Pierderile de putere in transmisie

Pierderile de putere in transmisie

Raportul total de transmitere al transmisiei

Raportul dintre viteza unghiulara a arborelui cotit al motorului w (sau turatia arborelui cotit al motorului n) si viteza unghiulara corespunzatoare w_R (sau turatia n_R) a rotilor motoare reprezinta raportul total de transmitere al transmisiei autovehiculului si se noteaza de obicei cu i_tr:

(3.1)

In cazul in care se considera ca nu exista patinare intre componentele transmisiei, situatia functionarii transmisiilor mecanice cu ambreiajul perfect cuplat sau a transmisiilor automate cu convertizorul hidrodinamic sau ambreiajul hidrodinamic blocat, valoarea raportului total de transmitere depinde numai de constructia transmisiei. In cazul transmisiilor cu variatie in trepte a raportului de transmitere trecerea de la o treapta de viteze la alta atrage dupa sine modificarea raportului de transmitere.

In cazul in care apere o alunecare intre componentele transmisiei, datorata transmiterii prin frictiune, sau pe cale hidrodinamica a momentului, raportul total de transmitere va depinde si de alunecarea s:

, (3.2)

unde: w este viteza unghilara din zona anterioara alunecarii; w este viteza unghiulara din zona posterioara alunecarii; i_al raportul de transmitere corespunzator alunecarii. In unele situatii, spre exemplu la transmiterea momentului prin intermediul rotilor de curea, in expresia alunecarii poate sa intervina in locul vitezelor ungiulare vitezele liniare. Din relatia 3.2 rezulta urmatoarea relatie pentru determinarea raportului de transmitere corespunzator alunecarii:

, (3.3)

care depinde in principal de momentul transmis si de legile specifice alunecarii.

La realizarea raportului total de transmitere participa mai multe ansambluri ale transmisiei, deci in cazul in care se considera ca nu exista alunecare sau patinare intre componentele transmisiei raportul total de transmitere va fi:

, (3.4)

unde: i_cv este raportul de transmitere al cutiei de viteze; i_cd este raportul de transmitere al cutiei de distributie; i_o este raportul de transmitere al reductorului central; i_r este raportul de transmitere al transmisiei finale. In    cazul in care in m puncte ale transmisie apare alunecare relatia 3.4 devine:

, (3.4')

La autovehiculele pe senile trebuie avut in vedere faptul ca unele mecanisme de directie, spre exemplu cele planetare, participa la realizarea raportului total de transmitere. In acest caz in relatiile 3.4 si 3.4' mai apare un factor.

Randamentul transmisiei

Transmiterea puterii la rotile motoare ale autovehiculelor este insotita de pierderi de putere, datorita frecarilor din lagare, etansari, la angrenarea rotilor dintate care participa la transmiterea puterii si datorita barbotarii uleiului. Aceste pierderi sunt exprimate cu ajutorul randamentului transmisiei.

Randamentul transmisiei se defineste ca raport intre puterea P_R transmisa rotilor motoare si puterea efectiva P a motorului si se noteaza cu h_tr

(3.5)

de unde puterea pierduta in transmisie este:

(3.6)

Pornind de la relatia de definitie 3.5, randamentul transmisiei poate fi exprimat si functie de momente si raportul de transmitere:

(3.5')

unde: MR este momentul transmis rotii; M este momentul efectiv al motorului.

Pierderea totala de putere in transmisie reprezinta suma pierderilor partiale in fiecare subansamblu al transmisiei, iar randamentul transmisiei se poate calcula cu relatia:

(3.7)

unde: h_cv este randamentul cutiei de viteze; h_cd este randamentul cutiei de distributie; h_c este randamentul transmisiei longitudinale; h_o este randamentul reductorului central; h_r este randamentul transmisiei finale. In cazul autovehiculelor pe senile cu mecanism planetar de directie trebuie luat in considerare si randamentul acestui mecanism.

Determinarea randamentului transmisiei pe cale experimentala se face global pentru intreaga transmisie sau pentru fiecare subansamblu in parte si apoi se calculeaza cu relatia 3.7.

Pe baza determinarilor experimentale efectuate pentru diverse tipuri de autovehicule, s-au stabilit valorile medii ale randamentelor principalelor componente ale transmisiei, asa cum sunt prezentate in tabelul 3.1.

Tabelul 3.1.

Valorile medii ale randamentelor pentru principalele subansambluri ale transmisiei.

Pierderile de putere in transmisiile cu roti dintate pot fi grupate in: pierderi care depind de valoarea momentului transmis: pierderi care nu depind de momentul transmis. Din prima grupa fac parte pierderile datorate frecarii dintre dintii rotilor dintate si intr-o masura mai mica pierderile datorate frecarilor din lagare. Din cea de a doua grupa fac parte pierderile datorate barbotarii uleiului, care depind in special de turatia pieselor din transmisie. La un regim de turatie si temperatura constant, indiferent de momentul transmis, aceste pierderi raman constante.

