Calculul si constructia ambreiajului

La majoritatea autovehiculelor ambreajul se fixeaza de volantul motorului, marind asfel momentul de inertie al acestuia, si constitue in cazul ambreajelor mecanice, un cuplaj de frictiune, prin care, cu ajutorul fortelor de frecare cuplul motorului se transmite la rotile motoare, prin transmisia autovehiculelor. In cazul ambreajelor hidraulice el joaca chiar rol de volant.

Includerea ambreiajului in transmisia autovehiculului are drept scop compensarea principalelor dezavantaje ale motorului cu ardere interna, functionare instabila si mers neuniform al arborelui cotit.

Ambreiajul 2 (fig.1) reprezinta un cuplaj de legatura intre arborele cotit al motorului 1 si arborele primar al cutiei de viteze 3, fiind amplasat in vecinatatea volantului motorului, cu care este compatibil in dimensiuni.

Ambreiajul este inclus in transmisia automobilului in vederea compensarii principalelor dezavantaje functionale ale motorului cu ardere interna precum si ale cutiei de viteze mecanice in trepte. El serveste la:

cuplarea progresiva a motorului cu restul transmisiei la pornirea din loc a automobilului;

decuplarea temporara a transmisiei la:

pornirea motorului termic, in vederea atingerii regimului de functionare regimului de functionala stabila a acestuia;

schimbarea treptelor de viteza;

franarea automobilului pana la oprire;

limitarea valorii maxime a momentului de torsiune din organele transmisiei si motorului (cuplaj de siguranta);

izolarea intre motor si transmisie a vibratiilor torsionale provenite din functionarea motorului si din deplasarea automobilului pe cale.

Fig.2. Compunerea generala

a ambreiajului

Constructiv, ambreiajul este constituit din partea conducatoare, partea condusa si sistemul de actionare.

Partea conducatoare reprezentata prin volantul 1 al motorului si mecanismul de ambreiaj 2, cuprinde totalitatea elementelor ambreiajului legate prin legaturi permanente cu arborele cotit al motorului. Partea conducatoare se afla intotdeauna in acelasi regim de miscare cu arborele cotit al motorului.

Partea condusa reprezentata de discul de ambreiaj 3 si arborele ambreiaj (daca acesta exista ca piesa distincta), cuprinde totalitatea elementelor ambreiajului legate prin legaturi permanente de arborele primar al cutiei de viteze, cu care se afla in acelasi regim de miscare.

Sistemul de actionare, reprezentat prin mansonul de decuplare 4, furca 5 si un dispozitiv extern de comanda 6, mecanic sau hidraulic, cuprinde totalitatea elementelor ce participa la stabilirea sau desfacerea legaturii, numita legatura de cuplare, dintre partea conducatoare si partea condusa.

Starea cuplata a ambreiajului corespunde existentei legaturii de cuplare, iar starea decuplata corespunde desfacerii legaturii de cuplare. Trecerea ambreiajului din stare decuplata in stare cuplata se obtine in urma actiunii de debreiere, iar trecerea din starea cuplata in starea decuplata se obtine in urma debreierii.

Dupa felul legaturii de cuplare se deosebesc:

ambreiaje mecanice,tratate in aceasta lucrare: ambreiajele la care legatura de cuplare este reprezentata de fortele de frecare ce iau nastere in suprafetele frontale de contact ale partilor conducatoare si condusa sub actiunea unor forte normale de apasare dezvoltate in sistemele mecanice rigide sau elastice;

ambreiaje hidrodinamice (hidroambreiajele): ambreiajele la care legatura de cuplare se obtine printr-un lichid, dupa principiul de lucru al masinilor hidraulice rotative;

ambreiaje electromagnetice: ambreiajele la care legatura de cuplare este consecinta unui camp electromagnetic indus ansamblului condus de ansamblul conducator.

Un ambreiaj bine conceput si corespunzator reglat trebuie sa indeplineasca o serie de cerinte, dintre care:

la decuplare sa asigure desfacerea rapida si totala a legaturii dintre motor si transmisie, pentru a da posibilitatea schimbarii treptelor de viteza fara socuri si pentru a preintampina uzura prematura a ambreiajului prin existenta frecarii mecanice din suprafetele de contact atunci cand automobilul este oprit cu motorul in functiune si din cutia de viteze cuplata;

la cuplare sa asigure cuplarea lina si completa a motorului cu transmisia, adica sa permita o crestere progresiva a momentului pe care il transmite, pentru a se evita pornirea brusca din loc a automobilului si aparitia unor solicitari dinamice insemnate in transmisie. Cum in fazele cuplarii ambreiajului o parte din energia motorului se transforma prin patinarea ambreiajului in caldura, ambreiajul trebuie sa fie capabil sa preia intreaga caldura rezultata, fara a se produce cresteri periculoase de temperatura, si sa o cedeze cu usurinta mediului exterior;

in stare cuplata, in toate conditiile normale de functionare ale automobilului, sa asigure transmiterea integrala a momentului maxim al motorului, fara patinare, iar in regimurile in care pot aparea suprasarcini dinamice sa limiteze, prin patinare, cresterea momentului, evitandu-se astfel suprasolicitarea organelor transmisiei. De asemenea, fata de caracterul periodic variabil al momentului motorului si aleatoriu variabil al rezistentelor de inaintare, ambreiajul trebuie sa asigure izolarea transmiterii vibratiilor de torsiune intre motor si transmisie.

