Calculul si constructia ambreiajului

Calculul si constructia ambreiajului

Alegerea tipului constructiv

Ambreiajul este inclus in transmisia automobilului in scopul compensarii principalelor dezavantaje ale motorului,care constau in imposibilitatea pornirii sub sarcina,extstenta unor zone de functionare instabila si mersul neuniform al arborelui cotit.Ambreajul realizeaza cuplarea si decuplarea transmisiei de motor.Ambreiajul cuprinde elemente solidare cu arborele cotit al motorului si elemente solidare cu transmisia.

Comanda de decuplare si cuplare a celor doua parti se face prin sistemul de actionare .Cerintele pe care trebuie sa le indeplineasca acest sistem sunt :

-transmiterea momentului motor maxim sa se faca fara patinare in conditii normale de functionare .

-sa se asigure cuplarea lina si completa .

-sa asigure alunecari care sa evite suprasolicitarea organelor tramsimisiei sau a arborelui motor .

-sa permita o decuplare rapida si totala cu eforturi reduse din partea conducatorului.

-caldura care apare in urma patinarii suprafetelor partii conduse in raport cu cele ale partii conducatoare sa fie cedata cu usurinta mediului.

In constructia de autoturisme se intalnesc mai multe tipuri de ambreiaje care, dupa modul de transmitere al momentului motor ,se clasifica astfel .

-ambreiaje mecanice .

-ambreiaje hidrodinamice

-ambreiaje electromagnetice

Ambreiajele mecanice pot fi cu arcuri elicoidale, dispuse periferic sau cu arc diafragma.Datorita momentelor relativ mici de transmis,la autoturisme si a gabaritului redus,ambreiajul mecanic cu arc central tip diafragma a capatat o larga raspandire .

Ambreiajele cu arc central tip diafragma necesita o forta de cuplare mai mica ,respectiv o actionare mai usoara .De asemeni,forta de apasare a arcului tip diafragma se mentine constanta,odata cu uzura garniturilor de frecare ,eliminandu-se tendinta de patinare ,pe masura uzurii datorita scaderii fortei de apasare a arcurilor elicoidale .

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

Alegerea valorilor principalilor parametri constructivi si de functionare

Coeficientul de siguranta -

Transmiterea integrala a momentului maxim al motorului in orice conditii este posibila ca momentul capabil (momentul de calcul ) al ambreiajului Ma este mai mare decat momentul maxim al motorului Mmax .In calculul de predimensionare se introduce un coeficient de siguranta "beta" care tine cont de acest lucru .

Pentru autoturisme ,in cazul ambreiajului mecanic,se recomanda .

=1,2-1,75. Adopt =1,2

Ma=Mmax=1,2188= 225.6 N*m.

Presiunea specifica - p_s

La ambreiajele mecanice ,legatura de cuplare este determinata de marimea fortelor de frecare ,ce iau nastere in suprafetele de frecare ale partilor conduse si conducatoare,puse in contact fortat prin intermediul unor forte normmale de apasare .Raportul dintre forta de apasare a arcurilor de presiune F si marimea suprafetei de frecare a ambreiajului defineste presiunea specifica a ambreiajului.

P_{s= ;}

In functie de tipul cuplurilor de frecare ,presiunea specifica se admite intre limitele :

P_s=1,5 - 2 N/mm²; se adopta pentru calcul P_s=1,5 N/mm² Fizic valoarea maxima a presiunii este limitata de tennsiunea admisibila de strivire a materialului garniturilor.

Cresterea de temperatura la cuplare

In procesul de cuplare si decuplare al ambreiajului ,o parte din lucrul mecanic de patinare al ambreiajului,se transforma in caldura ,incalzind piesele metalice ale ambreiajului,din aceasta cauza garniturile de frecare functioneaza la temperaturi ridicate.Ca urmare a caldurii preluate, are loc o scadere a durabilitatii de doua,trei ori .Pentru mentinerea calitatilor de functionare in domeniul de durabilitate ,se admite o crestere a temperaturii de maxim 10-15C;

unde :

cresterea de temperatura

=coeficient ce exprima a cata parte din lucrul mecanic de frecare este cheltuit pentru incalzirea piesei verificate ; =0,5,pentru discul de presiune exterior la ambreiaje monodisc

c=caldura specifica a pieselor ce se incalzesc c=500 J/Kg C

np=masa pieselor ce se verifica

Ambreiajul se considera bun din punct de vedere al incalzirii si rezistentei la uzura daca

cresterea de temperatura se incadreaza in limitele =8-15C

Dimensionarea suprafetelor de frecare ale ambreiajelor

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

A=²-²,

Unde:

R_e-raza maxima

Ri-raza minima

Raportul dintre Rmin si Rmax are o valoare cuprinsa intre 0,53-0,75 ,se adopta c=0,53.Cunoscand coficientul c ,presiunea specifica p_s ,I=2,I fiind numarul suprafetelor de frecare ,rezulta raza maxima ;

A=²-Ri²

Unde:

Re-raza maxima;

Ri-raza minima

=2,5.3,adopt =3;

-coeficient de frecare,se adopta=0,3.

