Cutii de viteze ale tractoarelor şi automobilelor metode de activizare a elevilor în procesul de predare învăţare – evaluare a sistemelor de… [306760]
[anonimizat] a realiza o concordanță între școala românească și cerințele epocii contemporane.
Pentru a [anonimizat], [anonimizat] a analiza, a structura, a transforma și a [anonimizat]. [anonimizat], este acela de a [anonimizat], [anonimizat], sau care să poată face față cerințelor unei piețe a muncii din ce în ce mai exigentă și mai selectivă.
Dinamismul dezvoltării sociale impune o schimbare majoră de optică a cadrelor didactice. Acest lucru nu poate fi realizat decât prin acceptarea utilizării noilor tehnologii și a [anonimizat] – evaluare, [anonimizat] a cadrului didactic.
[anonimizat] o [anonimizat].
[anonimizat] – educativ, reprezintă direcția pe care trebuie să o urmăm pentru a asigura o asimilare profundă a conținuturilor transmise; [anonimizat] – evaluare, [anonimizat].
Predarea disciplinelor tehnice de specialitate în concepția modernă asigură pregătirea temeinică a absolvent: [anonimizat] 1. INTRODUCERE
1.1. [anonimizat], [anonimizat]-i [anonimizat].
[anonimizat], un loc important îl ocupă ridicarea calității învățământului tehnic.
Calitatea procesului de învățământ este o cerință imperioasă a [anonimizat] a școlii românesti la standardele europene. [anonimizat] – învățare – evaluare vine în sprijinul cadrelor didactice în efortul permanent al acestora de a atrage elevii în activitatea desfașurată la orele de curs. [anonimizat].
Modernizarea învățământului tehnic înseamnă depistarea conținutului, a căilor și a mijloacelor care să asigure sporirea eficienței sale formative.
Predarea disciplinelor tehnice de specialitate în concepția modernă asigură pregătirea temeinică a absolvent: [anonimizat] – învațare – evaluare este imperativ determinată de cerințele actuale ale învățământului tehnic care urmărește să ofere elevilor, pe lângă acumularea de cunoștințe, o gândire logică, capacitatea de a folosi în mod creator noțiunile însușite și de a-și pune în valoare aptitudinile specifice meseriei pe care o va exercita în viitorul apropiat.
Pentru atingerea acestor deziderate este necesar să se folosească metode active, care să solicite gândirea elevilor pe tot parcursul procesului instructiv – educativ.
În contextul proiectului de modernizare a învățământului profesional și tehnic din România, un loc important îl are aplicarea elementelor noii pedagogii pentru învățământul tehnic:curriculum bazat pe competențe, învățarea centrată pe elev, predarea în vederea învățării active, cerințe educaționale speciale.
Într-o lume în care nu există adevăruri absolute și în care neprevăzutul și incertitudinea sunt prezente mereu, rolul profesorului este în schimbare, munca profesorului se transformă din a fi “ bancă de date” în a deveni mentor și cercetător, implicat în perfecționarea școlară și în asigurarea calității.
Cunoscând piața muncii modernă, profesorul își sporește capacitatea de a instrui elevii pentru învățare continuă și extinderea autoeducației în întreaga viață.
Educația modernă urmărește dezvoltarea potențialului omului și formarea unui tip de personalitate cerut de societatea prezentă și de cea preconizată pentru viitor.
Activitatea didactică a profesorului modern nu trebuie să se mai limiteze la sublinierea calităților personale. Acesta trebuie să dea dovadă, pe lângă vocație, de talent, măiestrie, deschidere pentru nou și de capacitatea de a trezi interesul elevilor față de disciplinele predate prin metode și mijloace care țin pasul cu tehnologii apărute pe piață și cu domeniile de interes care se modifică de la o generație de elevi la alta. Toate aceste attribute ale profesorului modern formează profesionalismul acestuia.
Învățământul profesional și tehnic are un rol cheie în procesul de dezvoltare economică și socială din România datorită felului în care se adaptează provocărilor lansate de o societate bazată pe cunoaștere, precum și procesului de globalizare.
Comunicatul de la Helsinki subliniază faptul că, la nivel european, investiția în capitalul uman este esențială, iar formarea profesională este componenta de bază a învățârii pe tot parcursul vieții.
Acesta este unul dintre motivele pentru care politicile și strategiile europene și naționale trebuie să urmărească modernizarea învățământului professional și ethnic. Doar printr-un system de învățământ tehnic bazat pe metode și mijloace moderne se poate asigura elevilor dobândirea de cunoștințe, deprinderi și competente relevante pentru piața muncii, asigurându-le astfel șansa ocupării unui loc de muncă în concordanță cu caracteristicile individuale și deschizându-le drumul către învățarea pe tot parcursul vieții.
Principalele direcții ale modernizării învățământului tehnic vizează:
creșterea calității formării;
schimbul de bune practice și diseminarea experiențelor de învățare;
implicarea activă a tuturor participanților implicați în procesul de formare, inclusiv a partenerilor sociali.
Pe baza direcțiilor enumerate anterior, se impun anumite schimbări de mentalitate și de strategie didactică, dintre care se evidențiază mutarea accentului de pe latura informativă pe cea formativă a actului didactic, în special în învățământul professional și tehnic. Din acest motiv curriculum-ul pentru modulele de specialitate din învățământul preuniversitar nu se mai concentrează în jurul conținuturilor, acestea nemaifiind elementul central al proiectării didactice, și se axează pe formarea de competențe.
În învățământul profesional și tehnic modern, verbul ”a ști” trebuie înlocuit cu ”a ști să faci”, ”a și să devii” sau ”a ști să fii”, iar expresii precum „a învăța pentru a ști” trebuiesc transformate în „a învăța pentru a face”.
Dezvoltarea și schimbările apărute continuu în societate necesită aplicarea unor metodologii și tehnologii adecvate; cadrele didactice trebuie să cunoască procesul evolutiv prin care au trecut acestea, proces care a pornit de la niște scolastice rudimentare și a ajuns la o tehnologie performantă, bazată pe o metodologie înalt calitativă a predării disciplinelor tehnice de specialitate.
Modernizarea învățământului profesional și tehnic oferă posibilitatea unei învățări temeinice, organizată într-un mod mai atractiv și mai ușor, care se bazează pe o implicare activ – participativă din partea elevilor și care realizează a atmosferă benefică de cooperare și comunicare. Beneficiile implementării unei astfel de învățări sunt vizibile pe mai multe planuri: cognitiv, afectiv, motivațional, social și aplicativ.
Modernizarea învățământului tehnic nu trebuie înțeleasă ca renunțarea la tradițional; ea constă în actualizarea și adaptarea metodelor clasice de predare – învățare – evaluare a modulelor de specialitate la mijloace moderne, procedeu care duce la obținerea unor rezultate și a unor performanțe școlare notabile atât în sfera cunoștințelor, priceperilor și abilităților, cât și în sfera comportamentelor care dezvoltă personalitatea elevilor și care îi pregătește pe aceștia pentru următorul nivel de studii, sau pentru intrarea pe piața muncii.
Necesitatea modernizării învățământului profesional și tehnic reiese și din faptul că actul instruirii trebuie să satisfacă direct și indirect interesele elevilor, lucru realizabil doar prin metode care să trezească interesul acestora și să declanșeze reacții în rândul lor, oferindu-le totodată cunoștințele necesare atingerii scopului propus.
1.2. Motivarea alegerii temei
Disciplinele tehnice de specialitate fac parte din categoria științelor în care gândirea elevului e dirijată de fapte și fenomene concrete, iar rolul nostru, al cadrelor didactice, este de a-i atrage prin metode și mijloace care să le trezească interesul și care să-i transforme din simpli recptori în actorii principali ai actului didactic.
Având ca axă prioritară dezvoltarea gândirii critice, a imaginației și a spiritului de observație prin utilizarea unor operații de analiză și sinteză, metodele de predare – învățare – evaluare moderne, centrate pe elev, reprezintă, în opinia mea, modalitatea cea mai adecvată de a asigura înțelegerea conceptelor disciplinelor de specialitate predate în învățământul profesional și tehnic preuniversitar și asimilarea profundă a acestora.
Ipoteza de la care s-a plecat în conceperea acestei lucrări o reprezintă organizarea unor ore de curs cât mai atractive și stimulative pentru modulul “Sisteme de transmitere a mișcării”, modul care se predă în liceele tehnologice, la clasele a XI-a, domeniul ELECTRONICĂ – AUTOMATIZĂRI, calificările: “Tehnician în automatizări”, ”Tehnician de telecomunicații”, ”Tehnician operator tehnică de calcul”. Acest modul asigură formarea de competențe tehnice și de abilități practice necesare în executarea lucrărilor de montaj, reglare și întreținere a organelor de mașini și mecanismelor de transmitere și transformare a mișcării.
Am ales să tratez această temă deoarece consider că se poate obține calitate și performanță în învățământ doar prin utilizarea metodelor active, prin care elevul este implicat și în etapa de predare și în cea de evaluare, devenind astfel elementul central al procesului instructiv – educativ. În acest mod, pe lângă cunoștințele dobândite și deprinderile dezvoltate, elevul devine conștient de importanța formării pe tot parcursul vieții și responsabil față de deciziile luate.
Prin tema aleasă subliniez și necesitatea formării continue a cadrelor didactice, formare care trebuie să se realizeze pe toată perioada exercitării acestei profesii, nefiind suficiente doar cunoștințele asimilate și abilitățile dezvoltate pe parcursul anilor de studii universitare.
Consider că nouă, cadrelor didactice, ne revine obligația morală și pedagogică de a organiza situații de instruire care să conducă la o eficientizare a învățării și la o creștere a calității actului didactic; pentru a ne achita de acestă sarcină trebuie să renunțăm la abordări clasice și să ne axăm pe metode și tehnici de predare și evaluare activizante.
În opinia mea, trecerea de la clasic la modern presupune, din punctul de vedere al profesorului, reconfigurarea scenariului didactic, renunțarea parțială sau totală la unele mijloce didactice și introducerea unor mijloace tehnice, audio – video și a unor produse software de actualitate.
Ca ”producători” de forță de muncă pentru domenii variate de activitate, noi, profesorii, trebuie să fim conștienți că pe piața mondială are prioritate cel care realizează, cu investiții temporale și materiale minime, produse și servicii superioare celor existente deja, dar cu prețuri de vânzare reduse. Acest lucru nu se poate realiza decât folosind tehnologie de ultimă generație, iar noi suntem cei care avem menirea să – i familiarizăm pe elevi cu aceasta.
Din acest motiv sunt de părere că este necesară introducerea în cadrul orelor de predare – evaluare la disciplinele tehnologice a unor probleme de studiu care să pună elevii în situații concrete în care să dovadă de creativitate, imaginație, interes și să le dezvolte gândirea critică și analitică, abilități de comunicare și de lucru în echipă și puterea de a lua decizii în nmomente cheie ale activității.