In afara conditiilor impuse ambreiajului in diversele faze de functionare, acesta trebuie sa mai indeplineasca urmatoarele: momentul de inertie al partii conduse, solidare la rotatie cu arborele primar al cutiei de viteze, sa fie cat mai mic, un moment mare prelungind durata de egalizare a vitezelor unghiulare ale rotilor dintate ce urmeaza a fi cuplate, pe toata durata de functionare, parametrii de baza sa varieze cat mai putin, cuplate; pe toata durata de functionare, parametrii de baza sa varieze cat mai putin, eventualele reglaje impuse de corectarea parametrilor urmand sa se mentina timp indelungat; sa aiba durata de serviciu si o rezistenta la uzura cat mai mari; sa aiba dimensiuni geometrice si mase cat mai reduse; sa confere siguranta in functionare printr-o constructie simpla si ieftina.

In constructia de automobile, ambreiajele mecanice, de frictiune, au capatat raspandirea cea mai larga, dat fiind faptul ca ele satisfac in buna masura cerintele principale, respectiv: sunt simple, ieftine, sigure in exploatare, usor de manevrat si au momente de inertie mici ale pieselor partii conduse. Functionarea ambreiajelor mecanice este bazata pe folosirea fortelor de frecare ce apar intre suprafetele partilor conduse si conducatoare ale acestora.

Alegerea tipului constructiv

Ambreiajele mecanice intalnite in constructia de autoturisme sunt ambreiaje cu arcuri.

Partea conducatoare, legata de arborele cotit 1 al motorului, cuprinde volantul 2, de care se monteaza, prin suruburile 3,carcasa 4 a mecanismului ambreiaj. Solidar in rotatie cu carcasa 4, avand insa fata de ceasta mobilitate relativa de translatie, se gaseste discul de presiune 5. Pentru realizarea fortei necesare mentinerii starii cuplate a ambreiajului, intre carcasa 4si discul de presiune 5 sunt montate precomprimat, arcurile periferice 7, respectiv arcul central diafragma 9.

Arcurile periferice, dispuse echidistant pe periferia discului de presiune, sunt arcuri elicoidale din sarma trasa cu caracteristica liniara. Starile de functionare ale ambreiajului sunt determinate prin modificarea sagetii elastice a arcurilor. Pentru aceasta, ambreiajul este prevazut cu parghiile de decuplare6

.

a) ambreiaj cu arcuri periferice b)ambreiajul cu arc central diafragma

Fig.3. Schemele de organizare constructiva a ambreiajelor mecanice cu arcuri

La ambreiajul cu arc central diafragma rolul arcurilor de presiune si al parghiilor de decuplare este indeplinit de un disc subtire din otel de forma tronconica, avand o serie de brate elastice formate din taieturi. In mecanismul ambreiaj prezentat, arcul se sprijina, prin cercul bazei mari pe discul de presiune 5 si, prin reazamul 8 din zona mediana, de carcasa 4. Situarea arcului in diferite pozitii in caracteristica elastica, corespunzatoare starilor de functionare, se obtin prin modificarea inaltimii trunchiului de con la actionarea cu o forta deformatoare asupra cercului bazei mici.

Partea condusa este reprezentata prin ansamblul discului condus 10, montat prin caneluri pe arborele 11, care, in majoritatea cazurilor, este arborele primar al cutiei de viteze.

Partea de comanda este reprezentata prin parghia 13 si prin mansonul de decupare 12.

In stare normala, ambreiajul este cuplat. Starea "normal cuplata" este efectul arcurilor de presiune 7 (fig.3.a), respectiv al arcului diafragma 9 (fig.3.b), care, montate precomprimat intre carcasa 4 si discul de presiune 5, in tendinta de destindere, vor realiza strangerea discului condus intre volant si discul de presiune.

Fortele normale de apasare dintre suprafetele conduse si suprafetele conducatoare vor determina aparitia fortelor de frecare, fiecare suprafata de frecare reprezentand o cale de legatura dintre partile condusa si conducatoare. Fortele de frecare astfel generate, reduse in raport cu axa de rotatie, dau nastere momentului capabil al ambreiajului.

