CALCULUL SI CONSTRUCTIA AUTOMOBILELOR -I- Curs 2

AMBREIAJE Este subansamblul plasat între motor si transmisie cu rolul de a separa cinematic cele doua elemente dar si de a compensa principalele dezavantaje ale motorului cu ardere interna: - nu poate fi pornit sub sarcina, - nu se poate inversa sensul de rotatie, - miscarea neuniforma a arborelui cotit, - existenta unei zone de instabilitate a functionarii motorului.

Cerinte impuse ambreiajului Rolul ambreiajului - asigura decuplarea rapida si completa a transmisiei de motor la oprirea autovehiculului sau la schimbarea treptelor de viteza, - asigura demararea în conditii optime asigurând o crestere progresiva a solicitarilor în transmisie, - limitarea vibratiilor torsionale ale motorului sau ale transmisiei, - rol de cuplaj de siguranta. Cerinte impuse ambreiajului - sa decupleze complet si rapid motorul de transmisie pentru a permite schimbarea treptelor de viteza si pentru a evita uzura prematura a garniturilor de frictiune, - cuplarea lina si progresiva pentru a asigura cresterea treptata a momentului motor pe care-l transmite mai departe, - transmiterea momentului motor în totalitate în orice conditii (normale) de exploatare, - sa fie capabil sa preia în totalitate caldura produsa în urma cuplarilor si decuplarilor succesive si sa o evacueze fara probleme, - sa protejeze motorul si transmisia prin patinarea organelor sale, în toate regimurile în care apar suprasarcini, - partea condusa a ambreiajului sa aiba moment de inertie cât mai mic, - fortele axiale normale pe suprafata de frecare sa se echilibreze reciproc, - rezistenta mare la uzura, - sa-si pastreze parametri functionali în orice regim de functionare.

Clasificarea ambreiajelor 1. Dupa modul de actionare - neautomate, - automate, actionarea lor facându-se în functie de turatie, sarcina sau în functie de pozitia levierului pentru schimbarea vitezelor. 2. Dupa modul de transmitere a momentului motor - mecanice cu frictiune, care sunt caracterizate de faptul ca transmit momentul motor prin fortele de frecare care apar între partea conducatoare si partea condusa, - hidraulice, care transmit momentul motor prin intermediul unui lichid de lucru, aflat într-un circuit închis, - magnetice, care transmit momentul prin intermediul câmpurilor magnetice, - ambreiajele combinate.

Ambreiajele mecanice cu frictiune se clasifica: dupa forma suprafetelor de frecare si directia de apasare a fortei de presiune: - ambreiaje cu discuri (cele mai utilizate), la care forta de presiune actioneaza axial, - ambreiaje cu tamburi, la care forta de apasare actioneaza radial, - ambreiaje cu conuri la care forta de presiune actioneaza radial axial. dupa modul de realizare a fortei de presiune: - ambreiaje cu arcuri, - cu pârghii, - electromagnetice, - cu apasare hidraulica. dupa constructia mecanismului de actionare: - normal cuplate, - facultativ cuplate (pe tractoare, pe senilate), caz în care este actionat printr-o maneta. dupa natura frecarii putem avea: - cu frecare uscata, - cu frecare umeda, caz în care se introduce în baie de ulei (motociclete, autocamioane, masini sport). Sunt multidisc. dupa modul de distributie din transmisie avem: - ambreiaje cu un singur sens (simple), - ambreiaje cu doua sensuri.

Constructia ambreiajului mecanic cu frictiune Parti componente A) partea conducatoare - totalitatea elementelor aflate în legatura permanenta cu arborele cotit si în acelasi regim de miscare cu acesta. B) partea condusa - totalitatea elementelor ambreiajului legate de arborele primar al cutiei de viteze si aflat în legatura permanenta cu acesta. C) sistemul de actionare, compus din elementele exterioare ambreiajului: D) carterul ambreiajului, 1. volant, 2. mecanism de ambreiaj, 3. disc de frictiune, 4. rulment de presiune 5. furca de actionare (pârghia), 6. cablu de actionare.