Pe parcursul acestei lucrări doresc să argumentez rolul pe care îl au metodele de predarea – învățare – evaluare centrate pe elev în atingerea unui grad înalt de calitate a învățământului tehnic preuniversitar. Pentru realizarea acestei argumentări am făcut o analiză comparativă între anumite metode tradiționale de predare și anumite metode moderne de predare, pornind de la aspectele teoretice ale acestora și prezentând căteva exemple de ore pe care le-am desfășurat cu clase de elevi de la Liceul Tehnologic de Electrotehnică și Telecomunicații Constanța.
Consider că, utilizând metode de predare – învațare – evaluare prin care am implicat elevii în toate etapele procesului instructiv educativ, am reușit să trezesc interesul acestora față de modulele de specialitate și să-i dirijez în alegerea unei profesii viitoare în concordanță cu calitățile și abilitățile fiecăruia.
CAPITOLUL 2. NOȚIUNI GENERALE PRIVIND SISTEMELE DE TRANSMITERE A MIȘCĂRII
2.1. Elemente generale
Orice transmisie mecanică este un ansamblu cinematic de elemente care au ca principal scop transmiterea mișcarii de rotație cu sau fără transformarea acesteia, însoțită de transmiterea energiei mecanice (forțe și momente).
Transmisiile mecanice transmit mișcarea, momentul de torsiune, deci puterea de la motor, care este arborele conducător, la cel condus.
O transmisie mecanică se poate utiliza în următoarele cazuri:
când un motor pune în mișcare mai multe mecanisme;
când nu se poate realiza o cuplare directă între motor și mașina de lucru;
când axa motorului și cea a mașinii de lucru nu sunt coaxiale;
când se cer la mașina de lucru momente de torsiune mai mari decat cele de la arborele motorului.
O transmisie se compune din (I.Crismaru, pag.3):
organe auxiliare:
arbori și osii;
lagăre: cu alunecare, cu rostogolire;
cuplaje;
ghidaje.
transmisia propriu-zisă:
pentru transmiterea mișcării de rotație:
transmisii prin roți de fricțiune;
transmisii prin curele;
transmisii prin cabluri;
transmisii prin lanțuri;
transmisii prin roți dințate (angrenaje).
2.2.ARBORI ȘI OSII
In literatura de specialitate, arborii și osiile sunt definite ca organe de mașini ce au rolul de a susține alte elemente care contribuie la transmiterea mișcării de rotație. De regulă, fac legătura cinematică cu alte elemente de la care primesc, respectiv la care transmit mișcarea de rotație.
Osiile sunt organe de mașini care susțin alte organe ale mișcării de rotație (scripeți, roți dințate, roți de rulare, etc.) fără să transmită momente de răsucire. Solicitările sunt numai de încovoiere deoarece momentul rezistent de frecare din lagăre este foarte mic și poate fi neglijat.(A.Ciocirlea, pag.6).
Fig.2.1 – Osie rotitoare
Arborii sunt organe de mașini care se rotesc în jurul axei lor geometrice și care transmit momente de răsucire prin intermediul altor organe pe care le susțin sau cu care sunt asamblate (role, roți dințate, biele, cuplaje).…
Arborii drepți se utilizează în construcția turbinelor cu abur și turbinelor hidraulice, a cutiilor de viteze, a reductoarelor și a transmisiilor mașinilor unelte.
Fig.2.2 – Arbore drept
De obicei, arborii sunt solicitați atât la răsucire cât și la încovoiere.
Forma constructivă și principalele părți componente ale unei osii sunt prezentate în figura de mai jos:
Fig.2.3 – Construcția osiilor
Fig.2.4 – Osie cilindrică: a – cu secțiune plină; b – cu secțiune inelară.
Un arbore are următoarele părți componente:
corpul;
părțile de calare – zone pe care se montează organele de mașini susținute de arbore (roți);
părțile de sprijinire (fusuri sau pivoți) – sunt zonele de sprijin ale arborelui în lagărele cu rostogolire sau cu alunecare. De regulă, acestea sunt dispuse în apropierea capetelor arborilor.
In cazul arborilor cotiți, fusurile intermediare se numesc manetoane.
Fig.2.5 – Construcția arborilor drepți și arborilor cotiți
Arborii cotiți sunt organe de mașini care se construiesc pentru a contribui la transformarea mișcarii de rotație în mișcare de translație. Aceștia sunt utilizați, în special, la mașinile ardere internă, la pompe, compresoare, care prin intermediul mecanismului bielă – manivelă transformă mișcarea rectilinie alternativă a pistoanelor în mișcare de rotație a arborelui cotit.
Fig.2.6 – Arbori cotiți
Fig.2.7 – Arbore cu came
Materiale pentru construcția osiilor și arborilor
Principalul material din care se construiesc arborii și osiile este oțelul. Se folosesc următoarele mărci de oțel: OL37, OL42, OL50, OL60, OT 50, OT60, OLC15, OLC25, OLC30, OLC40, OLC50, diverse tipuri de oțel aliat: AUT40, 41Cr10, 41MoCr11, 13CrNi15, 13CrNi30 etc.
Se mai utilizează materiale metalice neferoase (alama, duraluminiu pentru industria de aparate) și diverse materiale plastice.(I.Crîșmaru, pag.7)
2.3.LAGĂRE
Lagărele, sunt organe de mașini având rol de susținere și ghidare a arborilor sau osiilor în mișcarea lor de rotație, sub acțiunea sarcinilor în timpul exploatării.
Lagărele se clasifică în funcție de următoarele criterii:(V.Drobotă, pag.111).
După direcția sarcinii principale față de axa de rotație, lagărele se grupează în:
lagăre radiale cu direcția sarcinii principale perpendiculară pe axa de rotație;
lagăre axiale și crapodine având direcția sarcinii principale paralelă cu axa de rotație;
lagăre radial-axiale a căror sarcină are componente după cele două direcții menționate.
După caracterul frecării produse în funcționare, lagărele se grupează în:
lagăre cu alunecare – între suprafața exterioară a fusului ți suprafața interioară a lagărului;
lagăre cu rostogolire – între elementele rulmenților;
lagăre combinate.
2.3.1.Lagărele cu alunecare
Se caracterizează prin faptul ca susțin organele în mișcarea de rotație, fusul sprijinindu-se pe o suprafața cilindrică interioară direct sau prin intermediul unui lubrifiant.
Din punct de vedere constructiv, lagărele pot fi simple sau complexe.
Cele mai simple lagăre sunt bucșele, care au dimensiuni corespunzatoare fusului și sunt executate în corpul piesei.
Fig.2.8 – Forme constructive de bucșe
Lagărele complexe se compun din urmatoarele elemente principale:
– corpul lagărului;
– capacul;
-cuzineții.
In figura de mai jos sunt prezentate două variante de lagăre complexe:
a – lagăr cu capac drept;
b – lagăr cu capac inclinat.
Fig.2.9 – Variante constructive de lagăre complexe
Materiale pentru construcția lagărelor cu alunecare (I.Crîșmaru, pag.13)
Elementul principal al unui lagăr este cuzinetul. El se execută din materiale rezistente și ieftine și poate fi placat sau căptușit cu materiale antifricțiune.
Buna funcționare a lagărului, randamentul și durata de funcționare depind de caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor suprafețelor în contact, dar și de raporturile de afinitate sau antagonice ale materialelor ce formeazaă cupla fus-cuzinet. O altă condiție ce trebuie îndeplinită este corectitudinea execuției și o bună lubrificație.
Materialele antifricțiune cel mai des utilizate sunt bronzurile cu plumb – Pb-Cu, Pb-Sn-Cu – sau bronzurile speciale: Cu-Pb-Sn-Ni; Cu-Pb-Sn-Ni-Zn.
O bună utilizare o au și aliajele de aluminiu cu Pb, Sn, Zn, Ni sau aliajele pe bază de staniu: Y-Sn 83; Y-Sn 80; Y-Sn 10.
Cu mult succes sunt folosite materialele antifricțiune obținute prin sinterizarea pulberilor de Fe, Cu, Sn, Pb, C (grafit). Pentru obținerea cuzineților, amestecul este presat la temperaturi ridicate. Bucșele astfel obținute nu mai necesită prelucrări. Ele au o structură spongioasă și pot absorbi o cantitate importantă de ulei de ungere (25-40% din volumul lor). Dupa sinterizare, bucșele sunt ținute un timp în ulei fierbinte. Datorită acestui tratament de impregnare, aceste bucșe pot lucra un anumit timp fără ungere.
O altă categorie de materiale antifricțiune sunt materialele nemetalice, printre care putem enumera materialele plastice, cauciucul, materialele ceramice și grafitul.
Fig.2.10 – Construcția lagărului de alunecare complex cu capac drept
Domeniul de utilizare al lagărelor cu alunecare este relativ redus: arbori de turații foarte mari, arbori foarte grei sau de serie individuală, în cazul lagărelor supuse șocurilor și vibrațiilor, în cazul în care se impun dimensiuni de gabarit radiale foarte mici, când funcționarea are loc în medii nefavorabile (apa, impurități), la mecanisme cu funcționare lentă sau intermitențe mari.
2.3.2.Lagărele cu rostogolire
Lagărul de rostogolire se obține prin înlocuirea cuzinetului din lagărul cu alunecare printr-un rulment. De aceea lagărele se numesc și lagăre cu rulmenți.
Rulmenții sunt alcătuiți din următoarele elemente (A.Ciocîrlea, pag.23):
inelul interior;
inelul exterior;
colivia;
corpurile de rulare (bile sau role).
Inelul interior și cel exterior formează împreună calea de rulare pe care se rostogolesc corpurile de rulare.
Colivia reprezintă piesa care menține echidistanța corpurilor de rostogolire.
Fig.2.11 – Construcția unui rulment
Clasificarea rulmenților se poate face după următoarele criterii:
După direcția sarcinii principale:
radial;
radial-axiali;
axiali-radiali;
axiali.
După forma corpurilor de rostogolire:
cu bile;
cu role
cilindrice;
înfășurate;
conice;
tip butoiaș.
cu ace.
După numărul de rânduri ale corpurilor de rostogolire:
cu un singur rând;
cu două rânduri;
cu mai multe rânduri.
Fig.2.12 – Reprezentarea schematică a principalelor tipuri de rulmenți:
a-radial cu bile pe un singur rând; b- radial oscialnt cu bile pe două rânduri; c- radial-axial cu bile pe un singur rând; d- axial cu bile pe un rând; e-axial-radial cu bile pe un singur rând cu cale de rulare adâncă; f- radial cu role cilindrice pe un singur rând;
Materiale utilizate la construcția rulmenților (I.Crîșmaru, pag.19)
Acestea sunt diferite în funcție de solicitările la care sunt supuse părtile sale componente.