Decuplarea ambreiajului se obtine cand in partea de comanda se dezvolta o forta de decuplare F_d, sub actiunea caruia mansonul de decuplare 12, deplasat axial spre stanga, va rotii parghiile de decuplare a fortelor elastice ale arcului diafragma 9, in sens orar. Simultan cu preluarea de catre parghiile de decuplare a fortelor elastice ale arcurilor, prin comprimarea suplimentara a arcurilor, discul de presiune 5 este deplasat axial spre stanga, pana cand se desface contactul cu frecare dintre partile conducatoare si condusa. Se obtine starea de debreiere (decuplarea motorului de transmisie). Ambreierea dupa debreiere ( recuplarea motorului de transmisie ) se obtine prin anularea fortei de decuplare F_d din partea de actionare, cand, prin destinderea arcurilor in starea anterioara decuplarii, se realizeaza contactul cu frecare dintre partea conducatoare si partea condusa.

Analizand comparativ constructiile celor doua tipuri de ambreiaje, la ambreiajele cu arcuri periferice se constata urmatoarele:

apasarea discului de presiune pe suprafata de frecare se face uniform;

montarea arcurilor impune o serie de prevederi constructive legate de mentinerea lor contra actiunii fortei centrifuge la functionarea motorului si de evitarea actiunii directe a fluxului de caldura rezultat in fazele de patinare ale ambreiajului;

parghiile de decuplare impun operatii laborioase de reglare pentru dispunerea capetelor inferioare intr-un plan paralel cu planul mansonului de decuplare;

fiabilitate redusa datorita existentei unui numar mare de piese si cuple mobile si cu frecare ce intra in compunerea ambreiajului.

Pentru analiza comparativa a caracteristicilor de functionare ale celor doua tipuri de ambreiaje, in figura .. se prezinta caracteristicile elastice ale arcurilor prin dependenta forta elastica (F)-deformatie (f), unde curba 1 corespunde ambreiajului cu arcuri periferice, curba 2 ambreiajului cu arc central diafragma, punctul C corespunde starii cuplate a ambreiajului, Dh cursa necesara debreierii, puncteleD₁ si D₂ corespund pozitiei decuplate, punctele U₁, U₂ corespund detensionarii arcurilor cu marimea Du, starii de uzura maxima a garniturilor. Din analiza celor doua caracteristici rezulta urmatoarele:

actionarea ambreiajului cu arc diafragma este mai usoara deoarece forta necesara pentru mentinerea ambreiajului in pozitie decuplata este mai redusa la acest tip de ambreiaj (F_D1<<F_D2);

ambreiajul cu arc central diafragma prezinta o progresivitate ridicata la cuplare datorita elasticitatii mari a arcului diafragma;

ambreiajul cu arc central diafragma nu are tendinta de patinare la uzarea garniturilor, deoarece momentul capabil al ambreiajului se mentine in jurul valorii nominale de nou pe toata durata de functionare a ambreiajului (corespunzatoare uzarii garniturilor cu marimea Dh

toate elementele constructive sunt piese de revolutie, astfel ca echilibrarea ambreiajului se face fara dificultate.

La ambreiajele cu arc central diafragma, in functie de sensul de actionare al fortei de decuplare, se disting doua tipuri: ambreiajul cu arc diafragma decuplabil prin comprimare, numit si ambreiaj de tip apasat si ambreiajul cu arc diafragma decuplabil prin tractiune, numit si ambreiaj de tip tras.

   

Fig.5. Tipuri constructive de ambreiaje cu arcuri diafragma

a) ambreiaj cu arc diafragma 'apasat

b) ambreiaj cu arc diafragma 'comprimat'

Constructia ambreiajului cu arc diafragma de tip apasat cuprinde in partea conducatoare: volantul 1 al motorului, carcasa ambreiajului 2, discul de presiune 3 si arcul diafragma 4, montat precomprimat in carcasa. Solidarizarea in rotatie dintre discul de presiune 3 si carcasa 2 se face prin intermediul lamelelor elastice multiple 5, care permit si translatiile relative dintre disc si carcasa necesare decuplarii si compensarii uzurilor.

Constructia ambreiajelor cu arc diafragma de tip tras difera prin modul de montare al arcului diafragma 1 precomprimat intre carcasa 2 si discul de presiune 3 prin rezemarea de carcasa prin cercul bazei mari. Starea decuplata se obtine prin departarea mansonului de decuplare 4 de volantul motorului.

Aleg ambreiaj mecanic neautomat cu arc central diafragma de tip apasat.

Elemente de calcul ale ambreajului

Calculul abreajului cuprinde determinarea dimensiunilor principale in raport cu valoarea maxima a momentului motor, in functie tipul si destinatia automobilului si de verificarea la rezistenta a principalelor piese componente.

