de organizare a grupului motopropulsor esteAlec Isigonis, care a conceput-o n anul 1956 pentru autoturismul Mini Austincomercializat n Anglia dup anul 1959. *(Inspirat probabil de "motoblocul"francezului Schandel, conceput n anul1898 i fabricat n anul 1901, la Bordeaux). Pe baza acestei scheme de organizare au aprut primele autoturismePeugeot (model 204) cu traciune fa, n anul 1965, sub conducerea ing.Dangauthier. Firma Peugeot a mbuntit ulterior construcia pentru modelul 304 (1970)i 104 (1972) apoi 205. Acest grup motopropulsor transversal compact a fostfabricat timp de 20 de ani i a echipat, dup anul 1976, autoturismul Citroen (Visa-Super) i Renault (R14). Cutia de viteze a ansamblului este cu doi arbori, similar cu cea de laorganizarea soluiilor clasice de acest tip. Elementele specifice acesteia suntlegturile cu motorul i cu puntea motoare. Transmiterea micrii de la axa arborelui cotit al motorului, prinintermediul ambreiajului, ctre arborele primar al cutiei de viteze se realizeazprintr-un angrenaj de roi dinate. Amplasarea iniial a angrenajului de transfer motor-cutie ntre motor iambreiaj, care a permis automatizarea transmisiei prin echiparea ansamblului cu unhidroconvertizor (caracterizat de gabarit mare) a fost abandonat n variantaevoluat. La noua soluie, constructorul francez a preferat montajul clasic pentruambreiaj, ceea ce avantaja, ntre altele, i descrcarea palierului spate al motorului. Dispunerea motorului i a cutiei de viteze ntr-un carter comun presupuneutilizarea unei ungeri comune, dificil de realizat n mod optim, deoarece cerinelepentru uleiul din motor i cele pentru uleiul din cutia de viteze sunt foarte diferite. Varianta de realizare a grupului motopropulsor compact prin etajareamotorului i cutiei de viteze este aplicat i n cazul unor transmisii automate.Transferul micrii de la motor, prin hidroconvertizor, la arborele de intrare n cutiade viteze planetar se face printr-un lan silenios, multilamelar. Prima soluie de grup motopropulsor organizat cu motorul i cutia deviteze n prelungire a fost realizat n anul 1964, sub conducerea ing. Giacosa,pentru echiparea autoturismului Primula. Aplicarea n producia de serie mare a nceput n anul 1971 cnd a fostadoptat de Fiat pentru modelul 127 i, ulterior pentru modelul 128. Avantajele acestui mod de montare, fa de precedenta soluie, sunt legatede: flexibilitatea la montarea unor motoare de capaciti cilindrice diferite;utilizarea acelorai motoare la amplasarea transversal i longitudinal.Noiuni introductive15 Ansamblul motor-ambreiaj-cutie de viteze-transmisie principal-diferenial,realizat n aceast manier, este caracterizat de: montarea transversal pe automobil se face cu motorul n partea dreapt,n faa punii fa, majoritatea cazurilor avnd transmisie principal simpl; organizarea cutiei de viteze presupune utilizarea a doi sau trei arboriparaleli; dac structura cutiei de viteze cu doi arbori, cea mai rspndit astzi, sepstreaz de la montarea longitudinal, cea cu trei arbori este nou: un arboreprimar i doi arbori secundari montai de o parte i de cealalt a acestuia; poziia diferenialului este deplasat fa de axa longitudinal ctre stnga(fa de postul de conducere), ceea ce determin lungimi diferite pentru transmisiiletransversale. Soluia cu rspndirea cea mai mare la autoturisme, peste 80% din tipurileactuale de autoturisme, confer automobilului un caracter constructiv de subvirare,care reprezint un caracter autostabilizant pe traiectorie, astfel nct conducerea nupresupune o calificare i ndemnare deosebit din partea conductorului. c. Soluia totul spate, (poziiile a3 i b3, tabelul1.1), se obine pringruparea grupului motopropulsor n vecintatea roilor spate, care sunt i roimotoare. Soluia, avantajoas valorificrii fluxurilor mari de putere prin ncrcareasuplimentar static i dinamic a punii din spate n regimul demarrii, sentlnete la autoturisme cu caracteristici sportive. Modul de dispunere a motorului,longitudinal sau transversal, este dependent, n principal, de modul de organizarejudicioas a volumului interior d. La soluia 4x4, sau cu traciune integral ( poziiile a4 i b4, tabelul1.1), dispunerea motorului se face n partea din fa, iar antrenarea ambelor puni seface prin componentele transmisiei distribuite de-a lungul axei longitudinale aautomobilului. Soluia, iniial dezvoltat pentru automobilele cu capacitate mritde trecere, prezint avantajul repartizrii fluxului de putere la toate roileautomobilului, ameliorndu-se calittile de traciune, mai ales n teren greu, undese reduce riscul patinrii roilor. In plus, la frnarea cu motorul, forele de frnarese repartizeaz pe toate cele patru roi, ceea ce ofer avantaje n special la frnareape ci alunecoase.1.2. Motoare pentru automobile1.2.1. Motorul, sursa de energie pentru autopropulsare In procesul autopropulsrii automobilului, asupra acestuia acioneaz, dupdirecia vitezei de deplasare, dou tipuri de fore: - fore active forele care au acelai sens cu cel al vitezei de deplasare; - fore de rezisten forele care sunt de sens opus sensului vitezei dedeplasare. Forele active i de rezisten ce pot aciona asupra automobilului sunt:16TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISME a)fora de traciune este o for activ i reprezint aciunea roilormotoare asupra automobilului; b)rezistena la rulare este o for ce se opune naintrii automobilului ieste determinat de fenomenele ce se produc la rularea roilor pe calea de rulare; c)rezistena aerului este o for ce se opune naintrii automobilului ieste datorat interaciunii dintre automobilul n micare i aerul considerat nrepaus; d)rezistena pantei este o for datorat nclinrii longitudinale adrumului i reprezint o for de rezisten, la urcarea pantelor, i o for activ lacoborrea pantelor; e)rezistena la demarare este o for datorat ineriei automobilului nmicare i reprezint o for de rezisten n timpul micrii accelerate i o foractiv n regimul micrii decelerate; f)fora de frnare este o for de rezisten ce reprezint aciunea roilorfrnate asupra automobilului. Micarea automobilului, consecin a aciunii asupra lui a forelorprezentate mai nainte, poate fi: -micare uniform (cu viteza constant); -micare accelerat (viteza crete) regim numit regimul demarrii; -micare decelerat (viteza scade); acest regim poate fi realizat prin rulareliber, cnd regimul decelerat este datorat ncetrii aciunii forei de traciune, iprin frnare, cnd regimul decelerat este datorat aciunii forei de frnare dezvoltatela roile automobilului. Autopropulsarea automobilului se datoreaz energiei mecanice primite deroile motoare de la motorul automobilului. Ea este posibil cnd oferta fcut demotor este n concordan cu necesarul de momente i puteri, necesar care este nfuncie de condiiile n care se deplaseaz automobilul. Aprecierea motorului casurs de energie pentru autopropulsarea automobilului se face prin oferta de putere(P) i de moment (M). Oferta se exprim n funcie de turaia arborelui motor (n),printr-un cmp de caracteristici P=f(n) i M=f(n), numite caracteristici de turaie.Domeniul de ofert este limitat de caracteristica de turaie la sarcin total (saucaracteristica extern), care determin posibilitile maxime ale motorului nprivina puterii i momentului la fiecare turaie din domeniul turaiilor defuncionare ale motorului. Pentru autopropulsarea automobilelor, majoritatea motoarelor sunt motoarecu ardere intern (m.a.i.), cu piston n micare de translaie. Existena unei marivarieti de motoare cu ardere intern impune mai multe criterii de clasificare. Celmai important criteriu, care le difereniaz din punct de vedere funcional,constructiv, al performanelor tehnico-economice i al exploatarii, este modul deaprindere al amestecului carburant. Dup acest criteriu motoarele se mpart n: -motoare cu aprindere prin scnteie M.A.S. (Otto); -motoare cu aprindere prin comprimare M.A.C. (Diesel). In figura 1.1 se prezint principalele caracteristici ale motoarelor cu ardereintern pentru automobile i domeniile de utilizare ale motoarelor actuale.Noiuni introductive17 Fig. 1.1. Caracteristicile motoarelor actuale pentru automobile: dependenele parametrilor: puterea maxim (Pmax)/ cilindree (VH) ilucrul mecanic (L)/ cilindree (VH) n functie de turaia puterii maxime (nPmax) In figura 1.2 sunt reprezentate caracteristicile externe, completate cucurbele consumului specific de combustibil, pentru un motor cu aprindere prinscnteie (M.A.S) i, respectiv pentru unul cu aprindere prin comprimare (M.A.C.). Semnificaia mrimilor marcate n figur este cuprins n tabelul 1.2. a)b)Fig. 1.2. Forme tipice de caracteristici externe pentru motoare cu ardere intern: a- M.A.S.; b- M.A.C.18TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISME Obiunea pentru un motor din categoriile de mai sus are n vedere tipul,caracteristicile i destinaia automobilului. Tabelul 1.2 Mrimi semnificative n caracteristica externSimbolul n0 nM nce nP nmax nr Turaia Semnificaiaminim de funcionarede moment maximde consum specific minimde putere maximmaxim de funcionarede regulator Mrimi corespunztoare pentru:PutereMomentConsum specific P0M0ce o PMMmax- --ce min PmaxMPce p PmMm- PrMrce r In condiii frecvente de utilizare a automobilelor se utilizeaz aproximativ4070 % din posibilitile oferite de caracteristica extern. Aceasta nseamn cmotorul funcioneaz la sarcini pariale, obinute prin admisie parial decombustibil in cilindrii motorului (fig.1.3). Admisiile pariale de combustibil sunt comandate de conductor prin modul de acionare cu piciorul asupra organului de comand al motorului. Caracteristicile pariale deturaieseridic experimental pentru diferite poziii ale obturatorului sau pentru diferii coeficieni de sarcin (figura 1.3, a). Dup cum se vede, la sarcini pariale curbele caracteristice i schimb n parte alura, punctele de maxim sau de minim deplasndu-se spre stnga odat cu reducerea sarcinii, locul lor geometric aflndu-se pe linia ntrerupt. Aceastdeplasarea maximelor i minimelor este determinat n principal de ctre variaia coeficientului de umplere i de a randamentului mecanic. Oa)b) importantaFig. 1.3. Caracteristicile de turaie la sarcini pariale: consecin a- M.A.S.; b- M.A.C.schimbrii alurii momentului 1, 2,...5- poziii succesive ale organului de comand al motor o constituie faptul c, motorului ( poziia 1 caracteristica extern)la sarcini pariale, motorulNoiuni introductive19prezint o capacitate mai mare de adaptabilitate la traciune (momentul motorcrete repede la reducerea turaiei). Caracteristicile de sarcini pariale pun neviden cel mai mic consum specific de combustibil, produs la circa 8085% dinsarcina total (curba 2 dintre curbele succesive 1, 2,...5). La M.A.C., lipsa obturatorului determin creterea coeficientului deumplere la reducerea sarcinii prin reducerea ncrcrii termice a motorului. Dreptrezultat, toate caracteristicile pariale ale acestor motoare sunt paralele, dup cumse poate observa n figura 1.3,b). Din comparaia curbelor de consum specific decombustibil pentru M.A.S. i M.A.C. se constat c, la sarcini pariale reduse,M.A.C. sunt mult mai economice.1.2.2. Evaluarea analitic a caracteristicii externe Dezvoltarea oricrui model de calcul sau de simulare a procesului deautopropulsare a automobilului necesit existena unei exprimri analitice acaracteristicii externe a motorului. Pentru un motor existent, caracteristicaexterioar se determin pe standul de ncercat motoare. In acest caz evaluareacaracteristicii exterioare revine la prelucrarea datelor experimentale obinute lancercarea pe stand a motorului. Dup prelucrarea datelor experimentale -conformcu metodologia de ncercare- se obin mai multe puncte semnificative aledependenei puterii sau momentului de turaia arborelui cotit al motorului. O expresie analitic care s evalueze caracteristica pe ntreg domeniul estenesatisfcatoare din punct de vedere al preciziei prelucrrii, de aceea se recurge lainterpolri cu funcii Spline de ordinul 3. Fie:f ( x ) = C 0 + C1 x + C 2 x 2 + C 3 x 3(1.1)definit pe subintervalelele: [x0 , x1 ],[x1 , x2 ],K ,[xi , xi +1 ],K ,[xn1 , xn ] cu valorile f(xo), f(x1),,f(xn). Pentru mrirea preciziei de calcul i pentru obinerea unor coeficienipolinomiali cu ordin asemntor de mrime se folosete forma normat: x xip i ( x ) = C 0 + C1 x N + C2 x xi x N + C32 x xi x N3(1.2) Determinarea celor 4 coeficieni ai polinoamelor se face impunnd: - dou condiii de valori: pi(xi) = f(xi) i pi(xi+1) = f(xi+1)(1.3) -dou condiii de racordare (continuitatea i derivabilitatea funciilor deinterpolare vecine in punctele interioare): pi`(xi) = f`(xi) n x=xi i pi`(xi+1) = f`(xi+1) n x=xi+1(1.4) Pentru evaluarea unei caracteristici ce nu poate fi determinat pe stand estenecesar s se cunoasc cel puin dou puncte de pe caracteristica extern i anumepunctele de performan: (Pmax, nP) i (MmaxnM). Evaluarea analitic a caracteristicii externe se face prin polinomulincomplet de gradul 3 de forma normat:20 n nP TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISMEP(n ) = Pmax n + n P n + n P23(1.4) Pentru determinarea coeficienilor polinomiali , , , la M.A.S., pe bazaobservaiilor din figura 1.1 se pot scrie patru ecuaii: Pn = nP = Pmx i ' Pn = nP = 0rezultnd:M n = nM = M max' M n = nM = 0(1.5)=3 4 ce2 ce3 ce1 , =, =; ca =2 (1 c e )2 (1 c e )2 (1 c e )2(1.6)unde: ce = nM este coeficientul de elasticitate al motorului; nP Mc a = max este coeficientul de adaptabilitate al motorului. MP Dependena lui ca de ce face ca momentul maxim Mmax obinut la evaluarea cuforma polinomial redus (1.4) s fie puin diferit de valorile indicate. Evaluareaeste ns satisfctoare, abaterile fiind de maximum 5%. Folosirea coeficienilor polinomiali ai motorului cu aprindere prin scnteiepentru evaluare caracteristicii externe a motorului cu aprindere prin comprimare drezultate eronate, deoarece, din sistemul general (1.5) lipsete ecuaiacorespunztoare condiiei de putere maxim i, aa cum rezult din figura 1.1,b,) laaceste motoare din cauza limitatorului de turaie, curba puterii nu ajunge lavaloarea de extrem Pn' = nP = 0 , ca n cazul M.A.S. Lipsa unei ecuaii din sistemulgeneral impune introducerea coeficientului de adaptabilitate ca parametru almotorului. Soluiile devin: 2 c e c a (2c e 1)c 12c (c a 1) , = a(1.7), = e= 