of 44 /44
UNIVERSITATEA DIN ORADEA FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALA SI TEHNOLOGICA CATEDRA DE MECANICA SPECIALIZAREA: AUTOVEHICULE RUTIERE CALCULUL SI CONSTRUCTIA AUTOVEHICULELOR PROIECT CALCULUL AMBREIAJULUI tipul: autoturism număr locuri: 5 locuri momentul maxim: M e =180 [ ] turatia:5200 rot/min turaţia corespunzătoare momentului maxim: n M =2800 rot/min viteza maximă: v max =180 km/h. COORDONATOR STIINTIFIC: PROF.DR.ING. DRAGOMIR GEORGE

doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

  • Upload
    -

  • View
    1.735

  • Download
    29

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

UNIVERSITATEA DIN ORADEAFACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALA SI TEHNOLOGICACATEDRA DE MECANICASPECIALIZAREA: AUTOVEHICULE RUTIERE

CALCULUL SI CONSTRUCTIA

AUTOVEHICULELOR

PROIECT

CALCULUL AMBREIAJULUI

tipul: autoturism număr locuri: 5 locuri

momentul maxim: Me=180 [ ] turatia:5200 rot/min

turaţia corespunzătoare momentului maxim: nM=2800 rot/min viteza maximă: vmax=180 km/h.

COORDONATOR STIINTIFIC: PROF.DR.ING. DRAGOMIR GEORGE

STUDENT: FARCUTA FLORIN-MARIUS

GRUPA:231 b

ORADEA 2010

Page 2: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Tema de proiect:

Să se proiecteze ambreiajul pentru autovehiculul ce are următoarele caracteristici: tipul: autoturism număr locuri: 5 locuri momentul maxim: Me=180 [Nm] turatia:5200 rot/min turaţia corespunzătoare momentului maxim: nM=2800 rot/min viteza maximă: vmax=180 km/h.

2

Page 3: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

CUPRINS:

CAP.1. MEMORIU DE PREZENTARE........................................................................41.1. Studiul nivelului tehnicii actuale în construcţia de autovehicule...........................5

1.2 Ambreiajul:rolul ambreiajului pe autovehicol, justificarea alegerii1.3. Studiul comparativ al diferitelor tipuri de ambreiaje din dotarea autovehiculelor similare cu cel din tema de proiect...................................................................................10

CAP.2. MEMORIU DE CALCUL.............................................................................122.1. Determinarea momentului de calcul al ambreiajului...........................................122.2. Determinarea dimensiunilor garniturilor de frecare.............................................132.3. Determinarea forţei de apăsare al arcurilor asupra discului de presiune al ambreiajului:....................................................................................................................152.4. Verificarea garnituri de frecare............................................................................15

2.4.1. Verificarea presiuni specifice dintre garniturile de frecare:.........................152.4.2. Verificarea la uzură a garniturii de frecare:.................................................162.4.3. Verificarea ambreiajului la încălzire:...........................................................17

2.5. Calculul arcului de presiune:................................................................................192.5.1. Determinarea diametrului sârmei şi a diametrului de înfăşurare a spirei.....192.5.2. Determinarea numărului de spire ale arcului de presiune:...........................202.5.3. Determinarea lungimii arcului în stare liberă:.............................................212.5.4. Determinarea coeficientului de siguranţă a ambreiajului după uzarea garniturii de frecare:.....................................................................................................222.5.5. Determinarea lucrului mecanic necesar debreierii:......................................23

2.6. Calculul arborelui ambreiajului:..........................................................................242.7. Calculul discurilor:...............................................................................................25

2.7.1. Calculul elementelor de fixare şi ghidare ale discului de presiune..............252.7.2. Calculul discului condus:.............................................................................26

2.7.2.1. Calcul niturilor de fixare a discului propriu-zis pe butucul ambreiajului:............................................................................................................262.7.2.2. Calculul arcului elementului suplimentar:...........................................27

2.8. Calculul mecanismului de acţionare:...................................................................282.8.1. Calculul forţei de acţionare al pedalei ambreiajului cu acţionare mecanică.

......................................................................................................................28 2.8.2. Calculul cursei pedalei:................................................................................29

2.9 Manechinul bidimensional si postul de conducere......................................30 2.10. Verificarea capacitatii de trecere si a stabilitătii longitudinale.........................................................................................................................32CAP.3. EXPLOATAREA ŞI ÎNTREŢINEREA AMBREIAJULUI:.....................32Bibliografie:........................................................................................................................34

3

Page 4: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

CAP.1. MEMORIU DE PREZENTARE.

1.1. Studiul nivelului tehnicii actuale în construcţia de autovehicule.

ExplicatieCe e NOS...ce e NOS...NOS este un acronim pentru Nitrous Oxide Systems, firma care a devenit cea mai celebra in productia de sisteme de injectie cu oxid de azot. Numele s-a extins la toate sistemele (cam ca la xerox cu copiatoarele). 

Teorie Puterea unui motor depinde in mod direct de puterea exploziilor care au loc in camera de ardere in fiecare ciclu. Cu cat se arde mai multa benzina, cu atat este mai puternica explozia. Pentru arderea unei cantitati mai mari de benzina, este nevoie de mai mult oxigen pentru a intretine arderea. Orice tuning pentru marirea puterii asta face, in ultima instanta, mareste cantitatea de benzina si oxigen care intra in cilindru. Daca mai multa benzina benzina se baga usor (toata lumea a vazut carburatoare dereglate), marea problema devine marirea cantitatii de oxigen. 