2.Deteminarea parametrilor de baza ai ambreajului

Parametrii principali care caracterizeaza costructia ambreajului se refera la coieficientul de siguranta (), presiune specifica () si cresterea de temperatura () in ambreaj la pornirea din loc a automobilului

Determinarea momentului de calcul

In timpul functionarii ambreiajelor, ca urmare a frecarilor normale normale din fazele de cuplare decuplare ale ambreiajului, suprafetele de frecare ale discului conduse sunt supuse uzurii. Fata de constructia mecanismului ambreiaj si modul de generare a fortelor de cuplare, uzarea garniturilor de frecare determina o detensionare a arcurilor si deci o modificare a fortei de apasare. Pentru ca ambreiajul sa fie capabil sa transmita momentul maxim al motorului si in cazul in care garniturile de frecare sunt uzate, la dimensionarea ambreiajului se adopta momentul capabil al ambreiajului mai mare decat momentul maxim al motorului.

In calculele de predimensionare acest lucru este luat in considerare prin coeficientul de siguranta al ambreiajului, notat b si definit ca valoare a raportului dintre momentul de calcul al ambreajului(M_M) si momentul maxim al motorului (M_M)

Momentul de calcul se determina cu formula:

(1)

Alegerea valorii coeficientului de siguranta al ambreiajului in vederea determinarii momentului necesar al ambreiajului se face tinandu-se seama de tipul si destinatia automobilului, precum si de particularitatile ambreiajului.

Pentru valori mari ale coeficientului de siguranta b se reduce intensitatea patinarii ambreiajului la uzarea garniturilor de frecare, se reduce lucrul mecanic de patinare si, prin aceasta, se sporeste durata de functionare a ambreiajului si se reduce timpul de ambreiere, imbunatatindu-se dinamicitatea automobilului.

Marirea exagerata a coeficientului de siguranta contribuie la aparitia unor suprasarcini in transmisie, in special la franarea brusca a automobilului, prin diminuarea capacitatii de protectie prin patinare. In plus, cu cat b are valori mai ridicate, cu atat si forta necesara pentru cuplarea ambreiajului devine mai mare.

Ambreiajul la care coeficientul de siguranta are valori reduse protejeaza bine transmisia de suprasarcini, deoarece patinarea ambreiajului are loc la valori mai mici ale momentului de torsiune, deci mai usor si mai frecvent in timpul deplasarii automobilului. Aceasta situatie poate deveni dezavantajoasa, deoarece alunecarile frecvente provoaca uzura prematura a discurilor.

De-a lungul duratei de utilizare a automobilului, prin uzarea garniturilor de frecare ale ambreiajului valoarea coeficientului de siguranta se modifica dupa caracteristica elastica a arcurilor utilizate. Corespunzator reducerii fortelor de apasare a arcurilor datorita uzarii ambreiajului scade si valoarea momentului capabil al ambreiajului. Indeplinirea cerintei de transmitere integrala a momentului maxim al motorului limiteaza scaderea coeficientului de siguranta al ambreiajului uzat pana la limita: b_u³

Tinand seama de precizarile de mai inainte, pentru valorile coeficientului de siguranta al ambreiajului, in concordanta cu valorile intalnite la automobile similare, se recomanda b=1,4.1,7 pentru autoturisme cu capacitate normala de trecere, b=2,0.2,5 pentru autoturisme cu capacitate marita de trecere; b=3.4 pentru autoturisme de competitii sportive. Valorile spre limita superioara se recomanda in cazul ambreiajelor cu arcuri elicoidale la care reducerea fortei elastice este direct proportionala cu uzura garniturilor, iar valorile spre limita inferioara se recomanda in cazul arcurilor centrale diafragma, la care forta capabila a arcurilor este putin influentata de modificarea sagetii de precomprimare a arcului in limita uzurilor normale.

Pentru calcule de dimensionare a ambreiajului se alege b

Presiunea specifica (p₀)

Presiunea specifica dintre suprafetele de frecare ale ambreajului reprezinta raportul dintre forta dezvoltata de arcul presiune (F) si aria unei suprafete de frecare a ambreiajului(A), dupa relatia:

(2)

Valoarea maxima a presiunii specifice este limitata prin tensiunea admisibila de strivire a materialului constituent al garniturilor. Fata de aceasta limita fizica, in adoptarea valorii de predimensionare a ambreiajului sunt de considerat urmatoarele aspecte:

valori spre limita tensiunii admisibile de strivire favorizeaza reducerea dimensiunilor constructive ale ambreiajului;

valori mici ale presiunii specifice implica suprafete mari de frecare, care presupun dezvoltari radiale insemnate ale discurilor conduse si, de aici, cresterea gabaritelor, a maselor si a momentelor de inertie ale partii conduse a ambreiajului. In plus, prin cresterea razelor, se sporesc vitezele tangentiale de alunecare dintre suprafetele de contact la cuplarea ambreiajului, situatie in care creste uzura de alunecare a garniturilor.

Din considerente de uzura a suprafetelor de frecare, presiunea specifica a ambreiajului se admite in urmatoarele limite: p_s=0,2.0,5 Mpa in cazul garniturilor din rasini sintetice impregnate cu fibra de kevlar sau fibra de sticla si p_s=1,5.2 Mpa pentru cele metaloceramice.