222 (ce 1)(ce 1)(ce 1) Cunoscnd dependena puterii (P), de turaia motorului (n), momentul motor Pn(M), se determin cu relaia: M=unde =reprezint viteza unghiular de 30rotaie a arborelui cotit al motorului.2FUNCIONAREA GRUPULUI MOTOR-TRANSMISIE2.1. Definirea transmisiei Funcionarea automobilului n condiii din exploatare are loc n limitefoarte largi de variaie ale vitezei de deplasare, ale greutii utile i ale tipurilor icalitilor de drumuri. n aceste circumstane rezult c, la roile motoare aleautomobilului, necesarul de for de traciune i de putere pentru autopropulsarereprezint cmpuri de caracteristici avnd n abscis viteza aleas de conductor(pn la viteza maxim) i n ordonat fora la roat (momentul la roat), respectivputerea la roat, determinate n diverse condiii de autopropulsare, pe caleorizontal sau nclinat, cu vitez constant sau variabil. Conductorul auto poate acoperi cmpul necesar cnd grupul moto-propulsor ofer un cmp de caracteristici asemnatoare. Limitele raionale ale acestui cmp sunt: viteza maxim - delimitat de puterea maxim de autopropulsare: P v max = Rv max ,(2.1) FRv max unde vmax este viteza maxim a automobilului; PRvmax- puterea necesarautopropulsrii cu viteza maxim; FRvmax - fora la roat necesar autopropulsrii cuviteza maxim; oferta de putere maxim disponibil la orice vitez, dac aceast limiteste soluionat ideal, la valoarea maxim a puterii motorului, se obinecaracteristica ideal: FR v = PR max(2.2) limitarea forelor de traciune prin aderena roilor, cnd viteza tinde s seanuleze, rezult din relaia (2.2) o for de traciune infinit, imposibil de realizatdatorit limitrii impuse de aderen:22TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISMEFR max F = unde: este coeficientul de aderen; Z R - greutatea aderent.ZR,(2.3) Infigura2.1s-au reprezentat, tinnd seama de cele trei limite de mai sus, cmpul de ofert al forei la roat (figura 2.1,a) i cmpul de ofert pentru puterea la roat (figura 2.1,b). a)b) n interiorul cmpurilorFig.2.1. Limitele cmpurilor oferite pentru artate n figura 2.1 trebuie s seautopropulsare:a-cmpul de ofert pentru fora la roat; b-cmpul de ating orice punct. Fa de cerinele ofert pentru puterea la roat de autopropulsare se poate formula ntrebarea "ce poate s ofere grupul moto-propulsor?"Fig. 2.2. Circuitul fluxuului de putere pentru autopropulsare Din compararea caracteristicilor oferite de motorul cu ardere intern(fig.2.2), P=f(n) i M=f(n) cu caracteristicile necesare autopropulsrii, PR=f(v) iFR=f(v)\, rezult cu uurin c motorul cu ardere intern nu este apt singur spropulseze automobilul, ci printr-un "convertor de identitate" reprezentat detransmisie. Transmisia se constitue astfel ntr-o interfa ntre sursa de energie(motor) i utilizatorul energiei (roata motoare). Convertirea caracteristicii motorului cu ardere intern n caracteristicanecesar autopropulsrii se face n condiiile urmtoare: acoperirea golul de turaie dintre n=0i n= nmtn ; acest lucru este asiguratde ambreiaj;Funcionarea grupului motor-transmisie23 caracteristicile P=f(n) i M=f(n) trebuiesc modificate pn la PR=f(v) iM R=f(v). Progresul tehnic i tehnologic din construcia de automobile ofer nultimii ani o nou viziune asupra automobilului: automobilul economic i ecologic.Ca urmare "convertorul de identitate" trebuie s ajute motorul cu ardere internpentru a se ncadra n limitele impuse cu privire la: consum de combustibil,substane nocive n gazele de evacuare, zgomot etc. Identitatea de caracteristici se obine prin valori ale rapoartelor detransmitere realizate de transmisie. n figura 2.3 s-au reprezentat: - n cadranul I, n coordonate P-v, cmpul de caracteristici necesare laroat: - n cadranul II, n coordonate P-n, cmpul de caracteristici al motorului cuardere intern; -n cadranul IV, n coordonate it-v, rezultatul acordrii cinematice dintre Fig. 2.3. Acordarea cinematic ntre cmpurile decaracteristici oferite i cmpurile de caracteristici necesare24TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISMEprimele dou cmpuri, respectiv variaia n funcie de vitez a raportului detransmitere de la motor la roile motoare. Se deosebesc urmtoarele situaii: a) Rularea pe grania cmpului de caracteristici (cadranul I, punctele1...5): - punctele 3,4,5, sunt obinute la funcionarea motorului la P=Pmax,respectiv cnd regimul de funcionare al motorului nu se modific (sarcin ituraie constante), iar turaia roilor crete. Rezult n cadranul IV segmentul de arcde hiperbol 3,4,5; - pentru punctul 2 al cmpului de caracteristici (cadranul I), motorul cuardere intern poate funciona la orice turaie din domeniul 2'...2'', astfel cdomeniul it este pe veritcala 2'...2'' (cadranul IV); asemntor se obine i pentrupunctul 1 (cadranul I), domeniul 1'...1'' pentru turaii (cadranul II), i verticala1'...1'' pentru valorile rapoartelor de transmitere (cadranul IV). Din cele prezentate mai nainte se observ c domeniile it pentru graniacmpului de caracteristici oferite sunt diferite, rezultnd concluzia general c,pentru un "convertizor ideal", fr pierderi, mrimea it depinde de putere i devitez. b) Rularea pe o linie special din interiorul cmpului de caracteristicide ofert (NOXmin sau cemin, cadranul II) Considernd pentru nceput rularea pe o cale orizontal n regim stabilizatde vitez (punctele 5,6,7 n cadranul I), se obin: - Pmax i vmax aparin punctului 5. La o vitez mai mic (punctul 6),deplasarea este posibil cu orice turaie a motorului cuprins ntre abciselepunctelor 2'....2'' (cadranul II), de unde rezult n cadranul IV valorile it, prinvalorile ordonatelor punctelor 2'/6...2''/6, necesare rapoartelor de transmitere aletransmisiei; - pentru un alt punct, 7, procednd n mod asemantor se obin, n cadranulIV valorile ordonatelor it =1'/7...1''/7. Domeniile it pentru rularea neaccelerat pe cale orizontal se pot restrngeprin condiii suplimentare legate de valorificarea unor zone sau linii favorabile dincmpul caracteristicilor de ofert. Dou astfel de linii, cu interes n valorificarea performanelor motorului,sunt linia consumului minim de combustibil, cemin, i linia emisiilor poluanteminime, NOX min. Corespunztor punctelor 6 i 7 se obin punctele 2'''/6 i 1'"/7, pentrurularea economic, i, respectiv 2IV/6 i 1IV/6 pentru rularea nepoluant, respectiv orestrngere a valorilor pentru rapoartele de transmitere. Aceast restrngere adomeniului pentru "convertorul de identitate" este posibil prin formularea decondiii speciale pentru autopropulsare.Funcionarea grupului motor-transmisie252.2. Funcionarea global a grupului motopropulsor Interaciunea motor-transmisie-vehicul este definit de constructor n fazade concepie i de conductor n faza utilizrii acestuia. Evoluia componentelor sistemului motor-transmisie-vehicul s-a bazat pe: -optimizarea constructiv a soluiilor existente, realizat prin mbunatiritehnologice, prin adoptarea unor materiale cu caliti superioare etc.; -optimizarea legilor care guverneaz funcionarea grupului motopropulsorsau a legilor de legtur; -mbuntirea acordrii motorului cu transmisia prin numrul i valoarearapoartelor de transmitere sau adoptarea de transmisii de concepie nou, cu