Căile de rulare și corpurile de rostogolire sunt supuse la solicitări mari, necesitânt oțeluri special tratate pentru ridicarea durității (oțeluri cu crom). Inelele și corpurile de rostogolire se confecționează din oțel RUL1 pentru rulmenți mici și oțel RUL2 pentru rulmenți mari.
Colivia se confecționeaza din oțel carbon OL34, OL37, alamă turnată, duraluminiu, materiale nemetalice.
Rulmenții se utilizează în urmatoarele cazuri: la mașini cu porniri și opriri dese, la fusuri cu viteze periferice reduse, la mașini cu rezistențe mari de pornire etc.
2.4.TRANSMISII CU ROȚI DINȚATE
Intre transmisiile mecanice actuale, transmisiile cu roți dințate au cea mai largă utilizare, asigurând construcții compacte și fiabile pentru întregul diapazon de puteri ale utilajelor. Transmisiile cu roți dințate cuprind: reductoare, cutii de viteză, variatoare.
Roțile dințate sunt organe de mașini ale căror dinți sunt dispuși regulat pe suprafețe teoretice, în general de revoluție. Aceste suprafețe, în cazul a două roți dințate în angrenare, se rostogolesc una peste cealaltă, datorită cărui fapt se numesc suprafețe de rostogolire.(A.Ciocîrlea, pag.66).
Procesul continuu de contact dintre dinții roților conjugate ale unui angrenaj, în vederea asigurării mișcării continue, se numește angrenare.
Angrenajul este un mecanism format din două roți dințate conjugate, care transmite direct mișcare de rotație și momentul de torsiune de la un arbore conducător la un arbore condus.
In comparație cu alte transmisii mecanice, angrenajele prezintă următoarele avantaje:
– pot realiza rapoarte de transmitere constante, într-o gamă largă de valori;
– permit transmiterea mișcării între arbori cu axele de rotație dispuse oricum in plan și în spațiu;
– au randament ridicat, gabarit redus, durabilitate și siguranța mare în exploatare;
Fig.2.13 – Principalele tipuri de angrenaje
Angrenjele pot fi: cu roți dințate cilindrice, cu roți dințate conice sau melc-roată melcată.
Dupa poziția relativă a arborilor, angrenajele se clasifică astfel (fig.2.13 ) (Ș.Bobancu, pag7):
I. Angrenaje paralele:
cu dantură exterioară : a – cu dinți drepți; b – cu dinți înclinați; c – cu dinți în V;
cu dantură interioară: d – cu dinți drepți:
II. Angrenaje cu arbori concurenți:
conice : a – cu dinți drepți; b – cu dinți curbi.
III. Angrenaje cu arbori neconcurenți: c – cu dinți drepți (pinion – cremalieră); d – cu dinți înclinați (melc – roată melcată).
Angrenajele pot transmite mișcări având viteze periferice de până la 150 m/s și puteri de la 0,1 W la 10 MW.
Materiale folosite în construcția reductoarelor (I.Crîșmaru, pag.54)
Roțile dințate se pot executa dintr-o gamă foarte largă de materiale. In primul rand se folosesc oțelurile, și anume:
– cele de îmbunătățire – oțel-carbon cu 0.4 – 0.6%C și oțelurile-carbon cu 0.35 – 0.45%C slab aliate cu Mn, Cr, Cr-Mo, Cr-Ni;
– cele de nitrurare – 38MoCA09;
– cele de cementare – OLC 10, OLC 15.
Fontele sunt folosite la angrenaje cu funcționare lentă, roți de schimb care funcționeaza rar. Cele mai folosite sunt fontele albe, cenușii, bronzurile cu aluminiu și cu staniu. Rezistența la uzură a flancurilor dinților depinde în mare măsură de structura fontei însă poate fi mărită și prin elemente de aliere cum ar fi nichelul, cromul, molibdenul, cuprul.
Pentru îmbinarea proprietăților de amortizare a șocurilor, cu o bună rezistență se folosesc fontele cu grafit nodular sau fontele maleabile perlitice.
Materialele neferoase se folosesc la angrenajele melcate. In general, se folosesc bronzuri care au proprietăți de antifricțiune superioare, rezistența mare la coroziune și se prelucrează usor.
Materiale nemetalice – pentru inlocuirea metalelor se folosesc în ultimul timp materiale plastice de tipul textolitului, poliesterilor, poliamidei.
Domeniul de utilizare al angrenajelor este vast: în construcția de mașini și aparate, la transmiterea rotației și a cuplului motor la mai mulți arbori, la modificarea turației și a cuplului motor (cutii de viteze) etc.
2.4.1.Angrenaje cu roți dințate cu dinți drepți
Roțile dințate sunt organe de mașini de formă cilindrică, conică sau hiperboloidală, prevăzute la periferie cu dantură.
Clasificarea roților dințate se face după mai multe criterii astfel:
După forma de bază:
roți dințate cilindrice;
roți dințate conice;
roți dințate hiperboloidale.
După așezarea dinților față de axa roții:
roți dințate cu dinți drepți;
roți dințate cu dinți înclinați;
roți dințate cu dinți curbi.
După profilul dinților:
roți dințate cu dinți cu profil evolventic;
roți dințate cu dinți cu profil cicloidă;
roți dințate de ceasornicărie.
După contur:
roți dințate circulare;
roți dințate necirculare. (I.Crîșmaru, pag.52)
Elementele geometrice ale unei roți dințate cilindrice (Ș.Bobancu,pag.9) sunt prezentate în figura următoare:
Fig.2.14 – Elementele geometrice ale unei roți dințate
Denumirea si definirea elementelor geometrice simbolizate in fig.2.14 se regasesc in Tabelul 1.
Tabelul 1
Raportul de transmitere al unui angrenaj, se exprimă prin relațiile generale:
i12 = ω1/ ω2 = n1 / n2 =Dd2 / Dd1 = z2 / z1 = constant.
Constructiv, sg > sd , dar p = sg + sd .
Astfel se realizează jocul de flanc j = sg – sd , care permite funcționarea fără blocare a angrenajului.
2.4.2.Mecanisme cu roți dințate
Mecanismele cu roți dințate sunt alcătuite din mai multe perechi de roți dințate, cu scopul obținerii de rapoarte de transmitere mari sau foarte mari.
Din punct de vedere funcțional, mecanismele cu roți dințate pot fi:
– reductoare, când micșorează viteza unghiulară a arborelui condus;
– multiplicatoare, când măresc viteza unghiulară a arborelui condus;
Mecanismele cu roți dințate pot transmite mișcarea în acelați sens de rotație sau invers.
– reductoare, când micșorează viteza unghiulară a arborelui condus;
Din punct de vedere constructiv, mecanismele cu roți dințate pot fi:
· cu axe fixe, numite și trenuri de roți;
· cu axe mobile, numite mecanisme planetare sau diferențiale.
In calcule, interesează mai ales determinarea raportului de transmitere și apoi calcularea parametrilor geometrici ai roților dințate componente.
a) Mecanisme cu roți dințate dispuse în serie:
Fig.2.15 – Mecanism cu roți dințate în serie
Raportul de transmitere al acestui mecanism este:
i1n = i12.i34…………i(n-1)n = (-1) . z2 / z1 . (+1) . z3 / z2 . (-1) . z4 / z3 ………..(-1)n-1 . zn / zn-1 = (-1)n-1. zn / z1
sau i1n = n1 / nn .
Raportul de transmitere nu este influențat de roțile intermediare, în schimb sensul de mișcare este schimbat de fiecare roată componentă a lanțului de transmisie.
b) Mecanisme cu angrenaje în cascadă:
Fig.2.16 – Mecanism cu roți dințate în cascadă
Raportul de transmitere pentru mecanismul din figura de mai sus este:
i16 = (-1)3. (z2 . z4 . z6) / (z1 . z3 . z5) .
In general, raportul de transmitere pentru mecanismele cu angrenaje în cascadă este:
i1n = (-1)n. (z2 . z4 . z6 ……z2n) / (z1 . z3 . z5……..z2n-1) .
In figura de mai jos este prezentată o secțiune printr-un reductor cu angrenaje combinate.
Reductorul conține un angrenaj cu roți dințate cilindrice și un angrenaj melc-roată melcată. Intrarea n1 și ieșirea n2 sunt dispuse sub un unghi de 90°.
Fig.2.17 – Reductor (secțiune)
CAPITOLUL 3. CUTIA DE VITEZE A TRACTOARELOR SI AUTOMOBILELOR
3.1. Evoluția construcției de tractoare
Tractorul are un loc deosebit de important în dezvoltarea și mecanizarea agriculturii, el constituind principala sursă energetică în folosirea celor mai diferite masini agricole.
Apariția primelor tractoare si automobile este strâns legată de descoperirea și perfecționrea mașinii cu abur și a motorului cu ardere internă.
Primele automobile și tractoare au apărut pe la mijlocul secolului trecut și erau echipate cu motor cu cu abur, iar pe la sfârșitul secolului, motorul cu abur începe să fie înlocuit cu motorul cu ardere internă. Aceste tractoare și automobile erau prevăzute cu roți metalice, aveau o transmisie simplă, greutate mare, iar gama vitezelor era foarte redusă.
Mai târziu apar și tractoarele pe șenile. Primele automobile au fost utilizate în special pentru transprtul persoanelor, iar primele tractoare la anumite lucrări agricole, în primul rând la arat.
Fig.3.1. – Primul tractor cu motor (20 CP), cu aprindere prin compresie 1896
Perioada care a urmat primelor tractoare și automobile se caracterizează printr-o perfecționare continuă a acestora, la care au contribuit cu eforturi fizice și gândire creatoare multe generații de oameni din întreaga lume.
În secolul nostru începe folosirea roților cu pneuri, în primul rând la automobile, se diversifică continuu construcția tractoarelor și automobilelor, se mărește gradul de universitalitate al acetora. Au crescut necontenit vitezele de deplasare, astfel că tractoarele pot fi folosite și la lucările de transport, s-a perfecționat transmisia, sistemul de rulare, cabina și caroseria.
Mărirea vitezelor de deplasare a fost impusă și de necesitatea deplasării rapide de la un loc de muncă la altul, sau de la locul de muncă la cel de parcare, mărindu-se în acest fel productivitatea lucrărilor.
După cel de-al doilea război mondial, se produce un alt salt calitativ important în perfacționarea și modernizarea tractoarelor și automobilelor. Se introduc transmisiile hidraulice și electrice, servomecanismele, se montează pe tractoare diferite mecanisme de lucru moderne, se acordă o atenție deosebită problemelor ecomunicității și siguranței circulației, se reduce considerabil greutatea.
În paralel cu dezvoltarea tractoarelor, se dezvoltă și se diversifică mașinile agricole.
Apar mașinile agricole purtate și semipurtate. Ca urmare, se lărgește domeniul de utilizare a tractoarelor, impunânad perfecționarea prizelor de putere și a ridicătoarelor hidraulice. Pentru a satisface cât mai bine cerințele energetice, specifice fiecărei lucrări agricole, are loc o
diversificare și mai accentuată a construcției de tractoare
Fig.3.2. – Tractor modern (Belarus 820)
În ultima perioadă, pe plan mondial, se accentuează tendința de construcție a unor tractoare cu patru roți motoare egale, cu pneuri de joasă presiune, care au o aderență mai bună și nu tasează locul.