Pentru calcule de dimensionare a ambreiajului se alege p_s=0,2 pentru garniturile din rasini sintetice impregnate cu fibre de kevlar sau fibre de sticla.

Lucrul mecanic specific de patinare

Reprezinta raportul dintre lucrul mecanic de patinare L si suprafata de frecare a ambreiajului A:    (3)

Adopt:

Cresterea temperaturii pieselor ambreiajului

La un parcurs urban de 10 Km, frecventa cuplarilor-decuplarilor ambreiajului este de circa 100.300 ori. Se stie ca in procesul cuplarii si decuplarii ambreiajului, o parte din lucrul mecanic al motorului se transforma, prin patinare, in caldura, ridicand temperatura pieselor metalice ale ambreiajului, din care cauza garniturile de frecare functioneaza la temperaturi ridicate. Avand in vedere ca lucrul mecanic de patinare este mai mare la pornirea din loc a automobilului decat la schimbarea treptelor de viteza, in calcule se considera situatia cea mai dezavantajoasa, cea pornirii din loc. De asemenea, avand in vedere durata procesului de cuplare (t_c<1,0 s), schimbul de caldura cu exteriorul este redus, astfel ca se considera ca intreg lucrul mecanic de patinare se regaseste sub forma de caldura in discul de presiune si volant.

Avand in vedere faptul ca lucrul mecanic de patinare cel mai mare se produce la plecarea din loc a automobilului, aprecierea si compararea ambreiajelor din punct de vedere al incalzirii se face pentru acest regim.

Verificarea la incalzire se face pentru discurile de presiune, aflate in contact direct cu planul de alunecare, cu relatia

(4)

unde: t^o este cresterea de temperatura;L- lucrul mecanic de patinare;=0,5 - coieficient care exprima partea din lucru mecanic preluat de discul de presiune al ambreajului; m_p este masa pieselor ce se incalzesc; c= 500 J/Kgeste caldura specifica a pieselor din fonta si otel.

Ambreajul se considera bun din punct de vedere al incalzirii daca cresterea de temperatura la pornirea din loc este in limitele 8.15.Pentru calcule de dimensionare a ambreajului adopt

Dimensionarea garniturilor de frecare ale ambreiajului

Garniturile de frecare sunt componente ale discului condus prin intermediul carora se stabileste, prin forte de frecare, legatura de cuplare a ambreiajului. Drept urmare suprafetele de frecare ale ambreiajului reprezinta caile de legatura dintre partile conducatoare ale ambreiajului.In aceste conditii momentul capabil al ambreajului este mometul fortelor de frecare, dat de relatia:

(5)

unde:

i=2n-este numarul suprafetelor de frecare(al cailor de legatura dintre parte conducatoare si partea condusa);

n-numarul discurilor conduse ale ambreajului;

-raza medie a suprafetei de frecare;

R_e,R_i- razele exterioare si interioare;

-coieficientul de frecare dintre suprafetele discurilor;

Pentru a putea transmite momentul motorului, ambreiajul are nevoie de o suprafata de frecare a carei marime se determina cu relatia:

(6)

unde:

- R_e : raza exterioara a suprafetei de frecare;

- R_i : raza interioara a suprafetei de frecare;

- i : numarul de suprafete de frecare.

Raza exterioara a suprafetei de frecare se determina cu relatia:

(7)

unde:

-

-

Referitor la coeficientul c, ia valori in intervalul (0,53.0,75), care influenteaza uniformitatea de uzare radiala a garniturilor, se fac urmatoarele precizari: valorile spre limita inferioara ale coeficientului c arata ca exista o diferenta mare intre razele suprafetelor de frecare, deci latime mare, ceea ce are ca consecinta o uzarea neuniforma a garniturilor de frecare datorita diferentei mari dintre vitezele de alunecare. In scopul utilizarii uniforme, mai ales cazul automobilelor echipate cu motoare rapide, se recomanda folosirea de valori ale coeficientului c spre limita superioara.

(8)

Garniturile de frecare sunt piese de uzura ale ambreiajului, piese care de-a lungul duratei de utilizare sunt de mai multe ori inlocuite. Posibilitatea de inlocuire trebuie sa ofere interschimbabilitatea pieselor motiv pentru care garniturile sunt realizate intr-o gama tipodimensionala limitata.

Aleg conform STAS 7793-83 pentru garniturile de frecare adopt dimensiunile:

Raza interioara se determina cu relatia:

(9)

Raza medie a garniturilor de frecare este:

(10)

Rezulta ca aria suprafetei de frecare este:

3. Calculul partii conducatoare

Calculul partii conducatoare cuprinde calculul discului de presiune, calculul arcului diafragma si al elementelor de fixare ale discului de presiune de carcasa ambreiajului.