Pentru o transmisie cu roti dintate care asigura realizarea unui raport de transmitere constant i relatia dintre momentul la intrare M₁ si momentul la iesire M₂ este urmatoarea:

, (3.8)

unde M_m este momentul pierdut prin frecare, care poate fi aproximat cu o relatie de forma:

(3.9)

in care: b_o, b₁, b₂, b₃, b₄, c_o, c₁, c₂, c₃, c₄ sunt coeficientii polinoamelor de aproximare, dependenti de constructia transmisiei cu roti dintate si de temperatura uleiului din transmisie; n este turatia de antrenare a transmisiei cu roti dintate.

Notand cu

polinoamele de ordin patru utilizate pentru aproximarea momentului pierdut in transmisie M_m se obtine pentru momentul la iesire din transmisie M₂, relatia:

, (3.10)

iar pentru momentul pierdut prin frecare Mm

. (3.11)

Analizand relatia 3.11 rezulta ca pierderile de moment de torsiune din transmisia mecanica cu roti dintate Mm, au o variatie liniara functie de momentul de antrenare in cazul functionarii in regim termic si de turatie constant (figura 3.2). In acest caz apare o pierdere de moment constanta A1(n)=B(n)/(1+C(n)) si o pierdere proportionala cu raportul de transmitere i si momentul de antrenare M₁, cu coeficientul de proportionalitate A2(n)=C(n)/(1+C(n)).

Introducand relatia 3.10 in relatia de definitie a randamentului pentru o transmisie cu roti dintate rezulta:

(3.12)

Relatia 3.12 mai poate fi pusa si sub forma:

(3.12')

unde: B(n) reprezinta pierderile la mersul in gol; a este unghiul format de dreapta momentului pierdut prin frecare si axa momentului de antrenare.

Analizand relatiile 3.12 si 3.12', rezulta ca pentru cazul functionarii in regim termic si de turatie constant, randamentul transmisiei mecanice cu roti dintate are o variatie hiperbolica (figura 3.2), si anume valoarea randamentului se reduce prin micsorarea cuplului transmis. Calitatea si temperatura uleiului, influenteaza in mare masura atat pierderile mecanice cat si pe cele hidraulice. Randamentul transmisiei mai depinde si de nivelul uleiului din carter.

Fig.3.2. Variatia momentului pierdut prin frecare si a randamentului in cazul unei cutii de viteze cu trei arbori pentru autoturism, treapta a III a si treapta a IV a.

In faza de proiectare a autovehiculelor se poate aprecie randamentul transmisiei dupa numarul de perechi de roti aflate simultan in angrenare. Pentru angrenajele cilindrice se recomanda h_cil=0,98.0,99, iar pentru cele conice h_con=0.97.0,98. Momentul de rasucire se transmite prin mai multe perechi de roti dintate, cilindrice si conice, randamentul transmisiei se exprima prin produsul randamentelor perechilor de roti aflate concomitent in angrenare:

(3.13)

unde k_cil este numarul de perechi de roti cilindrice aflate in angrenare; k_con este numarul de perechi de roti conice aflate in angrenare.

La autovehiculele pe senile, randamentul transmisiei include si pierderile din ramurile motoare ale senilelor, si se determina cu relatia:

(3.14)

unde: h_tr' este randamentul transmisiei cu roti dintate; h_s este randamentul ramurilor motoare ale senilelor, a carui valoare sunt cuprinse intre 0,95.0,97.

Valorile medii ale randamentului transmisiei mecanice sunt centralizate in tabelul 3.2.

Tabelul 3.2.

Valorile medii ale randamentului transmisiei pentru diferite tipuri de autovehicule.

Randamentul impreuna cu rapoartele de transmitere caracterizeaza influenta transmisiei asupra calitatilor dinamice si economice ale autovehiculului.

Fig.3.3. Variatia randamentului in timpul procesului de exploatare.

Trebuia avuta in vedere si variatia randamentului transmisiei in timpul procesului de exploatare a autovehiculului, care aste ilustrata grafic in figura 3.3. Pe durata exploatarii, pe masura ce apare uzura pieselor cresc jocurile si apar angrenarile incorecte, care sunt insotite de cresterea pierderile datorate frecarilor din transmisie. Din figura se observa ca in perioada rodajului randamentul creste, apoi se mentine constant, dupa care urmeaza o scadere accentuata a acestuia pana la o valoare considerata admisibila. Dupa efectuarea reparatiei ciclul prezentat anterior se reia, dar randamentul maxim (portiunea constanta din diagrama) va avea o valoare mai mica decat cea obtinuta dupa rodajul autovehiculului nou.

Dintre toate tipurile de transmisii, randamentul cel mai ridicat se obtine in cazul transmisiilor mecanice, la care pierderile de putere se datoreaza, dupa cum s-a mai aratat, numai invingerii frecarilor dintre rotile dintate, din lagare si garnituri de etansare, precum si frecarilor hidraulice la barbotarea uleiului. Randamentul transmisiilor hidraulice si electrice sau al celor hidromecanice si electromecanice este mai mic decat al celor mecanice datorita pierderilor din transformatoarele hidraulice, respectiv datorita pierderilor la transformarea energiei mecanice in energie electrica si apoi a energiei electrice in energie mecanica.