Tractoarele pe șenile, ca pondere, rămân cu destinație specială, pentrupante sau pentru lucrări grele.
De asemenea, se constată se constată tendința de creștere a puterii motoarelor de tractoare și prin aceasta mărirea productivității muncii tractoriștilor, precum și reducerea forței de muncă ocupate în agricultură.
Utilizarea tot mai largă a tractoarelor și automobilelor în tot mai multe domenii ale economiei naționale a jucat și continuă să joace un rol important din punct de vedere economic și social.
Astfel, dezvoltarea transporturilor de persoane și bunuri materiale, pe anumite distanțe și în anumite zone geogfice, a facilitat dezvoltarea considerabilă a turismului, creșterea confortului în transport etc.
În agricultură, folosirea tot mai largă a tractoarelor a dus la mărirea gradului de mecanizare, productivitatea și producția agricolă crescând considerabil. Semnificative în acest sens sunt unele date statistice: în anul 1.850 unui lucrător agricol îi reveneau 5 persoane de hrănit și de îmbrăcat, în 1.937 – 10 persoane, în 1.950 – 15 persoane de hrănit și îmbrăcat.
Prin mecanizarea intensă a agriculturii, prin automatizarea unor procese și lucrări, crește productivitatea muncii, o mare parte a forței de muncă ocupată în agricultură se eliberează, fiind încadrată în industrie și în alte domenii ale economiei, crește gradul de urbanizare a localităților, se ridică nivelul de viață și civilizație pentru întreaga populație
3.2. Clasificarea tractoarelor
În literatura de specialitate sunt folosite mai multe criterii de clasificare a tractoarelor, dintre care cele mai utilizte sunt: destinația, tipul motorului, tipul sistemului de rulare, tipul transmisiei, numărul roților motoare, tipul mecanismului de direcție.
După destinația lor, tractoarele se clasifică în următoarele grupe: tractoare agricole, tractoare pentru industrie și tractoare de transport.
Tractoarele agricole, după domeniul de utilizare pot fi:
Tractoare de utilizare generală – pot fi pe roți sau pe șenile și sunt folosite la executarea principalelor lucrări agricole: arat, semănat, grăpat, recoltat etc., precum și la unele lucrări de construcții. În prezent, noțiunea de tractor de utilizare generală se referă ăn special la tractoarele pe șenile.
Tractoare specializate – sunt acele tractoare care, printr-o construcție specială, sunt adaptate diferitelor lucrări și pot fi: tractoare pomicole, tractoare viticole, tractoare legumicole, tractoare pentru ceai, tractoare pentru bmbac, tractoare pentru lucrări în pantă, tractoare pentru culturi cu port înalt etc.
Tractoare autopropulsante – sunt tractoare pe roți la care motorul și transmisia sunt plasate în zona punții din spate. Spațiul dintre cele două punți, rămânând liber, poate fi utilizat pentru montarea mașinilor agricole purtate sau platformei pentru transport. În acest fel, se asigură o suparaveghere mai comodă a funcționării mașinilor agricole, ceea ce permite îmbunătațirea calitații lucrărilor și reducerea oboselii tractoristului.
Fig 3.3. – Șasiu autopropulsat
Tractoarele pentru industrie se pot grupa în:
Tractoare cu utilizare generală – se folosesc pentru executarea unor lucrări agricole grele de terasamente, defrișări, lucrări de irigații, îmbunătățiri funciare, tracțiuni grele etc.
Tractoare speciale – sunt destinate unor lucrări agricole speciale: lucrări de săpat, de încărcat, de tras, apropiat bușteni (corhănit) etc.
Tractoarele de transport sunt destinate livrărilor de transport în agricultură al produselor agricole si al altor materiale, atât pe drumuri amenajate, cât și pe terenuri fără drumuri. Ele se caracterizează prin viteze de deplasare cuprinse între 25 și 45 km/h și prin suspensie îmbunătățită.
După sistemul de rulare, tractoarele pot fi: tractoare pe roți, tractoare pe șenile, tractoare pe semișenile.
Tractoarele pe roti pot fi cu două punți sau cu o punte.
Tractoarele cu două punti – formează majoritatea tractoarelor și au, în general, patru roți. După numărul roților motoare, amplasate, de obicei, în spate, cele din față fiind de direcție, tractoarele cu două punți pot fi: cu două roți motoare (4 x 2) și cu patru roți motoare (4 x 4). Tractoarele cu patru roți motoare pot avea roțile neegale sau egale. La tractoarele cu două roți motoare (4 x 2), puntea din față poate fi cu ecartament normal (cale normală), cu roți apropiate (cale îngustă) ți cu o singură roată (tractoare cu trei roți).
Tractoarele cu o punte – numite motocultoare, sunt tractoare de putere mică (3-8 k W) și gabarit redus. Ele sunt utilizate la lucrări agricole pe suprafețe mici, în parcuri, în grădini, sere, orezării, lucrări de transport pe distanțe mici și la unele lucrări staționare. Manevrarea motocultoarelor se face cu ajutorul a două mânere acăror poziție poate fi reglabilă pentru asigurarea unei conduceri comode. În agregat cu semiremorcă, ele se transformă în autovehicule pe patru roți.
Fig.3.4. – Tractor cu o punte.
Tractoarele pe șenile se deplasează cu ajutorul mecanismului șenilelor. Ele asigură o aderență mai bună și o presiune pe sol mai scăzută față de tractoarele pe roți. Au însă greutatea mai mare, sunt mai complicate din punct de vedere constructiv și mai scumpe în fabricație și exploatare. Din această cauză, tractoarele pe șenile au o pondere mai mică în agricultură, ele predominănd în cadrul grupei tractoarelor pentru industrie.
Fig.3.5. – Tractor pe șenile.
Tractoarele cu semișenile au sistemul de rulare format în față din roți, iar în spate din șenile. Aceste tractoare se obțin, de regulă, prin modificarea tractoarelor obișnuite pe roți, prin montarea pe roțile din spate și niște roți intermediare a unor semișenile ușoare.
3.3. Evoluția construcției de automobile
Apariția primelor automobile este strâns legată de descoperirea și perfecționarea mașinii cu abur (1769) și a motorului cu ardere internă (1806).
Primele automobile au aparut pe la mijlocul secolului al XIX-lea, erau echipate cu motor cu abur, iar spre sfârșitul secolului, motorul cu abur începe să fie înlocuit cu motorul cu ardere internă. Aceste automobile erau prevăzute cu roți fără pneuri, aveau o transmisie simplă, masă mare, iar viteza de deplasare era foarte redusă. Primele automobile au fost utilizate în special pentru transportul persoanelor.
In secolul XX începe folosirea roților cu pneuri, s-au perfecționat motorul cu ardere internă și transmisia, au crescut vitezele de deplasare și s-a divesificat continuu producția de automobile.
Fig.3.6. – Prima mașină
Începutul de drum în construirea unui motor cu ardere internă, care să satisfacă cerințele, l-a facut mecanicul francez Jean Lenoir, care în anul 1860 brevetează un motor cu ardere internă, urmat de motorul Otto, iar in anul 1892 Rudolf Diesel brevetează un nou tip de motor, motorul Diesel.
Nikolaus August OTTO în 1876 construiește și brevetează primul motor în 4 timpi, cu supape laterale. Industriașul german Wilhelm Maybach l-a perfecționat și a început construcția unor astfel de motoare.
Majoritatea istoricilor îi considera pe doi germani, Karl Benz și Gottlieb Daimler, drept principalii pionieri ai automoibilului cu motor termic cu ardere internă și, prin urmare, părinții maținilor moderne. Primul automobil cu care s-a realizat un test reușit a fost vehiculul pe trei roți construit în anul 1888 de Benz, în fabrica sa. Semănând cu un cărucior de copii gigant, mașina a parcurs patru ture în jurul fabricii pe un drum de zgură, fiind aclamată de soția sa și de angajații lui Benz, înainte ca unul dintre lanțuri să cedeze iar automobilul să se oprească.
Dupa cel de al doilea război mondial, se produce un salt calitativ important în perfecționarea și modernizarea automobileleor, acordându-se o atenție deosebită economicității, siguranței în circulație și reducerii masei proprii.
Precursorii români se remarcă prin contribuții originale la dezvoltarea și perfecționarea automobilului modern.
In 1880, Dumitru Vasescu, student la Paris, a realizat un automobil original, acționat cu abur.
Primul automobil aerodinamic din lume a fost conceput în 1923 de inginerul Aurel Perșu. Automobilul, fără diferențial și cu motorul în spate, a fost brevetat în mai multe țări.
Traian Vuia a brevetat în 1930 un automobil propulsat cu ajutorul generatorului cu abur Vuia.
După cel de al doilea razboi mondial, în țara noastră au fost realizate de către unii ingineri și tehnicieni un număr de câteva automobile prototip la care soluțiile utilizate în ceea ce privește motorul, transmisia și caroseria s-au situat pe același plan cu automobilele străine de atunci, de aceeași capacitate cilindrică.
In anul 1953 începe la Brașov fabricarea autocamionului SR-101, cu un motor cu aprindere prin scânteie în patru timpi cu șase cilindri verticali în linie.
La S.C. Automobile Dacia S.A. din Pitești-Colibași, începând din 1970, paralel cu construcția automobilului Dacia 1100 a intrat în producția de serie autoturismul Dacia 1300, având un motor cu aprindere prin scânteie cu patru cilindri care pe parcurs a fost modernizat și diversificat (Dacia 1310, Dacia 1410, Liberta 1320, Liberta 1325 și Dacia 1600).
Tot aici s-a fabricat autoturismul Dacia Nova având un motor dispus transversal cu patru cilindri în linie și cu alimentarea prin carburator, Nova GTI cu injecție de benzină monopunct.
S-a trecut apoi la Dacia SuperNova echipat cu motor dispus transversal cu patru cilindri în linie, alimentat cu injecție de benzină multipunct, cu cilindreea de 1390 cm3.
Până în 2005, aici s-a produs autoturismul Dacia Solenza echipat cu același motor, precum și cu un motor cu aprindere prin compresie.
Incepand din 2004, în colaborare cu firma Renault, se produce autoturismul Dacia Logan, echipat, pentru început, cu motoare dispuse transversal cu aprindere prin scânteie și injecție de benzină multipunct, având cilindreea de 1390 cm3, respectiv de 1589 cm3, ulterior, fiind dotat și cu motor cu aprindere prin compresie având cilindreea de 1461cm3.(Gh.Fratilă)
In paralel cu producția de autoturisme, în țara se dezvoltă și producția diverselor tipuri de autocamioane, autobuze, autobasculante și autospeciale.