Functionare Oxidul de azot (N2O) este un gaz neinflamabil si nu creste cifra octanica a benzinei dupa cum am auzit pe alocuri. Acela este nitrometanul, si cu totul alta poveste. Pentru a fi utilizat in motoare, se stocheaza sub forma lichida intr-o butelie la 1000 PSI. Cand este eliberat, trece in stare gazoasa, temperatura ii scade brusc si densitatea ii creste. La temperatura de 300 C (in camera de ardere), oxidul se desface in azot si oxigen, crescand astfel puterea exploziei. Azotul care este eliberat are si el un rol in amortizarea presiunii crescute asupra pistoanelor, ducand la o intarziere care da timp amestecului mai bogat sa arda in intregime. Sistemele de injectie (exista cateva subtipuri,eu explic la modul general) sunt compuse din butelie, tevaraie, cateva electrovalve (zise si solenoizi) si marele buton. Apasarea pe buton duce la punerea in functiune a solenoizilor de gaz si de benzina - unul da drumul gazului, celalalt creste fluxul de benzina si way to go ... pot fi si mai multi solenoizi, in functie de motor si sistem. 

I s-a dus vestea de mare pericol pentru motor din cauza inconstientei celor care au tinut neaparat sa puna un sistem NOS ieftin. Daca sistemul este bine pus la punct si prevazut cu toate sigurantele, nu este nici o problema. Probleme pot aparea la intreruperea fluxului de benzina, caz in care amestecul devine prea bogat in oxigen si are loc o explozie, doua, trei FOARTE puternice, ce duce de obicei la unu-doua-trei pistoane/biele/bloc motor etc inutilizabil... Solutia este instalarea unui senzor care decupleaza solenoidul de gaz cand se opreste fluxul de benzina. O alta problema este ca nu se poate injecta oxid in motor sub 3000 de ture, din acelasi motiv (nu e suficienta benzina). Solutia: "window switch", un senzor ce nu permite pornirea sistemului sub 3000 de ture. De fapt, multi nu au buton la mana, ci un WOT switch (wide open throttle), adica un contact ce porneste sistemul cand

acceleratia a fost tinuta la podea un nr de secunde. Uzura motorului nu ar trebui sa fie o problema daca se foloseste gaz in reprize de maxim 15 secunde. Majoritatea motoarelor sunt concepute sa functioneze la o putere mult mai mica decat suporta si

4

Page 5: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

oricum, in 99% din timp merg sub puterea maxima. 

TEHNOLOGIE Noua generaţie Nissan va aduce noi sisteme de siguranţă

Compania Nissan dezvoltă noi tehnologii în materie de siguranţă, cea mai recentă dintre acestea fiind prezentată în echiparea unui nou model - Jetson.

Sistemul combină un radar şi o cameră video care sunt puse în legătură cu volanul şi fânele. În acest fel, sistemul de securitate detectează obstacole aflate la 100 de m distanţă şi îl ajută pe şofer să evite coliziunile, fiind gata să frâneze maşina dacă este nevoie.

Nissan a prezentat un nou sistem de pilot automat, oarecum similar celui disponibil pe ultimul model Cadillac al companiei General Motors, care permite automobilului să se posteze

automat la distanţa de siguranţă faţă de maşina din faţă, fără a necesita intervenţia şoferului.

Nissan şi rivalele sale, Toyota Motor Corp. şi Honda Motor Co. sunt gata să pfere câteva modele pregătite cu noi sisteme de siguranţă, care măresc forţa de frânare sau întăresc centurile de siguranţă în anticiparea unui accident.

Cu toate acestea cel mai revoluţionar sistem experimentat de Nissan rămâne sistemul de frânare anticoliziune, capabil să detecteze obstacole aflate la 100 de metri distanţă.

Sistemul mai poate controla forţa de frînare pe roata din dreapta sau din stânga, în funcţie de obstacol şi de felul în care este acţionat volanul de către şofer dacă acesta pierde controlul în timpul frânării, astfel încât maşina să îşi păstreze ţinuta de drum.

Într-un test drive, maşina echipată cu acest nou sistem a încetinit repede şi foarte exact pentru a evita ciocnirea, alunecând şi derapând în exteriorul obiectului detectat.

Echipamentul laser al acestui echipament detectează doar reflecţia luminii de la maşinile aflate în faţă, neputând însă detecta pietonii sau alte obiecte aflate pe şosea. De acest lucru se ocupă însă camera video, fixată lângă laser.

1.2 Ambreiajul

- Justificarea alegerii- Rolul ambreiajului pe autovehicul

5

Page 6: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Ambreiajul este un cuplaj (leagă capetele a doi arbori dispusi unul in prelungirea celuilalt, fără sau cu abateri de la coaxialitate) intermitent (asigură cuplarea şi decuplarea arborilor fără demontarea sau remontarea cuplajului) comandat (decuplarea sau cuplarea se fac ca urmare a unei comenzi) normal cuplat (in stare normala este in situatia cuplat). Pe autovehicule se întâlneste si sub formă de cuplaj intermitent automat , adică cuplarea sau decuplarea au loc automat in functie, cel mai adesea, de turatia motorului cu ardere internă.

Pe automobil ambreiajul se întâlnește in trei variante funcționale:

in transmisie, intercalat între motor si schimbătorul de viteze, pentru transmiterea momentului motor;

ca organ de cuplare si decuplare a treptelor de viteză in transmisiile automate;

cuplaj de siguranța pentru limitarea valorii maxime a momentului de torsiune.