Ambreiaj cu arcuri periferice cilindrice pe un rand 1. rulment de sprijin arbore ambreiaj 2. volantul motorului 3. disc de frictiune, 4. disc de presiune 5. carter 6. parghie decuplare 7. carcasa 8. rulment de presiune 9. arborele ambreiajului 10. arcuri de presiune

Ambreiaj cu doua discuri Ambreiaj cu arcuri periferice pe doua randuri

Ambreiaj cu arc central elicoidal

Ambreiaj centrifugal cu saboti

Ambreiaj centrifugal cu disc 1. volantul motorului 2. arcuri ce mentin ambreiajul decuplat 3. disc de presiune, 4. disc reactiv 5. disc de frictiune 6. carcasa 7. contragreutati articulate pe carcasa 8. arcuri de presiune

Ambreiaj cu arc diafragma 1. volant 2. disc de frictiune 3. disc de presiune, 4. carcasa 5. rulment de presiune 6. arc diafragma 7. stift 8,9. inele reazem 10. piesa de legatura

Functionarea arcului diafragma a) ambreiaj cuplat; b) ambreiaj decuplat; c) detaliu punct articulatie

Parametri principali de calcul la ambreiajele mecanice Coeficientul de siguranta β : Ma = β●MM - valori bazate pe date statistice; - cresterea valorii lui β: patinare scazuta, durata crescuta de functionare, imbunatatirea demarajului, valori ridicate ale fortei de actionare, scaderea capacitatii de protectie la sarcini dinamice accidentale. Valori recomandate: - autoturisme: β = 1,2.....1,75 - autobuze si camioane in conditii normale: β = 1,6.....2 - camioane in conditii grele: β = 2.....2,25 - ambreiaje centrifuge: β = 1,1.....1,3 - ambreiaje multi-disc β se majoreaza cu 15...20%

Presiunea specifica p0: - i - numarul suprafetelor de frecare; -  - coeficientul de frecare; - D, d - diametrul exterior, interior al suprafetei de frecare; Valori recomandate: - garnituri de frecare pe baza de azbest: p0 = 0,17.....0,30 MPa - garnituri de frecare pe baza de materiale metalo-ceramice: p0 = 1,5.....2 MPa

Lucrul mecanic specific de patinare l : - se calculeaza pentru regimul de pornire de pe loc: Lucrul mecanic de patinare L: - A - aria de frictiune [cm2] - n - turatia motorului la pornirea de pe loc [rot/min]; - r - raza de rulare a rotii [m]; - itr - raportul total de transmitere in treapta I (i0*itr1); -  - coeficientul rezistentei totale a drumului; - Ga - greutatea autovehicolului [daN]; - g - acceleratia gravitationala [m/s2]; - k - coeficient de proportionalitate (autoturisme k = 30..50 Nm/s, autobuze si autocamioane k = 50...150 Nm/s) Valori recomandate: - autoturisme l = 100....120 Nm/cm2 - autocamioane sub 5kN l = 15..25 Nm/cm2 - autocamioane peste 5kN si autobuze l = 40...60 Nm/cm2

- pentru placa de presiune si volant la ambreiajele bi-disc :  = 0,25 Cresterea de temperatura in piesele ambreiajului t: -  - coeficient ce indica cota parte din lucrul mecanic, transformat in caldura, preluata de piesele ambreiajului; - L - lucrul mecanic de patinare; - mp- masa pieselor ce se incalzesc; - c - caldura specifica pentru fonta si otel, c = 500 J/kgC Valori recomandate: - pentru placa de presiune si volant la ambreiajele monodisc si discul intermediar la ambreiajele bi-disc:  = 0,5 - pentru placa de presiune si volant la ambreiajele bi-disc :  = 0,25 Valori recomandate: t = 8....15 C

Calculul ambreiajelor mecanice Calculul suprafetei de frecare necesare: 1. 4. 2. 5. 3. 6. Valori limitative: Dmax = 350...360 mm Valorile D,d pentru garniturile de frictiune sunt recomandate in tabele.

Calculul arcurilor de presiune elicoidale: - porneste de la calculul momentului de frecare al ambreiajului: 1. 2. 3. - β - coeficient de siguranta - i - numarul suprafetelor de frecare; - F - forta de apasare pe discul de presiune; -  - coeficientul de frecare; - Rmed - raza medie a garniturii de frictiune. Valorile fortei necesare la arc Fa: - arc central fara multiplicarea fortei: Fa = F - arc central cu parghii pentru multiplicarea fortei: Fa = F/K (K - raport de multiplicare parghii) - arcuri periferice: Fa = F/z (z - numar de arcuri) Valori limitative: - a = 700 MPa - coeficient de asimetrie R = 0,8...0,9 - distanta minima intre spire la inaltimea minima: 1 mm - numarul de spire de calcul se majoreaza cu 1,5...2