Fig.3.7 – Ultimul tip de automobil
3.4.Clasificarea automobilelor
Principalele criterii de clasificare sunt: destinația, tipul motorului, tipul transmisiei și numărul de punți.(N.Tecușan, pag.19).
După destinație, automobilele se împart în trei grupe mari: automobile pentru transport de bunuri, pentru transportul de persoane, pentru prestări de servicii.
Automobilele pentru transportul de bunuri pot avea:
caroserie închisă: automobile furgon, autodubele, autofrigoriferele, autoizotermele.
Fig.3.8 – Autoduba
Fig.3.9 – Caroserie izoterma KTM GFK
caroserie deschisă: automobilele PICK-UP, autocamionetele, autocamioanele, autocamioanele pentru containere
Fig.3.10 – Automobil PICK-UP
Fig.3.11 – Autocamion militar produs de ROMAN Brasov
caroserie specială: autobasculantele, autocisternele, autobetonierele, automobilele pentru transportul animalelor.
Fig.3.12 – Autobasculanta Volvo FM
Fig.3.13- Autobetoniera Light Line C37m3 Stetter
Din grupa automobilelor pentru transport bunuri fac parte și cele care lucrează în agregat cu remorci și semiremorci.
Automobilele destinate transportului de persoane pot fi:
autoturisme (pentru cel mult opt locuri) pot avea: caroserie închisă (coach, combi, cupeu, sedan, berlină, limuzină); caroserie deschisă (roadster, faeton); caroserie transformabilă (cu acoperiș pliant sau glisant);
microbuze pentru cel mult 14 locuri;
autobuze, ( pentru mai mult de 14 locuri), care, din punct de vedere al destinației pot fi: urbane, interurbane, autocare.
Fig.3.14- Microbuz MERCEDES Sprinter
Fig.3.15- Autobuz Roman 18.280 HOCLL
Automobilele pentru prestarea de servicii: sunt echipate cu instalații auxiliare și pot fi grupate în:
automobile pentru pompieri;
autosanitare;
autoateliere;
autostropitori;
automăturători;
automacarale etc
In funcție de numărul de punți și amplasarea punților motoare, se deosebesc: automobile cu doua punți cu tracțiunea pe puntea din spate (4×2); automobile cu două punți cu tracțiunea pe puntea din față; automobile cu două punți cu tracțiunea pe ambele punți (4×4); automobile cu trei punți cu tracțiunea pe cele două punți din spate (6×4); automobile cu trei punți cu tracțiunea pe toate punțile (6×6).
Dupa tipul transmisie folosite automobilele pot fi: cu transmisie mecanică (în trepte sau continuă); cu transmisie hidrostatică; cu transmisie hidrodinamică și cu transmisie electrică.
3.5. Părțile principale ale tractoarelor și automobilelor și condițiile generale impuse acestora
Tractoarele și automobilele se compun din mai multe ansambluri, subansambluri și mecanisme, care pot fi împărțite în următoarele grupe: motorul (sursa de energie); transmisia; sistemul de rulare (de propulsie); cabina și caroseria; mecanisme de lucru și instalații de confort.(N.Tecușan, pag.29).
Motorul constituie sursa de energie a tractorului sau automobilului și, de regulă, se montează în față. La șasiurile autopropulsate motorul se montează în spate. La unele autocamioane, motorul se montează sub cabina sau între cabină și caroserie, iar la unele autobuze se montează sub podea între cele două punți.
Transmisia, servește pentru transmiterea, modificarea și distribuirea cuplului motorului la roțile motoare sau la șenile, și cuprinde următoarele subansambluri:
Ambreiajul principal servește la cuplarea și decuplarea motorului de transmisie, în vederea pornirii și opririi tractorului sau automobilului, precum și pentru schimbarea treptelor de viteze;
Cutia de viteze permite modificarea vitezelor de deplasare și a forțelor de tracțiune ale tractorului sau automobilului, mersul înapoi și staționarea îndelungată cu motorul în funcțiune;
Transmisia cardanică montată în general la automobile, transmite momentul de la cutia de viteze la puntea din spate. La tractoare, de la cutia de viteze, momentul se transmite direct la puntea din spate, prin transmisia centrală, în schimb, între ambreiajul principal și cutia de viteze se montează cuplaje de legatură;
Transmisia centrală transmite cuplul moror la puntea din spate și participă la realizarea raportului total de transmitere;
Diferențialul asigură rotirea roților motoare cu turații diferite, în deplasarea tractorului sau automobilului în curbe sau pe teren accidentat. La tractoarele pe șenile, acest lucru este asigurat de mecanisme de direcție;
Transmisia finală se montează la toate tractoarele și la unele automobile si are rolul de a mări raportul total de transmitere și de a asigura o anumită lumină (distanța de la sol până la punctul cel cel mai de jos al corpului tractorului sau automobilului);
Sistemul de rulare transformă mișcarea de rotație în mișcare de translație. La automobilele și tractoarele pe roți (4×2) sistemul de rulare este format din roțile motoare spate și roțile de direcție față. La automobilele și tractoarele (4×4) toate roțile sunt motoare și toate sau numai cele din față sunt de direcție;
Caroseria este montată pe corpul sau șasiul tractorului/automobilului și este rezervată conducatorului auto, pasagerilor sau mărfurilor transportate;
Mecanismele de lucru și instalațiile de confort sunt : prize de putere, roata de curea, ridicătorul hidraulic, dispozitivul de remorcare etc, în funcție de tipul tractorului sau automobilului, precum și instalații de aerisire și încălzire, aparataj de bord, de iluminat, centura de siguranță etc, care asigură confortul, siguranța circulației și controlul exploatării.
3.6.Considerații generale referitoare la CUTIA DE VITEZE
Cutia de viteze asigură transmiterea mișcării spre organele de rulare în rapoarte de transmisie diferite, cărora le corespund viteze de deplasare diferite, mersul înapoi al tractorului și oprirea tractorului o perioadă mai mare de timp cu motorul în funcțiune.
Schimbarea vitezelor de deplasare se impune pentru a permite tractorului să dezvolte forțe diferite de tracțiune, în funcție de forța de rezistență la tracțiune, opusă de mașinile din agregat, având în vedere relația generala a puterii.
Cutiile de viteze trebuie să fie simple, să realizeze un număr mare de rapoarte de transmisie, alese astfel încât să asigure funcționarea economică a tractorului, să fie silențioase.
3.6.1.Clasificarea cutiilor de viteze
Clasificarea cutiilor de viteze, conform literaturii de specialitate, se face după mai multe criterii si anume :
A.După modul de variație a raportului de transmitere, pot fi :
1) în trepte ( cu etaje ), la care variația raportului de transmitere este discontinuă.
Acestea la rândul lor, se pot clasifica astfel:
a) după numarul treptelor de viteză:
cu trei trepte;
cu patru trepte;
cu cinci trepte;
cu mai multe trepte.
b) după poziția axelor arborilor, în timpul funcționării:
cu axe fixe ( simple ) la care arborii au axa geometrica fixă;
planetare, la care axele unor arbori execută o mișcare de revoluție în jurul unui ax central
2) continue sau progresive, care asigură între anumite limite, o variație continuă a raportului de transmitere.
Cutiile de viteze progresive se clasifică dupa principiul de transformare a momentului, în :
a) mecanice:
cu fricțiune;
cu impulsuri
b) hidraulice:
hidrodinamice;
hidrostatice.
c) electrice;
d) combinate, care reprezintă o asociere între o cutie de viteze progresivă și o cutie de viteze în trepte.
Cutiile de viteză combinate reprezintă, în general, o asociere între un hidrotransformator și o cutie de viteze în trepte, de obicei planetare.
B.După modul de schimbare a treptelor de viteze, cutiile de viteză pot fi :
1) cu acționare direct, la care schimbarea treptelor de viteză se face, în general, manual sau cu ajutorul unui servomechanism.
2) cu acționare semiautomată, la care numărul de operații necesare la trecerea în treapta următoare se reduce (stabilirea treptei de viteză se face de către conducătorul auto, dar schimbarea se efectuează de către un servomecanism) .
3) cu acționare automată, la care schimbarea treptelor se face în mod automat, în funcție de condițiile de mers (caracterizate de poziția clapetei de admisie a carburatorului, respectiv pârghia de comandă a pompei de injecție și de viteza automobilului), asigurând automobilului regimul optim de mișcare în ce privește calitățile dinamice sau economice.
3.6.2.Construcția cutiilor de viteze clasice
Părțile principale ale unei cutii de viteze clasice sunt: mecanismul reductor și mecanismul de comandă, fixare și zăvorâre a treptelor.
Mecanismul reductor al cutiei de viteze
Mecanismul reductor servește la transmiterea momentului motor și permite modificarea raportului de transmitere. El se compune, în general, din patru arbori (primar, intermediar, secundar și cel de mers înapoi) și un anumit număr de perechi de roți dințate cu care se face transmiterea momentului între arbori.
Construcția mecanismului reductor diferă după modul de cuplare a treptelor și după schema de organizare.
Modul de cuplare (realizare) a treptelor.
Treptele mecanismului reductor al unei cutii de viteze se pot cupla astfel:
prin roți dințate cu deplasare axială (culisante);
prin roți dințate angrenate permanent și mufe de cuplare (simple sau cu sincronizator);
În figura 3.16. este schematizat modul de cuplare a unei trepte de viteză, prin roți dințate cu deplasare axială.
Pentru cuplarea treptei, se va deplasa, cu ajutorul unei manete, roata 2, montată pe canelurile arborelui condus 4 până când dantura ei intră în angrenare cu dantura roții 1, fixată prin pană pe arborele conducător 3.
Fig.3.16.– Schema cuplării unei trepte de viteză, prin roți dințate cu deplasare axială
Dezavantajul principal al acestei soluții de organizare este zgomotul mare la cuplare, datorită șocurile ce se produc din cauza vitezelor unghiulare diferite, ceea ce duce la uzura laterală a dinților roților. Din acest motiv se utilizează numai pentru treapta I de viteză și mersul înapoi, la autocamioane și autobuze.
În figura 3.17. este prezentat modul de cuplare a unei trepte de viteză, prin roți dințate angrenate permanent și mufă de cuplare simplă. Pentru a cupla treapta de viteză (deci pentru a putea transmite mișcarea de la arborele conducător 3 la arborele condus 5, prin roților dințate 1 și 2 angrenate permanent), trebuie deplasată mufa 4, montată pe canelurile arborelui 5, cu ajutorul unei manete până când dantura exterioară a mufei cuplează cu dantura interioară a roții 2, prin arborele 5. Prin această soluție, șocurile n-au fost eliminate, ele mutându-se de la dantura roților (care constituie o parte mai sensibilă a mecanismului reductor) la dantura mufei (care, cuplând cu toți dinții, este mai rezistentă).