3.1. Calculul discului de presiune

Functional, discul de presiune reprezinta dispozitivul de aplicare a fortei arcurilor de suprafata de frecare, componenta a partii conducatoare pentru transmiterea momentului, suport pentru arcuri si eventualele parghii de debreiere si masa metalica pentru preluarea caldurii rezultate in procesul patinarii ambreiajului. Fata de aceste functii, predimensionarea lui se face din conditia preluarii caldurii revenite in timpul patinarii fara incalziri periculoase.

Asimilam discul condus cu un corp cilindric cu dimensiunile bazei:

- raza exterioara:   

- raza interioara:

Inaltimea necesara discului de presiune este:

(11)

unde:

-     : masa pieselor ce se incalzesc;

-     : coeficientul care exprima partea din lucrul mecanic preluat de discul de presiune al ambreiajului;

-     : lucrul mecanic de patinare;

(12)

Grosimea determinata reprezinta valoarea minima; fata exterioara a discului este profilata in vederea cresterii rigiditatii, a generarii unui curent intens de aer pentru racire si pentru a permite legaturile cu elementele de care se cupleaza.

3.2. Calculul arcului diafragma

Elementele geometrice ale arcului sunt prezentate in fig.

Se considera ca arcul diafragma reprezinta doua elemente functionale reunite intr-o singura piesa: partea tronconica plina, care este de fapt un arc disc cu rolul de arc de presiune, si lamelele, care sunt de fapt parghii incastrate in panza arcului disc cu rolul de parghii de debreiere.

Mentinerea starii cuplate a ambreiajului la limita momentului necesar al ambreiajului proiectat este posibila cand pe suprafata de frecare se dezvolta forta normala:

(13)

La ambreiajele cu arc central diafragma forta data de relatia de mai sus trebuie sa fie dezvoltata de arc in stare cuplata a ambreiajului. Elementele geometrice ale unui arc diafragma sunt prezentate in figura 8.

Fortele care solicita arcul diafragma in cele doua situatii de rezemare care apar in timpul functionarii ambreiajului sunt prezentate in figura 9.a, pentru situatia ambreiat, si in figura 9.b, pentru situatia debreiat. Se considera ca arcul diafragma prezinta doua elemente functionale reunite intr-o singura piesa: partea tronconica plina, care este de fapt un arc disc cu rolul de arc de presiune, si lamele, care sunt de fapt parghii incastrate in panza arcului disc cu rolul de parghii de debreiere.

Modelul constructiv din figura 10 indeplineste in ambreiaj acelasi rol functional ca si arcul diafragma utilizand principiul suprapunerii efectelor produse in cele doua elemente componente ale sale: arcul disc si parghiile de debreiere.

Pentru calcule se folosesc urmatoarele notatii:

- d₁, d₂, d₃, s, H, h : dimensiunile arcului diafragma;

: pozitia reazemelor;

- z : numarul de brate;

a : unghiul sectorului care revine unui brat (a=360⁰/z);

- F : forta de ambreiere;

- Q : forta de debreiere;

- F₁, Q₁ : fortele de ambreiere si debreiere ce revin unui sector al modelului (F₁=F/z, Q₁=Q/z)

Pentru simplificare se considera parghiile rigide si sistemul deformat pana in pozitia in care arcul disc este aplatizat.

Fortele F si Q determina in arcul disc momentul radial M₁ si forta taietoare T₁ si in parghii momentul de incovoiere M₂ si forta taietoare T₂.

In figura 11 s-au trasat diagramele de momente si forte taietoare din arcul disc si din parghiile modelului constructiv, precum si diagramele de momente si forte taietoare din arcul diafragma obtinute prin suprapunerea efectelor din elementele componente.

Se obtin urmatoarele solicitari maxime:

(14)

Fig.11. Diagrama de forte taietoare si momente

incovoietoare in arcul disc si parghii

Forta F (respectiv M₁, T₁) determina in sectiunile arcului disc eforturile unitare axiale s_t si s_r si eforturile de forfecare t. Deoarece eforturile unitare s_r si t sunt neglijabile in comparatie cu eforturile tangentiale s_t, calculul de rezistenta al arcului se face pentru eforturile s_tmax folosind relatia:

(15)

unde:

- E : modulul de elasticitate al materialului;

m : coeficientul lui Poisson;

- f : deformatia arcului in dreptul diametrului d₂;

- S : grosimea discului;

- k₁, k₂, k₃ : coeficienti.

; ; (16)

Experimental s-a constatat ca, in timpul deformarii, generatoarele arcului disc raman practic rectilinii, iar lamelele de debreiere se incovoaie intre circumferintele d₂ si d₃ comportandu-se ca niste parghii incastrate in arcul disc de aceea deformatiile in timpul debreierii se vor determina in doua etape: in prima etapa se calculeaza deformatia care provine din deformatia arcului disc in ipoteza ca bratele sunt rigide, iar in a doua etapa se insumeaza deformatia suplimentara de incovoiere a bratelor.