oinfinitate de rapoarte de transmitere, cu reglaj automat, continuu etc. Funcionarea global a grupului motor-transmisie este analizat utilizndcaracteristica complex a automobilului. Aceast caracteristic este reprezentareacomun a cmpurilor de ofert ale motorului i ale cmpurilor de necesitate pentruautopropulsarea automobilului, legate prin funciile de "identitate". In figura 2.4 s-a reprezentat caracteristica complex pentru o transmisiemecanic n trepte, iar n figura 2.5 s-a reprezentat caracteristica complex pentru otransmisie cu variaie continu a rapoartelor de transmitere. Caracteristicile cuprind: - cadranul II, n coordonate M-n, oferta de moment a motorului princmpul delimitat de caracteristica extern i printr-o linie favorabil Mopt (deexemplu pentru consumul economic de combustibil); - cadranul IV, n coordonate FR-v, cmpul de ofert pentru fora detraciune, delimitat prin caracteristica de traciune; - cadranul I, n coordonate n-v, legile de "convertire" a cpului dincadranul II n cmpul din cadranul IV. a) Automobil cu transmisie mecanic n trepte (fig.2.4) Fie o transmisie mecanic cu cutia de viteze cu 4 trepte. Funcionarea automobilului cu viteza vA ntr-o anumit stare care necesit ofor la roat de valoare FRA este posibil dac punctul A, cu coordonatele vA i FRA,se gsete n cmpul de ofert pentru fora de traciune. Fie punctul A plasat ntrecurbele corespunztoare funconrii n treptele a 2-a i a 3-a ale cutiei de viteze.Funcionarea este astfel posibil n treapta a 2-a , punctul A2 i n treapta a 3-a,punctul A3. Corespunztor coordonatelor punctului A (vA,FRA), n cmpul de ofert almotorului se definete o curb de funcionare posibil: (2.4)P = FRA v A = M n = cons tan t Corespondentul punctului A pe curba P=ct. este punctul A'2, cndfuncionarea are loc n treapta a 2-a de vitez sau A'3 cnd funcionarea are loc ntreapta a 3-a de vitez. Din analiza celor dou puncte rezult existena a dou variante:26TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISME - utiliznd trepta a 3-a, corespunztorpunctuluiA'3, automobilulfuncioneaz economic, apropiat de curba definit Mopt, dar i de caracteristica extern, cu rezerve mici de putere, cu dezavantajele lipsei de siguran i al performanelordinamicede demarare modeste; - utiliznd trepta a 2-a, corespunztor punctului A'2, se obine o conducere sigur prin rezerva mare de putere, cu performanedinamicede demarare mari, dar, n schimb, prin deprtarea de Mopt,, se Fig. 2.4. Caracteristica complexnregistreaz consumuri mari de pentru o transmisie n treptecombustibil. Alegerea de ctre conductor a uneia dintre cele dou variante esteobional-subiectiv, n funcie de calificare, condiii de deplasare, interese, stil imetod de conducere etc. b) Automobil cu transmisie continu (fig.2.5) n cazul grupului moto- propulsorcutransmisie continu, punctului A de funcionare, definit asemnator cazului precedent, i corespunde o infinitate de valori ale rapoartelor de transmitere ntre A1 i A2 care determin o infinitatedepunctede funcionare ale motorului ntre A'1 i A'2 pe curba de putere constant, corespunztor puterii necesareautopropulsrii n condiiiledefinitede coordonatele punctului A. Dintre toate regimurile de funcionare cel mai economic este cel al punctului Aec, cnd Fig. 2.5. Caracteristica complex motorul funcioneaz pe curba pentru o transmisie continu Mopt,, corespunztoare consu-Funcionarea grupului motor-transmisie27mului minim de combustibil. La creterea substanial a rezistenelor la naintare,funcionarea n acest punct devine nesigur, datorit rezervei mici de putere dat deapropierea curbei Mopt de caracteristica extern. Este necesar modificarea raportului de transmitere pn la atingereapunctului Anec, unde nivelul caracteristicii pariale de funcionare a motoruluiasigur rezerva de putere necesar depirii obstacolului. Funcionnd n Anec, funcionarea este neeconomic, de aceea este necesarrevenirea, dup depirea obstacolului, la Aec. Se desprind de aici urmtoarele dou concluzii: -conductorul nu are posibilitatea s acioneze simultan asupra motorului iasupra transmisiei i s asigure un reglaj optim al grupului motopropulsor,continuu; - n toate situaiile de funcionare este posibil, teoretic, ca utiliznd otransmisie continu s se realizeze valoarea necesar a raportului de transmitere naa fel nct motorul s furnizeze puterea necesar autopropulsrii n condiiileoptimului formulat. Aceste condiii definesc una dintre cile de optimizare a acordrii grupuluimotopropulsor n vederea obinerii performanelor scontate de consum, noxe,dinamicitate, i anume utilizarea unei transmisii cu variaie continu a raportului detransmitere, asistat de un calculator pentru alegerea automat, obiectiv, a valoriirapoartelor de transmitere.2.3. Condiii de determinaretransmitere ale transmisieiarapoartelorde Concordana cmpurilor de ofert i de necesitate se obine prin valorideterminate ale rapoartelor de transmitere. Fa de limitele maxime ale acestorcmpuri, obinute prin valori ale rapoartelor de transmitere, domeniile de variaieale rapoartelor de transmitere se pot restrnge prin condiii suplimentare legate devalorificarea unor zone sau linii favorabile din cmpul caracteristicilor de ofert. n cazul transmisiilor mecanice n trepte, rapoartele de transmitere suntdeterminate, de regul, din condiii de dinamicitate cu acoperiri la schimbareatreptelor. Fa de aceasta regul, dimensionarea cinematic a transmisiei presupuneformularea unor condiii de deplasare pentru automobil. Dintre acestea sunt dereinut condiiile dinamice de demarare, prin timpul i spaiul de demarare, iconsumul minim de combustibil. Deoarece dimensionarea din condiii strict de tip dinamic sau economicintereseaz numai n cazuri particulare, prezint interes dimensionarea cinematic atransmisiei n funcie de necesitatea satisfacerii simultane a mai multor categoriide performane i mrimi de performan.28TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISME2.3.1. Determinarea rapoartelor de transmitere din condiii dedinamicitate Timpul i spaiul de demarare ai automobilului, considerai ca parametride apreciere dinamic ai automobilului, depind, n afara posibilitilor energeticeale motorului, de parametrii constructivi i de mrimile cinematice ale transmisiei. Posibilitile maxime de autopropulsare se obin cnd motorul funcioneazpe caracteristica exterioar. Intereseaz valorile rapoartelor de transmitere pentru care timpul dedemarare total are o valoare minim. O minimizare analitic a expresiei timpului total de demarare nu esteposibil, din cauza urmtoarelor restricii : - pe tot domeniul vitezei automobilului (de la viteza minim pn la ceamaxim) motorul trebuie s funcioneze la o turaie plasat n zona regimurilorstabile de funcionare ale motorului ; - n zona vitezei maxime, cnd acceleraia 0 , expresia timpului dedemarare nu are sens ; -timpul minim de demarare trebuie corelat i cu alte performane aleautomobilului (vitez maxim, pant maxim, consum minim de combustibil etc.). Datrit acestor cauze se prefer o prelucrare numeric cu ajutorulcalculatorului electronic prin baleerea unui cmp larg de valori pentru rapoartele detransmitere. La