Raportul intre Rmin si Rmax are o valoare cuprinsa intre 0,53-0,75,adopt c=0,65.Cunoscand coeficientul c,presiunea specifica p_s,i=2;i,fiind numarul suprafetelor de frecare rezultand raza maxima:

Re=== 134 mm

Stiind raza maxima si coeficientul c vom putea determina raza minima cu relatia : Ri=Rec

Ri=1340,65

Ri= 87.1 mm. R_e= 134mm

Se adopta urmatoarele dimensiuni principale conform STAS 7793-67:

De= 280 mm

Di=165 mm

Grosimea g=3,5 mm.

In acest caz aria de frecare va fi:

A=(Re²-Ri²)=(140²-82.5²)i= 803444.75mm²

Pentru a carecteriza solicitarile ambreiajului si rezistenta lui la uzura utilizam ca parametri de apreciere lucrul mecanic specific Ls,definit ca raportul intre lucrul mecanic de patinare L,si suprafata de frecare,A.

L_s=; pentru autoturisme L_s=100.120daNmm

Lucrul mecanic de patinare se calculeaza in cazul pornirii din loc a autoturismului cu relatia:

L_m²0,5m_a=43848,3*0,5*2000*30180,65 daNmm

=209,4 rad/s

m_a-masa automobilului m_a=2000 Kg

r_r-raza de rulare r_r=0,292 mm

i_cv1-raportul de transmitere in treapta I acutiei de viteze

i₀-raportul de transmitere principal

L_s==⁼ 5,6 daNm/cm²

Calculul partii conducatoare

Discul de presiune

Discurile de presiune sunt dimensionate functie de misiunile indeplinite reprezentand o suprafata de contact cu frecare pentru cuplare.

Pentru asigurarea contactului prin frecare ,discul de presiune in forma unui cilindru are urmatoarele dimensiuni:

Red=Re+(3.5)mm= 140+4= 144mm

Red-raza exterioara a discului

Rid=Ri-(3.5)mm= 72.5-4= 78.5mm

Rid-raza interioara a discului

Arcurile de presiune

Arcurile sunt elemente ale partii conductoare care dezvolta forta pentru mentinerea starii cuplate a ambreiajului .Forta necesara de apasare normala pe suprafata de frecare este .

F==

Unde.

-coeficientul de frecare.Pentru calcul adopt =0,3

M_a=1,2*188=225.6

i-numarul suprafetelor aflate in contact i=2

R_me=

Rmed==111.25

F== 3750N

Momentele limita ce solicita arcurile si care limiteaza rigiditatea lor maxima sunt

Mmax=188

Si

Mp=== 101.3 Nm

Forta Fa care solicita un arc al izolatorului ,considerand ca arcurile participa in mod egal la preluarea Mmax este:

Fa=

Unde:

Za-numarul de arcuri ale izolatorului

Za=6

Ra-raza de apasare a arcurilor    

Ra=45mm

Fa=696.2

Se adopta pentru arcuri urmatoarele dimensiuni.

D- 20 mm-diametrul exterior

Dm- 16 mm-diametrul mediu al arcului

h-39,7 inaltimea de lucru a arcului

d-4mm diametrul sarmei in mm

Calculul partii conduse

Arborele ambreiajului

Arborele ambreiajului este solicitat la torsiune si incovoiere,deoarece solicitarea principala este de torsiune ,pentru dimensionare avem :

d_i unde.

m² -efortul unitar admisibil la torsiune,se adopta=100 N/mm²

d_i= 23 mm

Din STAS 6858-80 se adopta caneluri in evolventa cu centrare pe flancuri

m-1,25

Z-15

d_i-24mm

d_e-25.75 mm

L=25 mm

b-2,685

Cu aceste dimensiuni adoptate se verifica la solicitarea de forfecare si la strivire:

_sa=ja=20.30N/mm²

-forfecare _ja===8,2N/mm²

-strivire _sa===13N/mm²

.Butucul discului condus

De=25,5 mm

Di= 22 mm

Z=15 mm

L= 25 mm

Butucul se verifica la forfecare si inconvoiere si la strivire.

_fb===8,01 N/mm²

_fb== =12,8 _fb=_fb=20.30N/mm²

Calculul elementelor elastice suplimentare

M_c= Nm

Daca R-este raza medie de dispunere a arcului atunci:

F==102,9 N

Momentul de pretensionare va avea valoarea :

M_pr=Mmax* Nm

Forta de pretensionare asupra unui arc va fi:

F_pr= =104.4 N

In stare blocata arcul va avea lungimea :

Li=*d=(6-0,5)*4=22

Lungimea minima a arcului sub actiunea momentului maxim va fi:

Lmin=Li+js*n

Unde: js=jocul dintre spire js=0,009

Lmin=22+0,09*6=22,54

Sageata pe care o are arcul sub actiunea Mmax va fi:

_n=4.56

Sageata pe care o are arcul sub actiunea p va fi:

_r===2,97

Fp==362,2 N

Lungimea ferestrei Lf din butuc va fi:

L_f=L_min+_n ,L_f=22,54+2,8 L_f=25,42 ,se adopta L_f=26

Diametrul limitatorului se recomanda d=10.12 mm se adopta d=10 mm.Valoarea taieturii din butuc va fi:=d+n+_r=2,8+2,97+10=15,77

Verificarea arcului la torsiune

unde, K-coeficient de corectie,

K=1,4

N/mm²

310 N/mm².