CALCULUL SI CONSTRUCTIA AMBREIAJULUI

CALCULUL SI CONSTRUCTIA AMBREIAJULUI

.

1. Alegerea tipului constructive

Dupa felul legaturii de cuplare se deosebesc:

- ambreiaje mecanice, 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 sisteme mecanice rigide sau elastice;

- ambreiaje hidromecanice, la care legatura de cuplare se obtine printr-un lichid, dupa principiul de lucru al masinilor hidraulice rotative;

- ambreiaje electomagnetice, la care legatura de cuplare este consecinta unui camp electromagnetic indus ansamblului condus de ansamblul conducator.

Ambreiajele mecanice intalnite in constructia de automobile 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 Pentru realizarea fortei necesare mentinerii starii cuplate a ambreiajului, intre carcasa 4 si 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 decuplare 6.

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. 1,a), respectiv al arcului diafragma 9 (fig. 1,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.

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.

In urma acestui studiu si avand in vedere autoturismul impus, adopt ambreiaj mecanic monodisc, cu arc central tip diafragma.

2 Alegerea valorilor principalilor parametrii constructivi si de functionare.

a)    Coeficientul de siguranta al ambreiajului ().

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 si definit ca valoare a raportului dintre momentul de calcul a ambreiajului si momentul maxim al motorului: , de unde se obtine valoarea momentului necesar al ambreiajului:

Pentru valorile coeficientului de siguranta al ambreiajului, in concordanta cu valorile intalnite la automobile similare, se recomanda:

- pentru autoturisme cu capacitate normala de trecere,

- pentru autoturisme cu capacitate marita de trecere;

- pentru autoturisme de competitii sportive.

Se adopta .

Rezulta: .

b)    Presiunea specifica ().

Presiunea specifica reprezinta raportul dintre forta arcurilor de presiune si marimea suprafetei de frecare a ambreiajului:

Din considerente de uzura a suprafetelor de frecare, presiunea specifica a ambreiajului se admite in urmatoarele limite:

- in cazul garniturilor din rasini sintetice impregnate cu fibre de kevlar sau fibre de sticla;

- pentru cele metaloceramice.

Se adopta .

c)     Cresterea de temperaturia la cuplare ().

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

unde: este cresterea de temperatura;

L - lucrul mecanic de patinare;

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

- masa pieselor ce se incalzesc;

este caldura specifica a pieselor din fonta si otel.

Ambreiajul se considera bun din punct de vedere al incalzirii daca cresterea de temperatura la pornirea din loc este intre limitele .

Se adopta .

3. Dimensionarea suprafetelor de frecare ale ambreiajului.

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

unde: - - razele exterioara, respectiv, interioara ale suprafetelor inelare de frecare;

- i=2n - numarul de suprafete de frecare;

Raza exterioara a suprafetei de frecare se determina cu relatia:

Unde - .

Se adopta - si .

Rezulta:

.

Conform STAS 7793-83 si calculelor de mai sus, pentru garniturile de frecare, rezulta dimensiunile:

- diametrul exterior: ;

- diametrul interior: ;

- grosimea garniturii: ;

Raza medie a garniturilor de frecare este:

Aria suprafetei de frecare este:

4. Calcului 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.

4.1. 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 support pentru arcuri si eventualele parghii de debreiere si masa metalica pentru preluare 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 condos cu un corp cilindric cu dimensiunile bazei:

raza exterioara:

raza interioara:

Inaltimea necesara discului este:

Lucrul mecanic de patinare este dat de relatia:

Masa discului de presiune este data de relatia:

Rezulta: .

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.

4.2 Calculul arcului diafragma.

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 supratafa de frecare se dezvolta forta normala:

Calculul partii conduse.

Calculul partii conduse cuprinde calculul aborelui condos, calculul legaturii dintre arboreal ambreiajului si butucul discului condos si calculul arcurilor elementului elastic suplimentar.

1 Calculul arborelui ambreiajului si a butucului discului condus

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

unde: : efortul unitar admisibil pentru solicitarea de torsiune.

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

Se adopta din STAS arborele canelat 6x30x36 cu urmatoarele dimensiuni:

z = 6 - numarul canelurilor;

= 30 mm - diametrul interior;

= 36 mm - diametrul exterior;

h = 3 mm - inaltimea canelurilor;

b = 6 mm - latimea canelurilor;

l = 30 - lungimea canelurilor.

2 Calculul arcurilor elementului elastic suplimentar.

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:

unde: G_ad =7360greutatea aderenta;

r_d =0,295- raza dinamica a rotilor;

j = 0,8 - coeficientul de aderenta;

i_cv1 = 3,52 raportul de transmitere in prima treapta din cutia de viteza;

i₀ =3,4 - 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:

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

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

mm

Calculul si constructia mecanismului de actionare

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 limitele 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 system - forta la pedala si de caracteristicile cinematice ale sistemuli, se determina fortele si momentele din elementele componente, se identifica solicitarile si se efectueaza calculele dupa metodele de calcul al organelor de masini.

Aleg system de actionare hidraulica cu cilindru receptor integrat mansonului de decuplare.

Calculul de dimensionare si verificare al mecanismului de actionare.

Raportul de transmitere al mecanismului de actionare hidraulica este:

unde: - - diametrul cilindrului principal;

- - diametrul cilindrului de lucru(receptor); se recomanda ca raportul de transmitere sa se incadreze in limitele: =30.50;

Se adopta =40;

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

unde este forta necesara la manson pentru realizarea starii de decuplare a ambreiajului;

Forta de apasare asupra pistonului din cilindrul pompei centrale este:

unde a=190 mm;

b=40 mm;

daca se adopta forta de apasare asupra pedalei rezulta:

Diametrul pompei este:

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