alegerea unui cuplu de valori pentru rapoartele de transmitere va trebuis se in seama i de performanele amintite mai nainte. n plus, conteaz i timpiide demarare pn la valori intermediare ale vitezei din intervalul VminVmax . Determinarea rapoartelor de transmitere din condiia minimizrii timpuluide demarare presupune reinerea valorilor itr pentru care parametrul dinamic arevaloarea maxim. Printr-o metod asemnatoare se pot determina valorile itr pentru care seobine spaiul minim de demarare. Att timpul, ct i spaiul de demarare nu reprezint parametrii de apreciereai capacitii de demarare a automobilului. Pentru ilustrare se consider situaiiledin figura 2.6, pentru transmisii ale automobilului cu valori diferite ale unorrapoarte de transmitere. n figura 2.6, a este considerat demarajul pn la aceeai valoare a vitezeimaxime, pentru valori diferite ale rapoartelor de transmitere n treapta a 2-a(it2>i't2). Dac suprafeele haurate S1 i S2 sunt egale, rezult timpi egali dedemarare, dar o cretere a spaiului de demarare pentru automobilul cu i't2, sporireproporional cu suprafaa S3 (crete viteza medie pe spaiul de demarare). Pentru cazul ilustrat n figura 2.6,b s-a luat n calcul demarajul pentruvalori diferite ale primelor dou rapoarte de transmitere. n cazul al doilea se obineo reducere a timpului de demarare comparativ cu primul; cnd suprafeele haurateFuncionarea grupului motor-transmisie29a)b)c) Fig.2.6 Parametrii demarajului automobilului n condiii diferitea- valori diferite n treapta a 2-a de vitez; b- valori diferite n primele dou trepte de vitez; c- valori diferite n prima i ultima treapt de vitezS2 i S3 sunt egale, rezult spaii egale de demarare, cea ce nseamn c vitezamedie crete atunci cnd se reduc mrimile rapoartelor de transmitere n primeletrepte ale cutiei de viteze. Pentru situaia prezentat n figura 2.6, c rezult o reducere a timpului ispaiului de demarare pentru varianta 2, cu posibilitatea de a se menineneschimbat viteza medie de demarare. Din cele trei situaii prezentate rezult c dimensionarea cinematic dincondiia de dinamicitate impune corelarea celor dou performane prin minimizareatimpului necesar pentru a parcurge un spatiu dat, sau prin spaii maxime dedemarare n timpi dai, respectiv prin valoarea vitezei medii de demarare.2.3.2. Determinarea rapoartelor de transmitere din condiii defuncionare economic Dimensionarea cinematic a transmisiei din condiii de dinamicitatepresupune plasarea funcionrii motorului n zona turaiilor ridicate, unde putereamedie dezvoltat de motor se apropie de puterea maxim. Aceste zone secaracterizeaz ns prin consumuri specifice mari de combustibil, ceea ce conducela o funcionare neeconomicoas a automobilului. Dintre toate puterile dezvoltate de motor, economicitatea maxim se obinela funcionarea pe curba Popt (figura 2.7). Curba Popt este obinut prin unireapunctelor de putere maxim i minim ale curbelor cu consum specific constant. Deplasarea automobilului cu viteza v1 pe cale cu rezistena specific, (max >IA, seobine: I 2 II21 + A icv + Sicv + SIm ImImF' med t' P' (3.11)= = ISFmed t P I 2 I 21 + A icv + S icv + IAIm IA () Analiznd acest expresie rezult urmtoarele: prin decuplarea ambreiajului naintea schimbrii treptei de vitez,ocurile dinamice din transmisie se pot reduce de pn la de 50200 ori fa decele din momentul schimbrii treptei cu ambreiajul cuplat; percuia P este cu att mai mic, n raport cu percuia P, cu ctmomentul de inerie IA al prii conduse a ambreiajului are o valoare mai redus;acest lucru este psibil printr-o construcie raional a prii conduse a ambreiajuluiprin reducerea maselor i a dezvoltrii radiale; II cum S >> S , rezult c percuia P se micoreaz dac rapoartele de IAImtransmitere ale cutiei de viteze, icv, au valori mai reduse; acest lucru este posibilcnd o parte din valoarea necesar a rapoartelor de transmitere, reprezentat printr-o valoare fix, se realizeaz n puntea motoare, ct mai aproape de roile motoare.Ambreiajul43Valoarea raportului de transmitere care urmeaz a se realiza n puntea motoareformeaz aa numitul raport de transmitere al puntii motoare; reducerea percuiei, la limit pn la zero, se obine cnd se realizeazcuplarea treptelor dup egalizarea vitezelor unghiulare ale roilor care urmeaz a ficuplate. In vederea reducerii maxime a acestei diferene este necesar ca decuplareaambreiajului s fie complet, iar n construcia cutiilor de vitez s fie utilizatesincronizatoare, care permit trecerea de la o treapt de vitez la alta dup ce nprealabil au fost egalizate vitezele unghiulare ale elementelor ce urmeaz a ficuplate.3.1.3. Ambreiajul, dispozitiv de sigurana algrupului motopropulsor Regimurile de funcionare ale automobilului pot fi dinamice tranzitorii idinamice stabilizate. Regimurile de funcionare dinamice tranzitorii secaracterizeaz prin variaii cu vitez mare n timp i n limite largi ale momentelorcare solicit grupul motopropulsor al automobilului. Astfel de regimuri apar lapornirea din loc cu cuplarea brusc a ambreiajului, n timpul frnrilor brute frdecuplarea ambreiajului, la trecerea roilor peste obstacole i peste denivelari mari.Regimurile dinamice stabilizate, caracterizate de variaia momentului n jurul uneivalori medii poat aprea la deplasarea automobilului pe drumuri n stare medie ibun, ele datorndu-se variaiilor locale ale coeficientului de rezisten specific adrumului. Protejarea grupului motopropulsor de sarcinile dinamice ridicate, create nsituaiile descrise mai nainte, atunci cnd ambreiajul este cuplat, are loc prinpatinarea ambreiajului. Legtura de cuplare fcut prin forele de frecare ce iaunatere n suprafeele frontale de contact sub aciunea forelor axiale de apsaredezvoltate n dispozitivul mecanic de apsare, are un caracter limitativ, prinmomentul capabil al ambreiajului. Depirea momentului capabil al ambreiajuluidetermin patinarea ambreiajului, situaie n care, prin transmisie, n starea cuplata ambreiajului, nu se poate materializa un moment superior valorii corespunztoareacestui moment, ambreiajul comportnd-se ca un cuplaj nedistructiv de siguran. In cazul cuplrii brute a ambreiajului se produce o deceleraie puternic adispozitivului de contact al prii conductoare pe suprafaa frontal a priiconduse, datorit creia apare o for de inerie care mrete de 510 ori foreleaxiale de acionare care menin starea normal de cuplare a ambreiajului. In acestfel, prin creterea de cteva ori a momentului capabil al ambreiajului, protejareagrupului motopropulsor prin patinare nu mai este eficient. Pentru a evidenia posibilitile de limitare a solicitrilor dinamice dinmomentul cuplrii se consider automobilul redus la modelul dinamic prezentat nfigura 3.3. Cuplarea brusc a ambreiajului echivaleaz cu introducerea unei legturirigide n sistem. In acest caz, conform teoriei lui Carnot, pentru introducereabrusc a legturii rigide, se poate scrie: E=E1+E2, unde E este energia total a44TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISMEsistemului nainte de ciocnire; E1 energia total a sistemului dup ciocnire; E2 energia cinetic pierdut prin ciocnire. Pentru sistemul din figura 3.3 se obine: 11111222 I m 2 + I P 2 = (I m + I P ) c + I m (m c ) + I P (P c ) ,mP 22222unde c este viteza unghiular a arborilor motor i primar, solidari n rotaie dupcuplarea ambreiajului, cu valoarea: I m m + I P p c =. Im + IP Energia cinetic pierdut, E, se regsete sub forma de energie potenialde rsucire elastic a transmisiei. Lucrul mecanic elementar de rsucire elastic aarborilor este dat de relaia: d L = M d = ct d ,unde M este momentul de rsucire; - unghiul de rsucire; ct- rigiditatea la 2rsucire a transmisiei. Prin integrare rezult lucrul mecanic de rsucire: L = ct 2. Punnd condiia ca lucrul mecanic de rsucire s fie egal cu energia pierdut lacuplarea brusc a ambreiajului i anume: 11 I I2L = E , se obine: ct 2 = m P ( m P ) . 