Operația de decuplare a ambreiajului se numește debreiere.

- Cuplarea progresivă a motorului cu restul transmisiei la pornirea de pe loc sau după schimbarea treptelor de viteză;

Operația de cuplare a ambreiajului se numește ambreiere.

- Limitarea valorii maxime a momentului de torsiune din restul transmisiei (cuplaj de siguranța);

- Izolarea intre motor si transmisie, in ambele sensuri, a vibrațiilor torsionale provenite din funcționarea motorului sau din deplasarea automobilului pe cale.

Folosirea ambreiajului in transmisia automobilului este impusă de folosirea motoarelor cu ardere interna care nu pot porni sub sarcina. Pentru pornire este necesara întreruperea legăturii dintre motor si restul transmisiei prin decuplarea ambreiajului, cuplarea schimbătorului de viteză in prima treapta si apoi cuplarea progresiva a ambreiajului simultan cu actionarea usoară a acceleratiei.

- Conditiile impuse ambreiajului

6

Page 7: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Decuplarea ambreiajului trebuie sa fie completă, rapidă si sa necesite din partea conducătorului auto eforturi reduse, pentru o cursa la pedală limitată.

Dacă decuplarea ambreiajului nu este completă, au loc următoarele fenomene: schimbarea treptelor de viteză se face cu șocuri si zgomote, deoarece rotile

dințate sunt sub sarcină parțială, efectul fiind uzura dinților și a roților dințate sau a cuplajelor din schimbătorul de viteze;

Dacă schimbătorul este cuplat si motorul funcționează, ambreiajul patinează, componentele sale se încălzesc, garniturile de frecare se uzează sau chiar se ard.Eforturi reduse pentru actionarea pedalei ambreiajului in conditiile unei curse

limitate a acesteia se realizează prin proiectarea corespunzătoare a sistemului de actionare.

Cuplarea ambreiajului trebuie sa fie progresiva si perfecta (fara patinare in timpul rulării).

Dacă cuplarea ambreiajului se face brusc, apar smucituri îndeosebi la pornirea de pe loc a automobilului, dar si după schimbarea treptelor de viteză, care conduc la accentuarea uzurii automobilului si la reducerea confortului. Patinarea ambreiajului conduce la efectele prezentate mai sus. Ambreiajul trebuie sa transmită momentul motor maxim chiar si in cazulcând garniturile de frecare sunt uzate la limita admisibila. De asemenea trebuie sa aibă siguranta ridicată in functionare, rezistenţă la uzură si o durată de serviciu cât mai mare.

Se poate afirma că ambreiajul este cel mai solicitat organ al transmisiei automobilului (parcurgerea in trafic urban aglomerat a unei distante de 10km implică actionarea pedalei ambreiajului de zeci de ori). Pentru automobilele moderne obisnuite fiabilitatea ambreiajului trebuie sa fie aceeasi cu a schimbătorului de viteze de exemplu, adică sa functioneze fără reparatii (numai executarea operatiilor de întretinere prescrise) petoata durata de viată normală a automobilului.

- Alte conditii generale impuse ambreiajului sunt: moment de inerție si masă proprie cat mai reduse; dimensiuni de gabarit limitate (diametrul exterior maxim al garniturilor de frecare

este limitat); parametrii de baza sa varieze cat mai puțin în timpul exploatării si sa fie prevăzut

cu dispozitive pentru reglare; să fie echilibrat dinamic; să fie ușor de întreținut sau dacă e posibil sa nu necesite operații de întreținere; să aibă o construcție simplă si un preț de cost cât mai scăzut.

7

Page 8: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

- Prezentarea conditiilor constructive adoptateSe alege ambreaj monodisc simplu cu arc centra

Fig 1: Prezentarea ambreajului ales

8

Page 9: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Fig 2:Constructia discu;lui condus cu elementele elastice suplimentare

- Compunerea ambreiajului

9

Page 10: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Ambreiajul este compus din următoarele părti principale:1. Partea conducătoare – este acea parte a ambreiajului care este montată pe volantul motorului. Ea poate fi identificată ca fiind acea parte a ambreiajului care se roteste când motorul este in functiune, ambreiajul este decuplat, iar automobilul stă pe loc. Aceasta cuprinde următoarele componente principale:

- carcasa interioară a ambreiajului;- placa sau discul de presiune;- arcul (arcurile de presiune).

2. Partea condusă – este acea parte a ambreiajului care este in legătura cinematică directă cu arborele de intrare (primar) al schimbătorului de viteza. Ea poate fi identificată ca fiind acea parte a ambreiajului care nu se rotește când motorul e in funcțiune, ambreiajul e decuplat, iar automobilul sta pe loc. Aceasta cuprinde următoarele componente:

- discul sau discurile conduse ale ambreiajului;- arborele ambreiajului.

3. Sistemul de actionare sau de comanda al ambreiajului - are in componenţă două părti:

a) sistemul interior de actionare care cuprinde piesele si subansamblele care realizează comanda ambreiajului si sunt situate in interiorul carterului. In varianta completă sistemul cuprinde următoarele:

- pârghiile de debreiere;- inelul de debreiere;- mantonul de debreiere cu rulmentul de presiune si suportul său;- furca ambreiajului.

b) sistemul exterior de actionare cuprinde toate piesele si subansamblele montate între pedala ambreiajului si capătul furcii ambreiajului. El are mai multe variante constructive si constituie un criteriu de clasificare a ambreiajelor.