Deformatia arcului disc incarcat cu sarcina uniform distribuita pe circumferintele de diametre d₁ si d₂ se face cu relatia:

(17)

care reprezinta caracteristica de elasticitate arcului disc in timpul cuplarii.

Pentru calculul deformatiilor in timpul debreierii se foloseste modelul din figura VI.12, unde:

- q=q₁+q₂ cu

- (18)

-

unde:

- : momentul de inertie al sectiunii lamelei;

- b : baza mare a lamelei;

- b₁ : baza mica a lamelei;

Y : coeficient de forma al lamelei.

Pentru forta Q, din conditia de echilibru a fortelor (fig. ), se obtine:

(19)

Pentru a trasarea caracteristicii elastice a arcului diafragma se procedeaza astfel:

- se verifica cu relatia (12), efortul tangential maxim cand discul este aplatizat (f=h) si se compara cu ;

- se calculeaza cu marimile din tabelul 1. pentru diferite valori ale sagetii cuprinse intre f=0 si f=1,2 h;

- se traseaza graficele F(f); Q(q₁) si Q(q), figura 13 si figura 14;

- se stabilesc pozitiile A si B de functionare pe diagrama fortei la platou F(f);

- se stabilesc pozitiile a si b pa diagrama fortei la mansonul de decuplare.

Pe diagrama fortei la discul de presiune F=F(t) se stabileste punctul A, cand ambreiajul este cuplat si discul condus are grosime maxima, punctul B, care corespunde pozitiei de cuplat pentru o cursa de retragere adoptata DAB, cand se considera ca decuplarea este completa. Se stabilesc punctele a si b pe diagrama fortei de ambreiere Q=f(q). Punctul a corespunde pozitiei A din curba fortei la discul de presiune, iar punctul b reprezinta pozitia corespunzatoare punctului B de pe aceeasi curba. Se traseaza dreapta ma, care reprezinta cursa datorata elasticitatii lamelelor.

Se determina cursa la rulmentul de presiune Dmb in functie de cursa de retragere adoptata DAB.

Se repeta si pentru pozitia cea mai favorabila din punct de vedere al fortei si rezulta forta maxima necesara la rulmentul de presiune.

Nume Simbol Unitate de masura Dimensiunea Diametrul exterior al diafragmei d1 [mm] Diametrul de sprijin d2 [mm] Diametrul mansonului de presiune d3 [mm] Numarul de taieturi ale diafragmei z Latimea taieturii dintre lamele c [mm] Grosimea arcului diagragma s [mm] Sageata la plat h [mm]

Prin aceeasi metoda grafoanalitica rezulta cursa la mansonul de decuplare Dmb_min si forta la mansonul de decuplare Q_min.Tabelul 1. Dimensiunile geometrice ale arcului diafragma

3.3. Calculul elementelor de legatura

Legaturile permanente ale discului de presiune sunt cu carcasa ambreiajului, de la care primeste momentul de torsiune al motorului. Aceasta legatura trebuie sa asigure, in afara rigidizarii in rotatie a pieselor, si mobilitati relative axiale necesare cuplarii, decuplarii si compensarii uzurii garniturilor.

La legatura prin bride, calculul cuprinde calculul niturilor de fixare a bridelor elastice de carcasa si respectiv de discul de presiune cu relatiile:

- pentru strivire: (20)

-pentruforfecare: (21)

unde:

- d=3 mm : diametrul nitului;

- g=3 mm : grosimea bridei;

- z=3 : numarul de bride;

- R_med=57 mm : raza medie de dispunere a bridelor.

4. Calculul partii conduse

Calculul partii conduse cuprinde calculul arborelui condus, calculul legaturii dintre arborele ambreiajului si butucul discului condus si calculul arcurilor elementului elastic suplimentar.

4.1. Calculul arborelui ambreiajului sia butucului discului condus

Dimensionarea arborelui ambreiajului se face din conditia de rezistenta la solicitarea de torsiune determinata de actiunea momentului motor, diametrul de predimensionare fiind dat de relatia:

(22)

unde:

t_at=130 N/mm² : efortul unitar admisibil pentru solicitarea de torsiune.

Valoarea definitiva a diametrului se determina in functie de dimensiunile standardizate ale arborilor canelati, diametrul D_i determinat, reprezinta diametrul de fund necesar canelurilor adoptate.

Adopt conform STAS 7346-85 arbore canelat cu caneluri dreptunghiulare clasa mijlocie, cu dimensiunile:

Calculul imbinarii dintre arbore si butuc se face pentru strivire peflancurile canelurilor cu relatia:

unde:

- k=2 : coeficient de repartizare a sarcini pe caneluri;

-

D_d : diametrul mediu al canelurilor;

-

h : inaltimea portanta a canelurii;

- z=34 : numarul de caneluri;

- L=24 mm : lungimea de imbinare cu butucul discului condus.