22 Im + IP innd seama c momentul de rsucire este n acest caz un momentdinamic, rezult pentru momentul dinamic generat n transmisie de cuplarea brusca ambreiajului valoarea: Im IP (3.12.)M d = ( m P ) ct Im + IP Din analizarea relaiei (3.12) rezult c n afara aspectului subiectiv alevitrii supraturrii motorului la cuplarea ambreiajului, metoda obiectiv pentrumicorarea momentului dinamic care apare n transmisie la cuplarea brusc aambreiajului const n reducerea rigiditii totale de rsucire a transmisiei. Micorarea rigiditii de rsucire a transmisiei se obine prin nseriereantre dou elemente constructive ale prii conduse a ambreiajului a unui elementelastic suplimentar (fig.3.6). Constructiv, elementul elastic suplimentar este format din mai multearcuri elicoidale 1, din srm, dispuse tangenial n ferestre decupate n disculcondus, fiecare arc avnd unul din capete rezemat de discul 2 al garniturilor icelalalt de flana 3 a butucului.Ambreiajul45 Fa de rigiditatea elementuluielasticsuplimentar se precizeaz c, dac acesta are origiditate prea redus, sarcinile dinamice care aparpot depi chiar sarcinile obinute n lipsaelementului elastic. Explicaia const n faptul crigiditatea redus a elementului elasticsuplimentar creeaz un gol suplimentar, careconduce la apariia ocurilor n transmisie. Tot ca o soluie constructiv menit sduc la diminuarea solicitrilor dinamice din Fig. 3.6. Dispunerea elementuluimomentul cuplrii brute a ambreiajului o elastic suplimentarreprezint sporirea elasticitii axiale a priiconduse a ambreiajului, cnd se diminueaz aciunea forelor de inerie ladecelerarea suprafeelor frontale din contact. Elasticitatea axial se obine princonstrucii speciale ale prii conduse a ambreiajului.3.1.4. Ambreiajul, dispozitiv izolator pentru transmitereavibraiilor de torsiune ntre motor i transmisie Automobilul n ansamblul su formeaz un sistem elastic, care, n timpulfuncionrii este supus permanent aciunii oscilaiilor. Pentru grupul moto-propulsor sursa principal de oscilaii este motorul cu ardere intern, iar factorulperturbator este momentul de torsiune al motorului, care solicit arborele cotit.Acest moment este format dintr-o fundamental corespunztoare turaiei defuncionare i o infinitate de armonici. O alt surs de oscilaii, tot cu aciune continu, o reprezint momentulrezistenelor la naintare determinat de caracteristicile drumului i de regimuldeplasrii. Aceast surs are de obicei un caracter aleator. Transmiterea unor astfel de mrimi grupului motopropulsor, atunci cnduna din frecvenele proprii ale grupului se suprapune peste o armonic amomentului perturbator, creeaz pericolul plasrii unor componente n zone derezonan. In acest caz amplitudinea oscilaiilor crete brusc, tinznd s producruperea organelor mecanice ale grupului. Pentru nlturarea posibilitilor de apariie a fenomenelor de rezonan demai sus se poate interveni prin: - variaia caracteristicilor elastice ale transmisiei, pentru ca rezonana s nupoat surveni n cazul regimurilor de exploatare; - prin introducerea n transmisie a unui element de amortizare capabil sabsoarb energia oscilaiilor; - prin introducerea n transmisie a unui element care s asigure caracterulneliniar al caracteristicii elastice a transmisiei. Cea mai simpl metod const n combinarea unui element elasticsuplimentar cu un element de amortizare.46TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISME Prin introducerea n partea condus a ambreiajului a elementelor elasticesuplimentare, descrise mai nainte, se nltur posibilitatea apariiei rezonanei denalt frecven. Pentru mbuntirea calitilor de izolare se recomand caelementul elastic suplimentar s aib o caracteristic neliniar, obinut cel maifrecvent prin nserierea mai multor arcuri cu intrare succesiv n funciune. Cumrigiditatea elementului elastic nu poate fi cobort sub o anumit limit, eficacitatea lui scade n cazul frecvenelor joase. De aceea, pe lng elementul elastic suplimentar se utilizeaz i un amortizor pentru nlturarea apariiei rezonanei de joas frecven (fig.3.7). Amortizorul 1 montat n paralel cu arcurile 2 ale elementului elastic suplimentar, mpreun cu care formeaz izolatorul de vibraii de torsiune, dispunnd, n construcia prii conduse a ambreiajului, de dimensiuni mici, este realizat de Fig. 3.7. Dispunerea regul cu frecare uscat, sub forma unui pachet de izolatorului pentru vibraii de discuri strnse axial i cu micri relative de torsiune rotaie.3.1.5. Cerinele ambreiajului innd seama de fenomenele prezentate anterior, un ambreiaj bineconceput i corespunztor reglat trebuie s ndeplineasc o serie de cerine dintrecare: la decuplare s asigure desfacerea rapid i total a legturii dintre motori transmisie, pentru a da posibilitatea schimbrii treptelor de vitez fr ocuri ipentru a prentmpina uzura prematur a ambreiajului prin existen frecriimecanice din suprafeele de contact atunci cnd automobilul este oprit cu motoruln funciune i dintre cutia de viteze cuplat; la cuplare s asigure cuplarea lin i complet a motorului cu transmisia,adic s permit o cretere progresiv a momentului pe care l transmite, pentru ase evita pornirea brusc din loc a automobilului i apariia unor solicitri dinamicensemnate n transmisie. Cum n fazele cuplrii ambreiajului o parte din energiamotorului se transform prin patinarea ambreiajului n cldur, ambreiajul trebuies fie capabil s preia ntreaga cldur rezultat, fr a se produce creteripericuloase de temperatur, i s o cedeze cu uurin mediului exterior; n stare cuplat, n toate condiiile normale de funcionare aleautomobilului, s asigure transmiterea integral a momentului maxim al motorului,fr patinare, iar n regimurile n care pot aprea suprasarcini dinamice slimiteze, prin patinare, creterea momentului, evitndu-se astfel suprasolicitareaorganelor transmisiei. De asemenea, fa de caracterul periodic variabil almomentului motorului i aleator variabil al rezistenelor la naintare, ambreiajultrebuie s asigure izolarea transmiterii vibraiilor de torsiune ntre motor itransmisie.Ambreiajul47 In afara condiiilor impuse ambreiajului n diversele faze de funcionare,acesta trebuie s mai ndeplineasc urmtoarele: momentul de inerie al priiconduse, solidare la rotaie cu arborele primar al cutiei de viteze, s fie ct mai mic,un moment mare prelungind durata de egalizare a vitezelor unghiulare ale roilordinate ce urmeaz a fi cuplate; pe toat durata de