Calculul arcului de presiune tip diafragma: - F1 - forta de prestrangere - F2 - forta de decuplare - f1 - sageata la prestrangere; - f2 - sageata la decuplare - E - modulul de elasticitate al materialului arcului;

- f2' - sageata datorata rotirii sectiunii arcului; - f2" - sageata datorata deformatiei elastice a lamelelor. -  - raportul intre latimea efectiva a lamelelor si lungimea plina a perimetrului total;

Verificarea arcului diafragma: -  - coeficientul lui Poisson ( = 0,25 pentru otel); -  - unghiul de inclinare al arcului; Valoarea ech se compara cu c pentru N < 105 cicli sau cu -1 pentru N > 107 cicli.

Calculul arborelui ambreiajului: Din conditia de rezistenta la solicitari compuse (torsiune si incovoiere - se majoreaza momentul cu 20% pentru a tine cont si de incovoiere): Verificarea la strivire Verificarea la forfecare a canelurilor - at = 100...130 MPa - s, at = 20...30 MPa, pentru conditii normale l = De pentru conditii grele l = 1,4De

Calculul elementelor de fixare si ghidare: Fixarea se face cu urechi, bolturi sau prezoane. Urechile si bolturile se verifica la strivire si forfecare: Prezoanele se verifica incovoiere si tractiune: Valori limitative: rez = i + t < 80 MPa, is < 25 MPa Discurile de presiune se verifica la presiunea de contact:

CONSTRUCTIA SI CALCULUL MECANISMELOR DE ACTIONARE PENTRU AMBREIAJE MECANICE Conditii impuse: - Forta la pedala: 100-150 N autoturisme, 150-200 N autocamioane si autobuze - Cursa pedalei: max. 120-150 mm - Posibilitatea reglarii cursei la pedala in functiune de uzura Clasificare: - Mecanice - Hidraulice - Automate - Neautomate Mecanism de actionare mecanic: 1 - rulment de presiune 2 - pedala 3,7,8 - arcuri de revenire 4 - furca ambreiaj 5 - parghie de decuplare 6,9 - tije

Schema de calcul pentru sistemul mecanic de actionare - Raportul de transmitere im (se recomanda im = 30...45) - Deplasarea totala a mansonului de decuplare Sm (se recomanda Sm = 30...45) i - nr. suprafetelor de frecare S - distanta dintre suprafetele de frecare: S = 1,25...1,5 mm 1 disc, S = 0,4...0,8 mm 2 discuri, S = 0,4...0,5 mm n discuri - Deplasarea totala a pedalei: - Forta la pedala: Fp - forta necesara decuplarii F - forta arcurilor de presiune in pozitia decuplat m = 0,6..0,8 randament mecanic

- Pedala este supusa la solicitari compuse: (ech = 50...60 MPa) i - tensiunea de incovoiere t - tensiunea de torsiune - Tijele sunt solicitate la flambaj: E - modul elasticitate Imin - momentul minim de inertie l - lungimea tijei intre reazeme Fcr - forta critica de flambaj  - coeficient de siguranta la flambaj

- Furca de decuplare este supusa la incovoiere sub actiunea fortei arcurilor de presiune, F: Cunoscand modulele de rezistenta la incovoiere ale sectiunilor A1A1, A2A2 se calculeaza si se limiteaza i1,2 = 10..20 MPa Suprafetele in contact se verifica la uzura: as = 300...320 MPa b1 - latimea; d1 - diametrul; E - modul elasticitate; Q2 - forta de actionare

Constructia sistemului hidraulic de actionare 1 - pedala 2- rezervor 3 - cilindru principal 4 - piston 5,9 - tija 6 - rulment de presiune 7 - furca ambreiaj 8 - parghie decuplare 10 - cilindru receptor 11 - piston 12 - conducta

Schema de calcul pentru sistemul hidraulic de actionare - Raportul de transmitere ih (se recomanda ih = 30...50) - Deplasarea totala a pedalei:

Mecanisme de actionare automate 1 - generator electric 2,7 - contacte fixat pe schimbatorul de viteze 3 - contact pentru conditiile de drum 4 - contact recuperare energie 5 - contact de avarie 6 - contact fixat pe clapeta de acceleratie R1 - rezistenta reglare forta ambreiere R2 - rezistenta calibrare ambreiaj R3 - rezistenta pentru conditii de drum (orizontal, panta etc.)