4.2. Calculul arcurilor elementului elastic suplimentar

Prin introducerea in transmisia automobilului a unui element elastic suplimentar se reduc sarcinile dinamice care apar la cuplarea brusca a ambreiajului si se modifica caracteristica elastica a transmisiei inlaturandu-se astfel posibilitatea aparitiei rezonantei de inalta frecventa. In figura 15 se reprezinta caracteristica elastica a transmisiei prevazuta cu element elastic suplimentar.

Pentru unghiuri de rasucire ale organelor transmisiei cuprinse intre -j si j rigiditatea transmisiei este determinata de rigiditatea arcurilor elementului elastic. Dupa ce momentul de torsiune care se transmite depaseste valoarea M₁, arcurile elementului elastic suplimentar sunt comprimate pana la limita maxima admisa, iar pentru valori mai mari decat M, rigiditatea transmisiei este data de rigiditatea organelor ei. Pentru a obtine o caracteristica elastica neliniara a transmisiei si pentru unghiuri cuprinse intre-j si j se utilizeaza discuri conduse la care arcurile elementului elastic suplimentar nu intra toate in actiune in acelasi timp. Acest lucru se realizeaza practic prin prevederea in flansa butucului si in discuri a unor ferestre de lungimi diferite si prin folosirea de arcuri cu caracteristici diferite.

Pentru calculul arcurilor ce formeaza elementul elastic suplimentar, momentul limita care le solicita si care limiteaza rigiditatea lor minima se considera a fi momentul capabil atingerii limitei de aderenta la rotile motoare ale automobilului dat de relatia:

(24)

unde:

- G_ad=9684 N : greutatea aderenta;

- r_d=0,258 m : raza dinamica a rotilor;

j : coeficientul de aderenta;

- i_cv1=3,65 : raportul de transmitere in prima treapta din cutia de viteza;

- i₀=3.7 : raportul de transmitere al puntii motoare.

Daca R_med este raza medie de dispunere arcurilor si daca se considera ca toate arcurile participa in mod egal la preluarea momentului de calcul, forta de calcul este :

(25)

Din conditia ca amplitudinea unghiulara pe acre trebuie sa o admita elementul elastic sa se situeze in intervalul q (7.10)⁰ se obtine pentru sageata arcului valoarea maxima:

(26)

Adoptand un coeficient al arcului , din relatia sagetii rezulta diametrul sarmei arcului:

5. Calculul si constructia mecanismului de actionare

5. 1. Alegerea tipului constructiv

Calculul sistemelor de actionare se face in scopul determinarii parametrilor acestuia in conditiile in care forta de actionare exercitata de conducator asupra pedalei ambreiajului si cursa pedalei trebuie sa se situeze in limite ergonomice. Calculul se desfasoara in doua etape, prima etapa fiind cea de dimensionare cinematica a sistemelor de comanda. Urmatoarea etapa, dupa dimensionarea cinematica, cuprinde calculul de rezistenta, cand in functie de marimile de intrare in sistem - forta la pedala si de caracteristicile cinematice ale sistemului, se determina fortele si momentele din elementele componente, se identifica solicitarile si se efectueaza calculele dupa metodele de calcul al organelor de masini.

Aleg sistem de actionare hidraulica cu cilindrul receptor integrat mansonului de decuplare.

5.2. Calculul de dimensionare si verificare al mecanismului de actionare

Fig.17. Sistemul de actionare cu comanda hidraulica

Forta necesara ce trebuie dezvoltata de tija pistonului din cilindrul receptor este data de relatia:

(27)

unde:

- F_m=Q=2371,48 N    :forta necesara la manson pentru realizarea starii de decuplare a ambreiajului.

Forta de apasare asupra pistonului din cilindrul pompei centrale este:

(28)

unde:

- L₁=290 mm

- L₂=45 mm

- F_p    : forta de apasare asupra pedalei.

Datorita ca presiunea de lucru este redusa, iar conductele de legatura dintre cilindrii au lungime relativ mica, se poate neglija deformatia conductelor, iar volumul de lichid refulat din cilindrul pompei centrale se poate considera egal cu volumul generat de pistonul cilindrului receptor. In aceste ipoteze, de pierderi nule de presiune din sistemul hidraulic, conform principiului lui Pascal se poate scrie:

(29)

unde:

- i_h=15 mm : raportul de transmitere al partii hidraulice;

- D₁=39 mm;

- D₂=33 mm.

Rezulta ca diametrul pompei este de:

Se obtine astfel:

(30)

Rezulta ca forta de apasare asupra pistonului din cilindrul pompei centrale este:

Cunoscand cursa mansonului de decuplare si considerand ca volumul refulat de pompa se regaseste in cilindrul receptor, se obtine pentru cursa pedalei relatia:

(31)