funcionare, parametrii de bazs varieze ct mai puin, eventualele reglaje impuse de corectarea parametrilorurmnd s se menin timp ndelungat; s aib o durat de serviciu i o rezisten lauzur ct mai mari; s aib dimensiuni geometrice i mase ct mai reduse; sconfere siguran n funcionare printr-o construcie simpl i ieftin.3.2. Construcia ambreiajelor mecanice Ambreiajele mecanice ntlnite n construcia de autoturisme suntambreiaje cu arcuri. Schemele de organizare constructiv a acestor ambreiaje suntprezentate n fig.3.8. Partea conductoare, legat de arborele cotit 1 al motorului, cuprindevolantul 2, de care se monteaz, prin uruburile 3, carcasa 4 a mecanismuluiambreiaj. Solidar n rotaie cu carcasa 4, avnd ns fa de aceasta mobilitaterelativ de translaie, se gsete discul de presiune 5. Pentru realizarea foreinecesare meninerii strii cuplate a ambreiajului, ntre carcasa 4 i discul depresiune 5 sunt montate precomprimate, arcurile periferice 7 (fig. 3.8,a), respectivarcul central diafragm 9 (fig. 3.8,b). Arcurile periferice (poz. 7, fig.3.8,a), dispuse echidistant pe periferiadiscului de presiune, sunt arcuri elicoidale din srm tras cu caracteristic liniar.Strile de funcionare ale ambreiajului sunt determinate prin modificarea sgeiielastice a arcurilor. Pentru aceasta, ambreiajul este prevzut cu prghiile dedecuplare 6. La ambreiajul cu arc central diafragm (fig. 3.8,b), rolul arcurilor depresiune i al prghiilor de decuplare este ndeplinit de un disc subire din oel,(poz. 9), de form tronconic, avnd o serie de brae elastice formate din tieturiradiale. In mecanismul ambreiaj prezentat, arcul se sprijin, prin cercul bazei maripe discul de presiune 5 i, prin reazemul 8 din zona median, de carcasa 4. Situareaarcului n diferite poziii n caracteristica elastic, corespunztoare strilor defuncionare, se obine prin modificarea nlimii trunchiului de con la acionarea cuo for deformatoare asupra cercului bazei mici. Partea condus este reprezentat prin ansamblul discului condus 10, montatprin caneluri pe arborele 11, care, n majoritatea cazurilor, este arborele primar alcutiei de viteze. Partea de comand este reprezentat prin prghia 13 i prin manonul dedecuplare 12. In stare normal, ambreiajul este cuplat. Starea normal cuplat esteefectul arcurilor de presiune 7 (fig.3.8.a), respectiv al arcului diafragma 9(fig.3.8.b), care, montate precomprimat ntre carcasa 4 i discul de presiune 5, n48TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISMEtendina de destindere, vor realiza strngerea discului condus ntre volant i disculde presiune.a)b)Fig. 3.8. Schemele de organizare constructiv a ambreiajelor mecanice cu arcuri: a-ambreiajul cu arcuri periferice; b - ambreiajul cu arc central diafragm Forele normale de apsare dintre suprafeele conduse i suprafeeleconductoare vor determina apariia forelor de frecare, fiecare suprafa de frecarereprezentnd o cale de legtur dintre prile condus i conductoare. Forele defrecare astfel generate, reduse n raport cu axa de rotaie, dau natere momentuluicapabil al ambreiajului. Decuplarea ambreiajului se obine cnd n partea de comand se dezvolt ofor de decuplare Fd, sub aciunea creia manonul de decuplare 12, deplasat axialspre stnga, va roti prghiile de decuplare 6, respectiv generatoarele arculuidiafragm 9, n sens orar. Simultan cu preluarea de ctre prghiile de decuplare aforelor elastice ale arcurilor, prin comprimarea suplimentar a arcurilor, discul depresiune 5 este deplasat axial spre stnga, pn cnd se desface contactul cu frecaredintre prile conductoare i condus. Se obine starea de debreiere (decupareamotorului de transmisie). Ambreierea dup debreiere (recuplarea motorului detransmisie) se obine prin anularea forei de decuplare Fd din partea de acionare,Ambreiajul49cnd, prin destinderea arcurilor n starea anterioar decuplrii, se realizeazcontactul cu frecare dintre partea conductoare i partea condus. Analiznd comparativ construciile celor dou tipuri de ambreiaje, laambreiajele cu arcuri periferice se constat urmtoarele: - apsarea discului de presiune pe suprafaa de frecare se face neuniform; - montarea arcurilor impune o serie de prevederi constructive legate demeninerea lor contra aciunii forei centrifuge la funcionarea motorului i deevitarea aciunii directe a fluxului de cldur rezultat n fazele de patinare aleambreiajului; - prghiile de decuplare impun operaii laborioase de reglare pentrudispunerea capetelor din zona central ntr-un plan paralel cu planul manonuluide decuplare; - gabarit axial mrit determinat de caracteristicile constructive alearcurilor; - fiabilitate redus datorit existenei unui numr mare de piese i cuplemobile cu frecare ce intr n compunerea mecanismului ambreiaj. Pentru analiz comparativ a caracteristicilor de funcionare ale celor doutipuri de ambreiaje, n figura 3.9 se prezint caracteristicilor elastice ale arcurilorprin dependena for elastic (F) -deformaie (f). Curba1corespundeambreiajului cu arcuri periferice,iar curba 2 ambreiajului cu arccentral diafragm. Considernd cambele tipuri de ambreiaje dezvoltiniial acelai moment, bazat pedependena liniar dintre foraarcurilor i momentul capabil alambreiajului, starea iniial cuplatcorespunde punctului C cucoordonatele (Fc,fc). Fa devaloarea sgeii din stare cuplat aambreiajului(fc),sporirea Fig.3.9. Caracteristicile de funcionare aledeformaiei corespunde cursei de ambreiajelor mecanice cu arcuridebreiere, iar reducerea deformaieicorespunde compensrii uzurilor de frecare ale discului condus. Dac h este cursanecesar debreierii, punctele C1 i C2 corespund poziiei decuplate, iar punctele U1i U2, corespunztoare detensionrii arcurilor cu mrimea u, strii de uzurmaxim a garniturilor. Din analiza celor dou caracteristici rezult urmtoarele: - acionarea ambreiajului cu arc diafragm este mai uoar deoarece foranecesar pentru meninerea ambreiajului n poziie decuplat este mai redus laacest tip de ambreiaj (FD2 5(4.4) icv k +1icv kunde q este raia treptelor cutiei de viteze. Deci viteza unghiular a roii 4 este mai mare dect a mufei de cuplare 5.Frnarea roii 4, pentru egalizarea vitezelor unghiulare, se obine prin cuplareaambreiajului, motorul fiind neaccelerat, cu mufa 5 n poziie neutr. n acest fel viteza unghiular a roii 4, corespunztoare vitezei unghinlaremin a arborelui primar devine: 4 = min(4.5) icvk +1 i icvk +1 = cvk min = maxi(4.6)Dar qq nlocuind relaiiile (4.6) n (4.5) i comparnd cu relaia (4.3) se obine: 4 = max = as(4.7) icvk Practic, operaia de egalizare a vitezelor unghiulare presupune urmtoarelefaze : - accelerarea pn la viteza maxim n treapta k ; - decuplarea ambreiajului i aducerea mufei de cuplare n poziia neutr ; - cuplarea ambreiajului cu motorul neaccelerat, circa 1/5 s, timp n caremotorul frneaz roata 4 prin legturile dintre el i roat ; - decuplarea ambreiajului i cuplarea mufei 5 cu roata 4. La trecerea de la treapta superioar k+1 la cea inferioar k, pentru frn demotor, schimbarea descresctoare se produce tot cnd vkmax=vk+1min, dar la turaiaarborelui primar ap=min. Roata 4 solidar cu arborele secundar as, prin mufa decuplare 5, se va roti cu o vitez