Eliminarea șocurilor se obține folosind, pentru cuplare, mufe cu dispozitiv de sincronizare, la care, înainte de cuplarea mufei cu roata dințată, vitezele unghiulare ale roții și arborelui pe care aceasta este montată liber se egalizează, astfel încât cuplarea se face fără șocuri.
Mufele de cuplare cu sincronizator pot fi fără blocare și cu blocare.
Fig.3.17 – Schema cuplării unei trepte de viteză, prin roți dințate
angrenate permanent și mufă de cuplare simplă
În figura 3.18 este reprezentată schema cuplării unei trepte de viteză prin roți dințate angrenate permanent și mufă de cuplare cu sincronizator fără blocare.
Pentru a cupla treapta de viteză (roțile 7 și 9) se va acționa asupra inelului 1 (prevăzut cu degajarea 2), deplasându-l spre dreapta. Sub acțiunea arcurilor 13, bilele 6 obligă manșonul 3 să se deplaseze odată cu inelul 1, iar conul 4 intră în contact cu contraconul manșonului 3. Cele două suprafețe conice au rol de ambreiaj sincronizator, egalând vitezele unghiulare ale roții 7 și arborele 8. Deplasarea în continuare a inelului 1 nu este posibilă decât după desolidarizarea cu manșonul 3, ceea ce se produce după ce bilele 6 înving tensiunile arcurilor 13 și pătrund în locașurile manșonului. Astfel, culisând pe dantura 11, inelul 1 cuplează (cu dantura sa interioară 10) dantura 5 a roții 7. S-a cuplat, astfel o treaptă de viteză. Printr-o operație similară se cuplează o altă treaptă de viteză dacă inelul 1 este deplasat spre stânga.
Fig.3.18 – Schema cuplării unei trepte de viteză, prin roți dințate angrenate permanent și mufă de cuplare cu sincronizare fără blocare
Dezavantajul soluției constă în aceea că, la manevrarea brutală a manetei, dinții cuplajului pot ajunge în angrenare fără ca sincronizarea prin contactul suprafețelor conice să fie realizat și deci, schimbarea vitezelor se face cu zgomot.
Sincronizatoarele cu blocare realizează întotdeauna cuplarea fără zgomot întrucât cuplarea nu poate începe decât după realizarea sincronizării, indiferent de forța dezvoltată la manetă.
În figura 3.19. este reprezentat sincronizatorul cu bolț de blocare. Pentru a schimba o treaptă de viteză, se va deplasa, spre stânga, mufa 4, solidarizată la rotație cu arborele 8, prin caneluri (figura 3.19.a.). În momentul când mufa trece prin secțiunea micșorată a bolțului (format din doi semicilindri 10 și arcurile lamelare 11), acesta fixează elastic de mufa 4 ansamblul format din bolțurile de blocare 5 și discurile conice de fricțiune 3 și 6, care se deplasează împreună cu mufa 4. Când discul 3 vine în contact cu suprafața de frecare a discului 2, sub acțiunea forței axiale se produce un moment de frecare ce frânează discul și elementele legate de el. Datorită legăturii elastice dintre mufa 4 și ansamblul discurilor 3 și 6, sub acțiunea momentului de frecare, se produce o deplasare tangențială relativă între bolțul 5 și mufa 4, având drept consecință descentrarea bolțului 5 în alezajul din mufa 4 (figura 3.19.b.). În acest fel, deplasarea mai departe a mufei este oprită de umărul bolțului 5. Blocarea durează până în momentul egalizării turațiilor, când bolțul poate reveni în poziția sa normală, fiind acționat de arcurile 11. Sub acțiunea forței axiale F, cei doi semicilindri 10 se apropie, comprimând arcurile lamelare (figura 3.19.c.), și mufa 4 se deplasează spre stânga, angrenând roata dințată 1.
Fig.3.19. – Schema cuplării unei trepte de viteză , prin roți dințate angrenate permanent și mufă de cuplare cu sincronizator cu blocare:
1 și 7- roți dințate angrenate permanent; 2- disc solidar cu roata dințată 1; 3 și 6- discuri de fricțiune; 4- mufă; 5- bolț de blocare; 8- arbore; 9- manșon; 10- semicilindrii; 11- arcuri lamelare; 12- disc solidar cu roata 7.
Scheme de organizare ale mecanismului redactor
Schema de organizare a unui mecanism reductor depinde de destinația automobilului și de cerințele de exploatare ale acestuia.
Se deosebesc mecanisme reductor cu 3, 4, 5 sau mai multe trepte de viteză, având roțile deplasabile sau în angrenare permanentă.
Fig.3.20 – Schema de organizare a unui mecanism reductor pentru o cutie de viteze cu patru trepte de mers înainte și una de mers înapoi
În figura 3.20. este reprezentată schema de organizare a unui mecanism reductor pentru o cutie de viteze cu patru trepte de mers înainte și o treaptă de mers înapoi (priza directă corespunde treptei a IV-a), pentru toate treptele, roțile dințate sunt deplasabile, montarea lor fiind făcută prin caneluri, pe arborele secundar S (roțile 3, 5, 7). Pe arborele intermediar I, roțile 2, 4, 6 și 8 sunt fixate prin pană. Roata 1 de pe arborele primar P este, de asemenea, fixată prin pană. Pe arborele de mers –înapoi MI, roțile 9 și 10 sunt deplasabile pe caneluri.
Funcționarea mecanismului reductor este dată în tabelul 1, semnul x indicând roțile în angrenare pentru obținerea treptei respective. Poziția neutră a manetei schimbătorului de viteză corespunde punctului mort (PM). Rezultă că, pentru a realiza treapta I de viteză, se va deplasa roata 7, de pe arborele secundar S, până intră în angrenare cu roata 8 de pe arborele intermediar I.
Tabelul 1. – Funcționarea mecanismului reductor, cu patru trepte
Astfel, mișcarea de la arborele primar P (care este și arborele ambreiajului) se transmite prin roțile 1 și 2, angrenate permanent, la arborele intermediar I și de aici prin roțile 9 și 7 la arborele secundar S, care transmite mișcarea mai departe, prin transmisia cardanică, la roțile motoare ale automobilului. Procedând similar, se realizează celelalte trepte de viteză (tabelul 1). Priza directă se obține deplasând roata 3 de pe arborele intermediar până când dantura ei laterală se cuplează cu o dantură similară a roții 1 (cuplajul d). Astfel mișcarea se transmite direct de la arborele primar la arborele secundar.
Treapta de mers înapoi (MI) se obține prin intercalarea unor roți dințate (9 și 10) între roțile 7 și 8 ale treptei I. Deci, arborele de mers înapoi, se va găsi între arbori secundar și intermediar. Deplasând grupul de roți 9, 10 (figura 5.b.) pe arborele MI, roata 9 va cupla cu roata 8 și roata 10 cu roata 7. Sensul de rotație al arborelui secundar se va inversa și deci și sensul de mers al automobilului.
Rapoartele de transmitere (is) în treptele de viteză I-IV și MI se determină astfel:
în treapta I:
unde np este turația arborelui primar; ns – turația arborelui secundar; Z- numărul de dinți ai roților care se află în angrenare în treapta 1 (tabelul 1).
în treapta a II-a:
în treapta a III-a:
în treapta a IV-a:
în treapta de mers înapoi:
Unele soluții de organizare prevăd pe arborele de mers înapoi o singură roată dințată (figura 5.c.), dar care are o lățime mai mare, în care caz, în relația (5), se consideră Z9=Z10.
Schema de organizare a unui mecanism reductor cu cinci trepte de mers înainte și o treaptă de mers înapoi (priza directă în treapta a IV-a) este reprezentată în figura 6. Cu excepția treptei I și a celei de mers înapoi, celelalte trepte se realizează cu mufe de cuplare, roțile dințate fiind în angrenare permanentă (tabelul 2).
Fig.3.21 – Schema de organizare a unui mecanism reductor pentru o cutie de viteze cu cinci trepte de mers înainte și una de mers înapoi
Rapoartele de transmitere vor fi:
În treapta a V-a, raportul de transmitere este subunitar (deci arborele secundar are o turație mai mare decât arborele primar).
Tabelul 2 – Funcționarea mecanismului reductor, cu cinci trepte
Mecanismul de comandă, fixare și zăvorâre a treptelor cutiei de viteze
Cu acest mecanism se pot realiza:
comanda cuplării și decuplării treptelor;
fixarea treptelor (nepermițând decuplarea sau cuplarea decât la intervenția conducătorului auto);
zăvorârea treptelor (împiedicând cuplarea simultană a două trepte de viteză).
Condiția esențială pe care trebuie să o îndeplinească acest mecanism, este ca roțile dințate să cupleze pe toată lungimea dinților, pentru evitarea uzurii neuniforme.
Mecanismul de comandă a treptelor.
Comanda treptelor se poate face manual sau cu servocomandă. Comanda manuală poate fi directă, cu maneta pe capacul cutiei de viteze, sau la distanță, cu maneta pe coloana volanului.
În figura 3.22. este reprezentat mecanismul de comandă a treptelor cu maneta pe capacul cutiei de viteze.
Fig.3.22.– Mecanismul de comandă a treptelor
de viteză cu maneta pe capacul cutiei de viteze
Maneta 1 este prevăzută cu nuca sferică S pentru a putea oscila în locașul sferic al capacului 7. Tijele 5 și 6, pe care sunt fixate furcile 4 și respectiv 3, pot culisa în locașurile respective din capac. La rândul lor, furcile sunt prevăzute cu locașuri în formă de U, în care poate pătrunde capătul inferior al manetei. Fiecare furcă poate comanda succesiv două trepte. Nuca sferică este apăsată în locașul său de arcul 2.
Pentru a cupla o anumită treaptă de viteză, este necesar să se deplaseze maneta, în plan transversal (săgețile A-A), astfel încât capătul ei să pătrundă în locașul furcii de pe tija 5 sau 6 (corespunzătoare treptei respective). Apoi, prin deplasarea manetei în plan longitudinal (săgețile B-B), tija culisează împreună cu furca fixată pe ea, care intră în locașul roților sau mufelor treptei respective, deplasându-se și realizând astfel cuplarea treptei de viteză.
În figura 3.23. este reprezentat mecanismul de comandă cu maneta pe coloana volanului.
În suporturile 9 și 16, pe coloana volanului, este montat axul 11, pe al cărui capăt superior, în suportul 13, se montează maneta 14 de schimbare a treptelor de viteză. Bolțul 15, înșurubat în suportul 16, servește ca reazem manetei 14. La capătul inferior al axului 11 este montat știftul 10, care-l leagă cu pârghia 7. La rotirea manetei 14, din poziția neutră, în sensul acelor de ceasornic, se cuplează treapta a III-a de viteză, iar în sens contrar, treapta a II-a. Pentru cuplarea treptei I și de mers înapoi, maneta 14 se ridică și, ca urmare, axul 11 se deplasează în sus, comprimând arcul 12, iar știftul 10 leagă pârghia S cu axul 11. În această poziție, la rotirea manetei 14 în sensul acelor de ceasornic se cuplează treapta I, iar la rotirea în sens contrar se realizează mersul înapoi.