1.3 Studiul comparativ al diferitelor tipuri de ambreiaje din dotarea autovehiculelor similare cu cel din tema de proiect.

Nr. 1 2 3 4 5 6Marca

Caract

Ford Focus

1.6

Lada Niva

MitsubishiCariama

Peugeot 306

Renault Laguna

OpelAstra

Pe(Kw) 55 62 60 50 57 59np(rot/min) 5200 4900 3800 4000 4000 3500

10

Page 11: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Me(N*m) 180 180 200 160 196 170npn(rot/min) 2800 2000 2600 2000 2250 2000Vmax(km/h) 180 175 195 186 195 200nr. cilindri 4 4 4 4 4 4

Masa tot(kg 1400 1900 1700 1235 1230 1600Sarcina utila

I 0 4,53 4,994 4,89 4.19 4,77 4.34I 1 3,67 4,506 4,58 2.73 3,73 3.55I 2 2,11 1.96 1.95I 3 1,34 1.31 1.28I 4 0,95 0.95 0.89I 5 0,67 0,78 0,75 0.76 0,67 0.71

form. roţilor 4x2 4x2 4 x 2 4 x 2 4 x 2 4 x 2tip ambreiaj mono-

disc uscat

mono-disc uscat

mono-disc uscat

mono-disc uscat

mono-disc uscat

mono-disc uscat

Tip arcuri de presiune

perife-rice

perife-rice

perife-rice

perife-rice

perife-rice

perife-rice

Tip mecanism actionare

me-canic

me-canic

me-canic

me-canic

me-canic

me-canic

Tip si dimensiuni anvelope

215/75 R16

205/70 R15

225/70 R15

205/55R16H

195/70R14T

195/70R16

11

Page 12: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

CAP.2. MEMORIU DE CALCUL.

La calculul ambreiajului se urmăreşte stabilirea dimensiunilor elementelor principale ale acestuia, în raport cu valoarea momentului motor şi pe baza parametrilor constructivi ai automobilului.

Calculul unui ambreiaj cuprinde în principal: determinarea dimensiunilor garniturilor de frecare; calculul arcurilor de presiune; calculul arborelui; calculul mecanismului de acţionare.

Pe baza analizelor modelelor similare de autovehicule se alege pentru autovehiculul din tema de proiect următoarele:

un motor cu ardere internă având:

schimbătorul de viteză în trepte cu următoarele rapoarte de transmisie:

raportul de transmisie al transmisiei principale :

soluţia constructivă de ambreiaj:ambreiaj mecanic monodisc cu arcuri periferice elicoidale şi mecanism de acţionare mecanic.

masa totală a autovehiculului:

tipul anvelopei: 215/75 R16

2.1. Determinarea momentului de calcul al ambreiajului.

Pentru ca ambreiajul să transmită momentul maxim dezvoltat de motor fără să patineze, pe toată durata de funcţionare chiar şi după uzarea garniturii de frecare când valoarea forţei de apăsare a arcurilor de presiune scade este necesar ca momentul de frecare a ambreiajului să fie mai mare decât momentul maxim al motorului. Momentul de

12

Page 13: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

calcul al ambreiajului reprezintă momentul faţă de care se dimensionează elementele ambreiajului. Acesta se determină cu relaţia:

unde : - momentul de calcul al ambreiajului; - coeficient de siguranţă al ambreiajului; - momentul motor maxim.

Valoarea coeficientului maxim de siguranţă se alege conform recomandărilor literaturii de specialitate [1] în funcţie de tipul ambreiajului şi condiţiile de exploatare ale autovehiculului. Astfel pentru autoturisme avem: = 1,3…1,75.

Alegem = 1,5Criteriile care au stat la baza alegerii lui au fost: - ambreiajul să nu patineze după uzura garniturilor- forţa la pedală să aibe valori optime astfel încât să nu suprasolicite conducătorul

auto.

2.2. Determinarea dimensiunilor garniturilor de frecare.

Calculul garniturilor de frecare cuprinde: determinarea dimensiunilor, calculul presiunii specifice şi verificarea la uzură.

Fig. 2.1. Garnitura de frecare a ambreiajului

Raza exterioară a garnituri de frecare se determină cu relaţia:

unde: - coeficientul ce depinde de tipul ambreiajului şi al autovehiculului.

13

Page 14: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

= 25…30 pentru ambreiaj monodisc de autoturisme

Se alege = 27

i=2 – numărul de perechi de suprafeţe aflate în contact

pentru autovehicule c=0,55-0,75se alege c=0,75.

Valorile superioare ale lui c corespund motoarelor ce funcţionează la turaţii ridicate deoarece alunecările dintre suprafeţele de frecare sunt mai intense la periferie.

Se alege c=0,75 deoarece motorul autovehiculului este rapid.

Deoarece dimensiunile garniturilor de frecare sunt standardizate se adoptă conform STAS 7793-83 valorile superioare cele mai apropiate de cea calculată.