unghiular : 4 = 5 = as = min ,(4.8) icv k +1iar rota 2, liber pe arborelc secundar, cu o vitez unghiular : min 2 = min =< 5(4.9) icv kicv k +1 q Deci viteza unghiular a roii 2 este mai mic dect a mufei de cuplare 5.Accelerarea roii 2, pentru egalizarea vitezelor unghiulare, se obine prin cuplareaambreiajului i accelerarea motorul cu mufa 5 n poziie neutr. n acest fel vitezaunghiular a roii 2 corespunztoare vitezei unghinlare max a arborelui primar este:Cutii de viteze111 max min q == 10(4.10) icvkicvk +1 q Egalizarea vitezelor unghiulare, respectiv obinerea sincronismului, prinaceste manevre reduce sigurana circulaiei prin obosirea conductorului i,totodat mrete timpul de cuplare a treptelor. Neajunsurile artate sunt nlturateprin utilizarea sincronizatoarelor. In funcie de gradul de perfeciune, unsincronizator este compus din urmtoarele dispozitive: dispozitivul de cuplare,dispozitivul de fixare, dispozitivul de sincronizare i dispozitivul de blocare(interzicere a cuplrii). Dup complexitatea construciei, sincronizatoarele utilizate n construciaautoturismelor se clasific n: sincronizatoare fr blocare: sincronizatorul simplu (cu presiuneconstant) i sincronizatorul Porsche (cu servoefect); sincronizatoare cu blocare: sincronizatorul Borg-Wagner (cu pene sau cupastile de blocare), sincronizatorul Renault (cu pinteni de blocare), sincronizatorulNew Process (cu boluri de blocare) i sincronizatorul ZF. a. Sincronizatorul cu presiune constant Borg-Warner este primulsincronizator utilizat la automobile, fiind fr intrebuinare actual. In figura 4.12se prezint construcia unui sincronizator conic cu presiune constant i fazelesuccesive de cuplare a treptei de vitez a rotii dinate 1, liber pe arborele secundaral cutiei de viteze.2 =a)b)c)Fig. 4.12. Construcia i fazele de functionare ale sincronizatorului cu presiune constant: a- construcia sincronizatorului; b- poziia neutr; c-poziia cuplat Roata dinat 1 (fig.4.12, a) este prevzut cu dantura de cuplare 2 i cusuprafaa tronconic 3. Manonul 6 al sincronizatorului, canelat interior pentru aculisa pe arborele secundar 7, are pe suprafaa exterioar o dantur identicdanturii de cuplare 2 a roii dinate 1. Prin dantura exterioar, manonul se aflpermanent n angrenare cu dantura interioar a mufei baladoare 4. Ansamblulmuf-manon-dantur de cuplare constituie dispozitivul de cuplare. Echidistant pe112TRANSMISII MECANICE PENTRU AUTOTURISMEcircunferina manonului, sunt practicate orificii radiale, n care sunt introdusefixatoarele elastice cu bil i arc 5, care constituie dispozitivul de fixare alsincronizatorului. Pe fiecare dintre prile laterale, manonul este prevzut cu osuprafa tronconic conjugat suprafeei tronconice 3 a roii libere. Cele dousuprafee tronconice conjugate formeaz dispozitivul de sincronizare. Poziia dinfigur 4.10,a corespunde poziiei neutre a sincronizatorului (punct mort). Pentrucuplarea treptei roii 1, conductorul deplaseaz cu o for F1, dezvoltat nmecanismul de comand, mufa 4 axial spre stnga. Datorit legturii elastice prinfixatorul 5, deplasarea axial a mufei este preluat i de manonul 6, pn cndsuprafeele conice conjugate 3 ale roii libere i manonului vin n contact (fig.4.12, b). Frecarea dintre cele dou suprafee tinde s egalizeze vitezele unghiularede rotaie ale roii i manonului, ceea ce permite cuplarea fr ocuri. Cnd roatadinat i manonul se rotesc cu aceeai vitez unghiular (fig.4.12,c), la majorareaforei axiale de acionare (F1< F2), pn cnd bila fixatorului elastic 5 nvinge foraarcului i iese din nuleul inelar al coroanei, mufa avanseaz spre stnga i intrn angrenare cu dantura de cuplare 3 a rotii libere 1. Se obine starea de cuplare atreptei. Pentru ca aceast ultim faz a cuplrii treptei s se produc dupegalizarea vitezelor unghiulare, cuplarea trebuie fcut lin, cu atenie din parteaconductorului. b. Sincronizatorul PORSCHE este o soluie de sincronizator far blocare,deoarece elasticitatea inelului de sincronizare permite cuplarea treptei chiar dacsincronizarea nu este realizat. Construcia i funcionarea sincronizatorului suntprezentate in figura 4.13. Sincronizatorul servete la solidarizarea la rotaie aroilor libere 3 i 10 cu arborele 4. Roile 3 i 10 montate prin intermediulrulmenilor cu ace 9, fac corp comun la una din extremiti cu un butuc cu canelurexterioar.Fig. 4.13. Constructia sincronizatorului Porsche Elementul de cuplare 8, asamblat prin caneluri (cu strngere) pe pinionulliber, dispune, la periferie, de dantur exterioar de cuplare. Intr-o astfel deCutii de viteze113construcie, diametrul suprafeei de frecare (sincronizare) este independent dedimensiunile pinionului, deci i de numrul su de dini. n partea opus danturii decuplare este practicat un prag 16, sub forma unei creteri de diametru. Manonul(butucul) 6 al sincronizatorului este montat prin canelurile 14 pe arbore avndacelai regim de rotaie cu acesta; exteriorul se limiteaz la trei zone de ghidare 7,pe care culiseaz manonul balador de cuplare1. Inelul de sincronizare 12, de forma unui segment circular, constituie parteaesenial a dispozitivului de sincronizare; la exterior, profilul este compus dintr-osuprafa conic racordat unei suprafee cilindrice. n canalul inelului ptrundepintenul 16. Poziia axial fa de elementul de cuplare 8 este asigurat de ctre uninel de siguran 15. Manonul balador 1 este prevzut la exterior cu un canal circular n careptrunde furca de cuplare 13; la interior este prevzut cu dantura de cuplare 11,utilizat i pentru antrenare de ctre cele trei extremiti ale butuculuisincronizatorului. Diametrul interior al coroanei dinate a manonului balador 1este ceva mai mic dect diametrul exterior al inelelor de sincronizare 12, cndacestea se gsesc n stare liber. In figura 4.14 se prezint etapele de cuplare ale unei trepte cu ajutorulsincronizatorului Porsche. Lainceputul cuplrii sub apsareafurcii de comand, manonulbalador 1 se deplaseaz ctrepinionul liber i intr ncontact cu poriunea conic ainelului de sincronizare 1,2 a)b)c)determinndcomprimarea Fig. 4.14. Fazele de functionare aleacestuia. (fig.4.14, a). sincronizatorului Porsche Subaciunea a-intrarea n contact; b-comprimarea inelului demomentului de frecare ce ia sincronizare; c-pozitia cuplatnatere ntre suprafeele defrecare, inelul de sincronizare,solidar n rotaie cu roata liber prin elementul de cuplare 8 (din fig.4.13), datoritfaptului c are diametrul exterior mai mare dect diametrul de trecere almanonului balador 1 n tendina de nchidere apas suplimentar asupra dinilormanonului balador. Forele de frecare care apar n planul de alunecare determindeschiderea inelului, care mrete cuplul de frecare i, prin deformarea inelului desincronizare, mpiedic manonul balador s nainteze ctre dantura de cuplare aelementului anexat pinionului liber. Rezult c sincronizatorul Porsche prezint unefect de autoamplificare, meninut pn la egalizarea vitezelor unghiulare alearborelui i roii care se cupleaz. Dup egalizarea vitezelor unghiulare ale pinionului i arborelui, neexistndmicare relativ, manonul balador poate comprima inelul de sincronizare inainta (fig.4.14, b) ctre pinionul libe