Fig.3.23. – Mecanismul de comandă a treptelor de viteză cu maneta pe coloana volanului
De la pârghiile 7 și 9, mișcarea se transmite prin tijele 4 și 5 la pârghiile 2 și 3, fixate pe niște fusuri, în capacul lateral 1 al cutiei de viteze. Pe capetele interioare ale fusurilor sunt fixate pârghiile cu sectoarele 20, precum și furcile 6 de schimbare a vitezelor. Furca din față pătrunde în gulerul mufei de sincronizare, iar cea din spate în gulerul roții dințate pentru treapta I și cea de mers înapoi. Între sectoare este montat dispozitivul de fixare, compus din pistonul plonjor 17 cu două bile 19 și arcul 18.
Mecanismul de fixare a treptelor de viteză.
Pentru fixarea treptelor (figura 3.24.), fiecare tijă culisantă 3 are pe partea superioară trei locașuri semisferice în care poate intra bila 1, apăsată de arcul 2. Locașurile extreme corespund celor două trepte pe care le realizează furca fixată pe tija respectivă, iar cel din mijloc corespunde poziției neutre. Distanțele dintre aceste locașuri trebuie astfel alese, încât să asigure angrenarea roților pe toată lungimea dinților. Tensiunea arcului trebuie să nu permită deplasarea de la sine a tijei culisante respective (datorită vibrațiilor sau forțelor axiale produse la angrenarea roților), ci numai datorită efortului depus de conducătorul auto.
Fig.3.24. – Mecanismul de fixare a treptelor de viteză
Mecanismul de zăvorâre a treptelor.
Zăvorârea treptelor de viteză (figura 3.25.)se obține prin practicarea unui locaș în fiecare tijă 2, astfel încât bolțul (zăvorul) 1 să împiedice cuplarea simultană a două trepte. Unele scheme de organizare prevăd în locul bolțului 1 câte două bile.
Fig.3.25 – Mecanismul de zăvorâre a treptelor de viteză
Schema de funcționare a mecanismului de zăvorâre (blocare) a treptelor unei cutii de viteze cu patru trepte este prezentată în figura 3.26. Tijele culisante extreme 1 și 5 au practicate, în plan orizontal, pe partea interioară câte un locaș semisferic, iar tija centrală are două asemenea locașuri pe părți diametral opuse. În dreptul locașurilor, tija centrală are un orificiu în care se montează știftul 4. Între tija centrală și cele extreme se găsesc câte două bile (zăvoare) 2 și 6.
În poziția neutră, toate locașurile se află pe aceeași linie, iar între bile și locașuri există un mic joc. Acționându-se asupra tijei centrale 3 (figura 3.26.a.), ea va determina bilele 2 și 6 să iasă din locașurile ei și să intre în locașurile tijelor extreme. Astfel, acestea se vor zăvorî până când tija centrală este readusă în poziția neutră. Acționându-se asupra tijei 1 (figura 3.26.b.), bilele 2 ies din locașul lor și pătrund în locașul tijei centrale 3, unde deplasează știftul 4 în locașul său către cealaltă parte a tijei 3. Prin aceasta, se acționează asupra bilelor 6, care vor fi obligate să intre în locașul tijei 5. Astfel, tijele 3 și 5 vor fi zăvorâte. Acționându-se asupra tijei 5, se vor zăvorî tijele 1 și 3 (figura 3.26.c.).
Fig.3.26. – Schema de funcționare a mecanismului de zăvorâre a treptelor de viteză
3.6.3.Construcția diferitelor tipuri de cutii de viteze
a). Cutiile de viteze mecanice in trepte cu arbori cu axe fixe :
In prezent cele mai răspândite la automobile sunt cutiile de viteză cu variația în trepte a raportului de transmitere, cu arbori cu axe fixe și cu acționare mecanică. Aceste cutii de viteze permit obținerea variației raportului de transmitere în limitele necesare pentru o construcție nu prea complicată, cu un randament ridicat și la un preț scăzut .
Părțile componente ale unei astfel de cutii de viteze sunt :
mecanismul reductor;
sistemul de acționare;
dispozitivul de fixare al treptelor;
dispozitivul de zăvorăre al treptelor.
Mecanismul reductor constituie partea principală a cutiei de viteze și servește la modificarea raportului de transmitere, respectiv a momentului motor.
Mecanismul reductor se compune din doi sau trei arbori pe care se află montate mai multe perechi de roți dințate (cu ajutorul cărora se transmite mișcarea între arbori) și dintr-un carter.
Sistemul de acționare servește la cuplarea și decuplarea treptelor.
Dispozitivul de fixare nu permite trecerea dintr-o treaptă în alta sau în poziție neutră, decât la intervenția conducătorului auto.
Dispozitivul de zăvorâre ( blocare ) nu permite cuplarea simultană a mai multor trepte .
Fig.3.27 – Cutia de viteze mecanică în trepte
Fig.3.28 – Schema de principiu a unei cutii de viteze mecanice cu 5 trepte
b). Cutiile de viteze planetare
Cutiile de viteze planetare se caracterizează prin aceea că unele dintre roțile dințate execută în același timp o mișcare de rotație în raport cu propria lor axă și o mișcare de revoluție în raport cu axa centrală a mecanismului. Roțile dințate sunt cilindrice și au dinții drepți sau înclinați. Schimbarea treptelor se face cu ajutorul unei frâne, al unui ambreiaj sau combinat (cu frână și ambreiaj), roțile dințate fiind permanent angrenate.
În raport cu cutiile de viteze normale, cele planetare prezintă avantajele:
trecerea de la o treaptă la alta se face mai ușor;
viteza medie a automobilului crește, schimbarea treptelor făcându-se fără pauze;
funcționare silențioasă;
se pretează la automatizare;
permit obținerea unor rapoarte de transmitere mari, la dimensiuni de gabarit mici.
În același timp, însă, cutiile de viteze planetare au construcție complicată care cere precizie mare de execuție, echilibraj perfect, montaj de precizie.
O cutie de viteze planetară este formată din mai multe mecanisme planetare simple. Un mecanism planetar simplu (figura 3.29.) se compune din pinionul central sau planetar 4 montat pe arborele conducător 1. El angrenează un număr variabil (2…4) de pinioane 5 identice, numite sateliți, repartizați în mod egal pe circumferința sa. Pinioanele sateliți se rotesc liber pe axele lor, care sunt fixate pe discul 7, numit platou portsatelit, solidarizat la rotație cu arborele condus 2, coaxial cu arborele conducător 1. Sateliții se pot roti pe circumferința interioară a coroanei 6, solidarizată la rotație cu arborele 3coaxial cu arborele 1.
Fig.3.29 – Schema constructivă a unui mecanism planetar simplu
Pentru ca un mecanism planetar simplu să poată constitui o transmisie, trebuie ca unul din cei trei arbori să devină arbore conducător, altul arbore condus, iar al treilea să poată fi imobilizat (cu ajutorul unei frâne sau al unui ambreiaj).
Mecanismele planetare pot fi cu angrenare interioară și cu angrenare exterioară.
În mișcarea lor complexă, un punct de pe circumferința pinioanelor sateliți descrie o curbă epicicloidă (la angrenarea exterioară) sau hipocicloidă (la angrenarea interioară).
În figura 3.30. este reprezentată schema cinematică a unui mecanism planetar cu angrenare interioară, compus din: arborele conducător 1, arborele condus 2, pinionul planetar P, platoul portsateliți P8, coroana C, ambreiajul A și frâna F.
Acest mecanism planetar se poate găsi în una din următoarele situații:
poziția neutră: frâna este liberă, iar ambreiajul decuplat. Arborele conducător transmite mișcarea de rotație prin pinionul planetar la sateliți. Aceștia se rotesc în jurul axelor lor punând în mișcare coroana. Platoul portsateliți este imobilizat datorită rezistențelor la înaintare ale automobilului (arborele condus este în legătură cu roțile motoare);
treapta de demultiplicare: frâna blocată, ambreiajul decuplat. Mișcarea de la arborele conducător, prin pinionul planetar, obligă sateliții să se rotească în jurul axelor lor și să ruleze pe coroană, antrenând platoul portsateliți și odată cu el și arborele condus, care va avea o turație mai mică decât arborele conducător (n2<n1);
priza directă: frâna liberă, ambreiajul cuplat. Mișcarea de rotație se transmite de la arborele conducător la sateliți, atât prin pinionul planetar, cât și prin coroană. Aceasta determină ca sateliții să aibă numai o mișcare de revoluție împreună cu întreg sistemul, care se rotește ca un tot unitar împreună cu platoul portsateliți. Deci, turația arborelui condus va fi egală cu cea a arborelui conducător (n2=n1).
Fig3.30. – Schema cinematică a unui mecanism planetar cu angrenare interioară
Fig.3.31 – Schema cinematică a unui mecanism planetar cu angrenare exterioară
În figura 3.31. este reprezentată schema cinematică a unui mecanism planetar cu angrenare exterioară. Acest tip de mecanism planetar nu mai are coroană (eliminându-se dificultățile la centrarea coroanei pe arbore), din care cauză momentul de inerție este mai mic. Mecanismul este prevăzut cu: pinioanele planetare P1 și P2, solidarizate la rotație cu arborele conducător 1, respectiv condus 2; sateliții dubli S1 și S2; platoul portsateliți Ps, care poate fi imobilizat cu frâna F, iar prin ambreiajul A, poate fi solidarizat cu arborele conducător 1.
Cu acest mecanism planetar se poate realiza una din următoarele situații:
poziția neutră: ambreiajul decuplat, frâna liberă. Mișcarea de la arborele conducător se transmite, prin pinionul planetar P1 la sateliții dubli, care se vor roti în jurul pinionului planetar P2, imobilizat de rezistențele la înaintare a automobilului. Astfel este antrenat platoul portsateliți Ps.
treapta de demultiplicare: ambreiajul liber, frâna blocată. Mișcarea de la arborele conducător se transmite, prin pinionul planetar P1, la sateliții dubli, care se vor rotiîn jurul axelor lor proprii (platoul portsatelit fiind frânat), punând în mișcare pinionul planetar P2, dar cu o turație mai mică (n2<n1);
priza directă: ambreiajul cuplat, frâna liberă. Mișcarea de la arborele conducător se transmite la sateliții dubli, atât prin pinionul planetar P1, cât și prin platoul portsateliți, sistemul rotindu-se ca un tot unitar, iar pinionul planetar P2 va antrena arborele condus cu o turație egală cu cea a arborelui conducător (n2=n1).
Mecanismul planetar cu angrenare exterioară este folosit ca reductor la unele cutii de viteze normale.La cutiile de viteze planetare se folosesc, de obicei, combinații de mai multe mecanisme planetare simple.