Dimensiunile garniturii de frecare alese din standard sunt:- diametrul exterior al garniturii: 280 mm- diametrul interior al garnituri: 165 mm- grosimea g =3,5 mm

Raza exterioară a garniturii de frecare:

Raza interioară a garniturii de frecare:

Raza medie a suprafeţei de frecare se determină cu relaţia:

14

Page 15: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

2.3. Determinarea forţei de apăsare al arcurilor asupra discului de presiune al ambreiajului:

Din condiţia ca momentul de calcul să fie egal cu momentul de frecare a ambreiajului rezultă următoarea relaţie:

- forţa de apăsare asupra discului de presiune; - coeficientul de frecare dintre discurile ambreiajului; pentru frecare

ferodou fontă = 0,25…0,35Se adoptă = 0,3

- coeficient ce ţine seama de frecare dintre butucul discului condus şi arborele ambreiajului.Pentru ambreiaje monodisc = 0,90…0,95

Se adoptă =0,95 Din relaţia (6) obţinem:

2.4. Verificarea garnituri de frecare.

2.4.1. Verificarea presiuni specifice dintre garniturile de frecare:Presiunea specifică între supape se determină cu relaţia:

Pentru garniturile de frecare de ferodou valoarea admisă a presiuni specifice este:

Deoarece garniturile rezistă la presiune.

15

Page 16: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

2.4.2. Verificarea la uzură a garniturii de frecare:

Aprecierea solicitărilor la uzură a garniturii de frecare se face utilizând lucrul mecanic specific de frecare la patinare în regimul pornirii de pe loc. Acesta se determină cu relaţia:

unde L reprezintă lucrul mecanic de frecare la patinare al ambreiajului

unde: =1400 - greutatea totală a autovehiculului daN; - raza de rulare a roţilor motoare în metri

- raza liberă a roţi care se determină pe baza caracteristici anvelopei iI – raportul de transmitere al treptei întâi de viteză i0 – raportul de transmitere al transmisiei principale A’ – aria suprafeţei de frecare;

Având în vedere că autoturismul din tema de proiect are anvelopă tip 215/75R16 calculul razei libere a roţii r0 se calculează cu formula:

unde: Hpneu – înălţimea profilului pneului Bpneu – lăţimea pneului r – raza jantei

Din relaţia (9) rezultă:

16

Page 17: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Din relaţia (8) rezultă:

Valoarea admisibilă a lucrului mecanic specific la patinare: .

Deoarece ambreiajul rezistă la uzură.

2.4.3. Verificarea ambreiajului la încălzire:

Încălzirea ambreiajului se produce numai în timpul patinării datorită transformării lucrului mecanic de frecare în căldură. Verificarea la încălzire se face pentru discul cel mai solicitat termic şi se apreciază prin creşterea de temperatură .În cazul ambreiajului monodisc verificarea la încălzire se face pentru discurile de presiune deoarece discul condus este izolat termic prin garniturile de frecare. Creşterea de temperatură se calculează cu relaţia:

(15)

unde: - coeficientul care exprimă fracţiunea din lucru mecanic de frânare

consumat pentru încălzirea piesei care se verifică. pentru discul de presiune al ambreiajului monodisc

c – căldura specifică a materialului piesei care se verifică.

c =0,115 pentru oţel şi fontă

- greutatea piesei care se verifică.Calcul greutăţii se face în ipoteza că discul de presiune este o placă de fontă cu

secţiunea din fig. 2.2, iar marginile acestuia trebuie să le depăşească pe cele ale garniturii de frecare cu 2-3mm.

17

Page 18: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Fig. 2.2 Discul verificat la încălzire.

- grosimea discului de presiune în metriSe adoptă constructiv =10 m

= 7800 pentru fontă; g =9,81 m/ acceleraţia gravitaţională; A – aria frontală a discului

Din relaţia (15) rezultă:

18

Page 19: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Valoarea admisibilă a creşterii de temperatură pentru o cuplare la plecarea de pe loc în cazul utilizării relaţiei (15) este: . Deoarece rezultă că ambreiajul rezistă la încălzire.

2.5. Calculul arcului de presiune:

Arcurile de presiune ale ambreiajului sunt solicitate după un ciclu asimetric cu un coeficient de asimetrie R=0,8…0,9 iar numărul ciclurilor de solicitare în condiţiile normale de exploatare nu depăşesc 5 cicluri. Din această cauză distrugerea arcurilor de presiune nu se produce datorită oboseli materialului.

Arcurile de presiune periferice elicoidale sunt arcuri cilindrice din sârmă trasă de oţel carbon de calitate pentru arcuri sau oţel aliat pentru arcuri şi au o caracteristică liniară. Calculul acestora constă în determinarea diametrului sârmei, a diametrului de înfăşurare a spirei, a numărului de spire şi a lungimii arcului în stare liberă.

2.5.1. Determinarea diametrului sârmei şi a diametrului de înfăşurare a spirei.

Se adoptă numărul arcurilor de presiune ca multiplu de 3 astfel încât forţa de apăsare ce revine unui arc să fie între 40-80 daN.

Se adoptă numărul de arcuri na=6. Forţa este necesară să dezvolte un arc este:

O condiţie necesară pentru ca manevrarea ambreiajului să nu fie obositoare este ca în momentul în care acesta este decuplat, forţa dezvoltată de un arc F a” să fie maxim 10-25 % mai mare de valoarea corespunzătoare poziţiei cuplate.

Diametrul sârmei arcului se determină din condiţia de rezistenţă de torsiune a acestuia în poziţie decuplată a ambreiajului cu relaţia:

19

Page 20: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

D – diametrul de înfăşurare al spirei arcului. Pentru arcurile elicoidale ale ambreiajului c = 5…8 conform literaturii de specialitate. Se adoptă c = 5,9.

k – coeficient de corecţie ce depinde de raportul c şi se determină cu relaţia:

- rezistenţa admisibilă a arcului

Din relaţia (21) rezultă:

Deoarece dimensiunile pentru sârma trasă din oţel pentru arcuri sunt standardizate se adoptă conform STAS 893-67: d =4,5 mm. Diametrul de înfăşurare a spirei arcului conform relaţiei (22) este:

2.5.2. Determinarea numărului de spire ale arcului de presiune:

Din expresia matematică a săgeţi unui arc elicoidal din sârmă cu secţiunea circulară rezultă relaţia de calcul al numărului de spire active:

G – modul de elasticitate transversală al sârmei arcului;

G =800000 pentru oţel de arc.

- rigiditatea arcului

unde: - săgeata suplimentară corespunzătoare deformării arcului la decuplarea

ambreiajului;

unde: nd - numărul de discuri conduse;

20

Page 21: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

- jocul dintre o pereche de suprafeţe de frecare necesar pentru decuplarea completă a ambreiajului.

= 0,75…1,5mm ambreiaj monodisc Se adoptă = 0,75 mm.

j’– creşterea grosimii discului condus datorită elementului elastic axialj’ =0,5…1,5mm.

Se adoptă j’ =0,8 mm. Din relaţia (26) rezultă:

Din relaţia (25) rezultă:

Din relaţia (24) rezultă:

Numărul de spire trebuie să fie multiplu de 0,5 şi mai mare decât 6. Deoarece spirele de la capătul arcului nu sunt active, numărul total de spire

2.5.3. Determinarea lungimii arcului în stare liberă:

Lungimea arcului în stare liberă se determină cu relaţia:

- lungimea arcului comprimat în poziţia decuplată a ambreiajului; - săgeata arcului corespunzătoare poziţiei cuplate.

se determină din condiţia ca distanţa dintre în starea comprimată a arcului să fie js=1 mm cu relaţia:

Din relaţia (28) rezultă:

21

Page 22: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Pentru a se evita flambajului arcului de presiune se recomandă ca: .

Deoarece rezultă că arcul rezistă la flambaj.

2.5.4. Determinarea coeficientului de siguranţă a ambreiajului după uzarea garniturii de frecare:

Datorită uzării garniturilor de frecare arcurile de presiune se destind mai mult şi forţa de apăsare scade de la valoarea până la .

Momentul de frecare al ambreiajului după uzarea garniturilor de frecare este:

f – săgeata corespunzătoare arcului în poziţia cuplată a ambreiajului

Δu - destinderea corespunzătoare uzurii tuturor garniturilor de frecare până la limita maximă admisibilă.

- uzura admisibilă pentru o garnitură de frecare.

=1,2…2mm Se alege =1,2 mm

Din relaţia (35) rezultă:

Din relaţia (33) rezultă:

Din relaţia (32) rezultă:

Din relaţia (31) rezultă:

Coeficientul de siguranţă al ambreiajului după uzarea garniturii de frecare este:

22

Page 23: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Deoarece >1 rezultă că ambreiajul va transmite fără patinare momentul maxim al motorului şi după uzarea garniturilor de frecare.

2.5.5. Determinarea lucrului mecanic necesar debreierii:

Lucrul mecanic necesar debreierii este lucrul mecanic produs de forţele elastice la comprimarea arcurilor de presiune cu săgeata ΔF1 şi se determină cu relaţia:

unde: - randamentul mecanismului de acţionare

, conform literaturi de specialitateAlegem: Valorile recomandate ale lucrului mecanic necesar debreieri pentru autoturisme

sunt cuprinse între 0.5…1 daNm

2.6. Calculul arborelui ambreiajului:

Arborele ambreiajului este supus solicitări de torsiune cu un moment egal cu momentul de calcul al ambreiajului şi solicitările de strivire si forfecare la nivelul canelurilor de-a lungul cărora culisează discul condus.

23

Page 24: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Din condiţia de rezistenţă la torsiune se determină diametrul interior al arborelui ambreiajului cu relaţia:

unde: - rezistenţa admisibilă la torsiune şi are valorile: =1000-1200 daN/cm2

Alegem =1000 daN/cm2.Materialul din care se confecţionează arborele ambreiajului este oţel aliat pentru

cementare 21MoCr12 conform STAS 791-80. Deoarece arborii canelaţi au dimensiuni standardizate din STAS 1770-68 se aleg

următoarele dimensiuni:- diametrul interior al canelurii di=26 mm- diametrul exterior al canelurii de=32 mm- numărul de caneluri z=10- lăţimea canelurii b=4 mm.Verificarea la strivire a canelurilor arborelui ambreiajului se face cu relaţia:

unde: l - lungimea butucului discului condus

Considerăm că condiţiile de lucru sunt condiţii obişnuite de lucru astfel ca luăm lungimea discului condus ca fiind l=de=3,2 cm.

h - înălţimea canelurii arborelui

Rezistenţa admisibilă la strivire pentru canelurile arborelui ambreiajului este Psa=200…250daN/cm2. Deoarece Ps<Psa rezultă că arborele rezistă la strivire.

Verificarea la forfecare se face cu relaţia:

24

Page 25: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Rezistenţa admisibilă la forfecare este: .

Deoarece arborele rezistă la forfecare.

2.7. Calculul discurilor:

2.7.1. Calculul elementelor de fixare şi ghidare ale discului de presiune.

Discurile de presiune sunt solidare la rotaţie cu volantul motorului având în acelaşi timp posibilitatea deplasării axiale. Legătura dintre acestea şi volant se face prin intermediul carcasei ambreiajului.

Carcasa ambreiajului este prevăzută cu mai multe ferestre în care pătrund nişte reazeme prelucrate pe discul de presiune.

Elemente de fixare si ghidare ale discului de presiune din carcasa ambreiajului

Calculul elementelor de fixare şi ghidare constă în verificarea la strivire a suprafeţelor de contact dintre discul de presiune si carcasă.

Presiunea specifică se determină cu relaţia:

unde: R - raza cercului pe care sunt dispuse reazemele discului de presiune Z=3…5 - numărul de reazeme A - aria unei suprafeţe de contact solicitate la strivire

l - lungimea suprafeţei de contact a - grosimea carcasei ambreiajului

Se adoptă:- a=0,3 cm- l=22 cm- R=13 cm- Z=3 reazeme

Valoarea rezistenţei admisibile la strivire conform literaturii de specialitate este:.

Deoarece Ps<Psa rezultă că elementele de fixare şi de ghidare rezistă la strivire.

25

Page 26: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

2.7.2. Calculul discului condus:

2.7.2.1.Calcul niturilor de fixare a discului propriu-zis pe butucul ambreiajului:

Niturile de fixare ale discului propriu-zis pe flanşa butucului sunt confecţionate din OL 38 şi sunt solicitate la forfecare şi strivire.

Verificarea niturilor la forfecare se face cu relaţia:

unde: - raza cercului pe care sunt dispuse niturile de fixare

Constructiv =4…8 cm. Se alege rn=6 cm. - diametrul niturilor

Constructiv = 0,6…1 cm. Se alege dn=0,7 cm. - numărul de nituri

Constructiv = 3…6 nituri. Se alege zn=5 nituri. Din relaţia (44) rezultă:

Valoarea rezistenţei admisibile la forfecare pentru niturile de fixare

Deoarece niturile rezistă la forfecare.

Verificarea niturilor la strivire se face cu relaţia:

unde: - lungimea părţi active a nitului;

Constructiv = 0,2…0,4 cm. Se adoptă ln=0,4 cm. Din relaţia (45) rezultă:

Valoarea rezistenţei admisibile la strivire pentru niturile de fixare este

.

26

Page 27: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Deoarece niturile rezistă la strivire.

2.7.2.2.Calculul arcului elementului suplimentar:

Arcul elementului suplimentar sunt arcuri elicoidale şi au rolul de a reduce rigiditatea transformării şi a amortizării şocurilor, previn apariţia rezonanţei la frecvenţe înalte ale oscilaţiilor din torsiune din transmisie.

Condiţia pentru a funcţiona corespunzător a elementului elastic suplimentar este ca momentul de torsiune necesar pentru comprimarea acestora până la opritori să fie egal cu momentul produs de forţa de aderenţă a roţilor motoare pe un drum uscat cu coeficientul de aderenţă , redus la arborele ambreiajului în treapta I de viteză. La automobile arcurile utilizate la elementul elastic suplimentar al ambreiajului au următoarele caracteristici:

- diametrul sârmei arcului d = 3…4 mm. Se alege d=4 mm.- diametrul spirei arcurilor D = 14…19 mm. Se alege D=15 mm.- numărul total de spire a arcurilor 6 spire. Se alege ns=6 spire.- numărul de arcuri ale elementului elastic suplimentar =8…12 arcuri pentru

diametrul exterior al ambreiajului . Alegem ze=10 arcuri. Montarea arcurilor în butucul discului se face pretensionat prin comprimare cu o

săgeată de 10…13% din lungimea liberă a arcului.

2.8. Calculul mecanismului de acţionare:

În urma analizelor tehnico economice s-a ales un mecanism de acţionare mecanic datorită următoarelor avantaje:

- construcţie simplă şi ieftină;- întreţinere uşoară;- reglare uşoară a jocurilor apărute în urma funcţionării;- randament ridicat;Schema de acţionare este a ambreiajului este prezentată în figura 2.3:

27

Page 28: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Fig. 2.3 Schema de acţionare mecanică a ambreiajului.

2.8.1. Calculul forţei de acţionare al pedalei ambreiajului cu acţionare mecanică.

Raportul de transmisie al mecanismului de acţionare mecanic se determină cu relaţia: unde:

- raportul de transmisie a pârghiilor de debreiere;

(47)

- raportul de transmisie al pedalei şi furci ambreiajului;

unde: a, b, c, d,e,f distanţele conform fig. 2.3.

Se adoptă constructiv următoarele dimensiuni pentru mecanismul de acţionare: a = 150mm; b =35mm; c =100mm; d = 25mm; e =35mm; f =15mm.

Din relaţia (47) rezultă:

Din relaţia (48) rezultă:

Din relaţia (46) rezultă:

28

Page 29: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Conform literaturii de specialitate valorile uzuale ale rapoartelor de transmisie a mecanismului de acţionare sunt . După cum se observă valoarea calculată se încadrează între limitele valorilor uzuale prevăzute de literatura de specialitate.

Randamentul mecanismului de acţionare mecanismul conform literaturi de specialitate are valori cuprinse între . Se adoptă . Forţa de acţionare a pedalei ambreiajului se determină cu relaţia:

Valorile recomandate de literatura de specialitate pentru forţa la pedală la ambreiajele de autoturisme sunt =10…15 daN. Se observă că forţa la pedală Fp

calculată se încadrează în valorile stabilite de literatura de specialitate.

2.8.2. Calculul cursei pedalei:

Cursa de acţionare a pedalei se determină cu relaţia:

unde: - cursa liberă a rulmentului de presiune

= 2…4 mm Se adoptă =3 mm Din relaţia (50) rezultă:

Valorile recomandate în literatura de specialitate pentru cursa pedalei ambreiajului de autoturisme sunt = 100…150 mm. Se observă că se încadrează în intervalul recomandat.

2.9 Manechinul bidimensional si postul de conducere

Manechinul bidimensional consta din tors si segmentele picioarelor asamblate cu articulatii prevăzute cu scări pentru măsurarea unghiurilor.

Sunt folosite trei manechine diferentiate prin lungimile segmentelor piciorului, ls pentru gamba si lt pentru coapsa, deoarece s-a constatat ca dimensiunile torsului variază nesemnificativ. Cele trei manechine sunt simbolizate prin procentajele 10,50,90 %. Semnificatia acestui procentaj este următoarea: pentru manechinul cu procentaj 90 înseamnă ca dintr-un număr de adulti, 90% dintre ei au lungimile segmentelor ls si lt mai mici sau cel mult egale cu lungimile corespunzătoare acestei tipodimensiuni de

29

Page 30: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

manechin,pentru manechinul cu procentaj 50 înseamnă ca dintr-un număr de adulti, 50% dintre ei au lungimile segmentelor ls si lt mai mici sau cel mult egale cu lungimile corespunzătoare acestei tipodimensiuni de manechin, iar pentru manechinul cu procentaj 10 înseamnă ca dintr-un număr de adulti, 10% dintre ei au lungimile segmentelor ls si lt mai mici sau cel mult egale cu lungimile corespunzătoare acestei tipodimensiuni de manechin. Având in vedere aceste tipodimensiuni de manechin se alege ca referinta manechinul de tip 90. Acesta are dimensiunile ls = 444 mm si lt = 456 mm. Manechinul de tip 90 este prezentat împreuna cu cotele alese in figura. MANECHIN TIP 90

Pozitia manechinului pe scaunul soferului este definita de dimensiunile a si b (pozitia articulatiei H a soldului fata de partea verticala a panoului despărtitor de compartimentul motorului, respectiv fata de podea), de unghiul α dintre axa torsului rezemat pe scaun si verticala, de unghiurile β,γ,δ care reprezintă unghiurile principalelor articulatii: sold, genunchi, respectiv glezna ale manechinului bidimensional. Manechinul bidimensional amplasat la postul de conducere împreuna cu aceste unghiuri sunt reprezentate in figura 15. Se aleg ca si valori pentru unghiurile α,β,γ,δ următoarele valori: α= 250, β=800, γ=1300 δ=1000

30

Page 31: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Manechinul bidimensional amplasat la postul de conducere

2.10 Verificarea capacitatii de trecere si a stabilitătii longitudinale.

Inca din faza de predeterminare a parametrilor dimensionali si automobilului s-au avut in vedere si parametri geometrici ai capacitatii de trecere. Definitivarea lor este încheiata odată cu întocmirea schitei de organizare generala si a desenului de ansamblu.

- Unghiul de atac rezultat din schița de organizare generala este de 200;- Unghiul de degajare rezultat este de 170

- Garda la sol [mm] este de 175

Capacitătile de trecere ale automobilului (unghiul de atac si unghiul de degajare)

31

Page 32: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

CAP.3. EXPLOATAREA ŞI ÎNTREŢINEREA AMBREIAJULUI:

Jocurile dintre elementele mecanice de acţionare se apreciază prin mărimea cursei

libere a pedalei ambreiajului. Valoarea recomandată a cursei libere este 20…25 mm şi asigură pe lângă decuplare sigură a ambreiajului şi jocul necesar pentru ca rulmentul de presiune să nu fie antrenat permanent de pârghiile de debreiere. În timpul exploatării valoarea cursei libere scade datorită uzuri garniturilor de frecare şi apare pericolul ca jocurile din mecanismul de acţionare să dispară şi rulmentul de presiune rămâne în contact permanent cu pârghiile de debreiere. Funcţionarea prelungită a rulmentului de presiune conduce la supraîncălzirea acestuia, griparea şi uzarea capetelor pârghiilor de debreiere, se reduce forţa de apăsare a discului de presiune asupra discurilor conduse şi ambreiajul are tendinţa să patineze. O valoare prea mare a cursei libere a pedalei poate conduce la o decuplare incompletă a ambreiajului şi schimbarea dificilă a treptelor de viteză. Prin modificarea lungimii cablului şi tijei care acţionează furca ambreiajului se reglează jocurile, iar la cele hidraulice jocurile se reglează jocurile dintre rulmentul de presiune şi tijă prin modificarea lungimii tijei cilindrului receptor. Jocul dintre piston şi tija acestuia se reglează cu ajutorul unui şurub.

32

Page 33: doc.Proiect Calculul si Constructia Autovehiculelor - Calculul Ambreiajului

Bibliografie:

1. Gheorghe, Frăţilă, Calculul şi construcţia automobilelor, Bucureşti, editura Didactică şi Pedagogică, 1977.

2. Gheroghe Bobescu şi alţii, Motoare pentru automobile şi tractoare, vol.II, Chişinău, editura Tehnica, 1998.

3. Colecţie STAS – Organe de maşini, vol. I.a, Bucureşti, Editura tehnică, 1983.4. Dragomir G., -Calculul si constructia autovehiculelor- Curs si indrumar pentru

lucrari de laborator, Topografia Universitatii Oradea, 2007.5. Colectii de standarde6. Colectii Autocatalog7. www.autozine.home.ro8. Pagini internet.

33