Raportul de transmitere al mecanismelor planetare se exprimă prin raportul turațiilor arborilor conducător și condus:
c). Cutiile de viteză progresive cu corpuri de fricțiune
Cutiile de viteze în trepte au un număr limitat de rapoarte de transmitere, fapt ce nu permite rezolvarea decât în mod incomplet, discontinuu și neeconomic a adaptării motorului la cerinîele de tracțiune ale automobilului. Cutiile de viteze în trepte nu pot realiza decât o apropiere între caracteristica de tracțiune reală și hiperbola de tracțiune ideală .
Cutiile de viteze progresive cu corpuri de revoluție rigide, cu suprafețe de frecare multiple, cu elemente elastice (curele trapezoidale ) prezintă o serie de avantaje :
mărirea confortabilității și a durabilității automobilului prin eliminarea șocurilor la pornirea de pe loc și la schimbarea treptelor de viteză;
îmbunătățirea performanțelor dinamice și de consum.
Totuși cutiile progresive au o răspândire destul de restrânsă datorată :
compexității constructive;
greutate și volum mare;
întreținere pretențioasă.
Fig.3.31 – Schema de principiu a unei cutii de viteze progresive
d). Cutii de viteze progresive hidrodinamice
Acestea au în compunerea lor, față de ambreiajele hidraulice, în afara rotorului pompei și turbine, un element fix, denumit reactor (difuzor) care, prin schimbarea direcției lichidului face posibilă transformarea momentului motor, astfel încât valoarea absolută a momentului la arborele turbinei să fie mai mare decât a momentului la arborele pompei.
Altfel spus, cutia de viteze hidrodinamică este un variator de cuplu cu autoreglare, adică realizează variația momentului motor și a raportului de transmitere automat, fără servomecanism.
Spre deosebire de ambreiajul hidraulic care transmite un moment egal cu momentul motor, cutia de viteze hidrodinamică transmite un cuplu care se modifică cu turație, adică transmiterea mișcării se face cu transformarea momentului. Dina această cauză, cutia de viteze hidrodinamică se mai numește și hidrotransformator.
În principiu, un hidrotransformator simplu (monofazat) se compune din trei elemente hidraulice cu palete: pompa P, turbina T și reactorul (difuzorul) R (figura 3.32.a.), dispus în amonte de pompă.
Fig.3.32. – Schema și caracteristica hidrotransformatorului simplu (monofazat)
De obicei, elementele hidraulice se execută prin turnare de precizie, din aliaje de aluminiu rezistente. Paletele celor trei elemente se fac cu profil curbat. Prin așezarea în serie a pompei, turbinei și reactorului, se include o cavitate inelară (tor), în care circulă un lichid (ulei special). Pompa P este fixată de carcasa C, solidarizată la rotație cu arborele 7 (conductor). Turbina T este solidarizată la rotație cu arborele 2 (condus). Reactorul R este montat fix pe manșonul 3, fixat de carterul hidrotransformatorului.
Când pompa este pusă în mișcare prin arborele 7 de către motorul automobilului, lichidul din interior este antrenat de către palete și proiectat de forța centrifugă, de la centru spre exterior. Din pompă, lichidul trece cu mare viteză în turbină, punând-o în mișcare împreună cu arborele condus 2. Datorită profilului mai curbat al paletelor turbinei (în raport cu ale pompei), momentul receptor la turbină Mt este mai mare decât momentul motor Mp ai pompei (Mt > Mp), iar turația turbinei este mai mică decât cea a pompei (nt>np). Din turbină, lichidul trece printre paletele fixe ale reactorului, în scopul schimbării direcției sale (paletele reactorului sunt invers orientate decât cele ale turbinei și pompei), așa încât la ieșirea dintre paletele acestuia, lichidul are din nou aceeași direcție și aceeași viteză (neglijând pierderile prin turbionare), cu cea de intrare în pompă. Schimbarea direcției lichidului în reactorul fix determină asupra paletelor acestuia, un moment de reacție, care este preluat de carterul hidrotransformatorului. Deci, reactorul este folosit pentru a transforma valoarea momentului receptor.
Momentul de reacție provine din diferența dintre momentul receptor al turbinei și momentul motor al pompei, adică:
Mr=Mt-Mp
Momentul receptor variază cu turația turbinei, în funcție de rezistențele la înaintare pe care le întâmpină automobilul.
În figura 3.32.b. este reprezentată caracteristica hidrotransformatorului monofazat, obținută prin variația momentului receptor, deci și a turației arborelui condus și păstrând constant momentul la pompă, deci și turația pompei. Caracteristica hidrotransformatorului este reprezentată prin următorii parametri:
– coeficientul de transformare, i'h :
inversul raportului de transmitere cinematic i’:
randamentul hidrotransformatorului ηh:
La demaraj turația turbinei este nulă iar momentul la turbină este maxim (din cauza pierderilor prin frecare și turbionare valoarea sa este numai de 2,5…5 ori mai mare decât cea a momentului motor). Crescând turația turbinei, momentul receptor se micșorează și odată cu el și coeficientul de transformare.
La turația maximă a pompei, turația turbinei este și ea maximă, pierderile prin turbionare sunt, practic, nule, iar randamentul hidrotransformatorului este maxim. În acest moment, se poate considera:
Mt≈Mp și
Situație în care hidrotransformatorul lucrează ca un hidroambreiaj.
Acest punct de funcționare al cutiei de viteze hidrodinamice se numește punct de ambreiaj, în care momentul de reacție exercitat pe reactor este nul (Mt=0), reactorul putând fi decuplat de carterul fix. De aceea, pentru îmbunătățirea randamentului hidrotransformatorului, reactorul se montează pe un dispozitiv tip roată liberă (cuplaj unisens), în care caz hidrotransformatorul se numește complex monofazat. Dispozitivul tip roată liberă se blochează în sensul efectuării reacției, dar începe să se rotească liber, în același sens cu pompa și turbina, atunci când Mt≈Mp. Din acest moment, hidrotransformatorul funcționează ca un ambreiaj hidraulic, iar randamentul său ηh devine egal cu randamentul ambreiajului ηa, la un consum economic de combustibil în condiții de funcționare normală a automobilului.
Valoarea maximă a randamentului unei cutii de viteze hidrodinamice moderne, în regim de hidrotransformator, este 0,85…0,90, iar în regim de hidroambreiaj 0,97…0,98.
e).Cutii de viteze combinate
Cutiile de viteze combinate sunt obținute prin legarea în serie sau paralel în fluxul de putere al motorului, a unei cutii de viteze hidraulice (un hidrotransformator) cu o cutie de viteze mecanică în trepte.
O astfel de transmisie se numește transmisie hidromecanică sau hidramată .
Fig.3.33. – Schema de principiu a unei cutii de viteze combinate
3.6.4.Cutia de viteze manuală
Echiparea automobilelor cu cutii de viteze manuale sau automate depinde în principal de țara în care se comercializează automobilul respectiv.
De exemplu în Europa aproximativ 70% din automobilele în circulație sunt echipate cu cutii de viteze manuale. La polul opus se află regiunea NAFTA (America de Nord, Canada și Mexic) și Japonia în care automobilele cu cutii automate reprezintă 84%, respectiv 70%, din totalul de automobile aflate în circulație.
Caracteristica de tracțiune a automobilului
Utilizarea cutiilor de viteze pe un automobil este necesară datorită următoarelor limitări ale motorului cu ardere internă:
turație minimă stabilă relativ mare (600 … 800 rot/min);
un singur sens de rotație al arborelui cotit;
puterea maximă este obținută la o anumită turație;
consumul de combustibil depinde de turația motorului.
Necesitatea de tracțiune a unui automobil se poate explica cu ajutorul puterii disponibile la roțile motoare. Astfel, puterea la roată este dată de produsul forței de tracțiune și a vitezei tangențiale a roții (care este egală cu viteza automobilului):
P [W] = Ft [N] v [m/s]
Să presupunem că avem disponibilă la roată puterea maximă a motorului Pmax, indiferent de valoarea vitezei de deplasare.
În acest caz forța de tracțiune va depinde numai de viteza de deplasare a automobilului, deoarece puterea motorului este constantă la valoarea maximă:
Ft = Pmax / v
Reprezentarea grafică a relație dintre forța de tracțiune și viteza automobilului se numește hiperbola ideală de tracțiune (HIT) și reprezintă caracteristica ideală de tracțiune a unui automobil. (e-automobile.ro)
Fig3.34. – Caracteristica ideală de tracțiune a unui automobile
Este evident că, caracteristica de tracțiune a unui motor termic este departe de a fi apropiată de caracteristica ideală de tracțiune. Curba de culoare neagră reprezintă caracteristica motorului termic fără să fie modificată de rapoartele unei cutii de viteze. Este echivalentă cu raportul de priză directă a unei cutii de viteze la care raportul de transmitere este aproximativ 1.00.
Suprafață colorată în albastru deschis reprezintă zone de funcționare din punct de vedere ale tracțiunii dar care nu sunt acoperite de motorul termic. Rezultă ca automobilul are nevoie de un convertor de cuplu și turație care să aducă caracteristica motorului termic cât mai aproape de caracteristica ideală de tracțiune.
Fig.3.35. – Caracteristica de tracțiune pentru o cutie de viteze în patru trepte pentru automobile
După cum se observă dacă utilizăm o cutie de viteze în patru trepte se obține o caracteristică de tracțiune apropiată de cea ideală. Din punct de vedere al tracțiunii cu cât cutia de viteze are mai multe trepte cu atât caracteristica de tracțiune este mai apropiată de cea ideală. (e-automobile.ro)
Dacă ținem cont de limitările motorului cu ardere internă precum și de necesarul de tracțiune al unui automobil putem spune că o cutie de viteze are următoarele roluri/funcții:
adaptarea caracteristicii de cuplu a motorului în funcție de variația rezistențelor la înaintare;
permite mersul înapoi al automobilului pentru același sens de rotație al arborelui cotit;
permite decuplarea motorului de restul transmisie în cazul staționarii îndelungate a automobilului.
Construcția și funcționarea cutiei de viteze manuală
În funcție de modul de poziționare ale motorului cu ardere internă structura unei cutii de viteze manuală este diferită. De exemplu pentru automobilele cu motoare dispuse longitudinal pe puntea față și tracțiune pe puntea spate cutia de viteze are trei arbori: unul de intrare, unul intermediar și al treilea de ieșire.
Fig.3.36. – Cutie de viteze NVG cu cinci trepte pentru automobile cu tracțiune spate (motor dispus longitudinal) Sursa: General Motors
În cazul automobilelor cu motor pe puntea din față și tracțiune față (soluția totul față) cutiile de viteze au doi arbori: unul de intrare și unul de ieșire.(General Motors)
Fig.3.36 – Cutie de viteze și diferențial General Motors cu șase trepte pentru automobile cu tracțiune față (motor dispus transversal) Sursa: General Motors
Cutiile de viteze conțin mai multe perechi de mecanisme cu roți dințate care au rolul de a transforma cuplul motor și turația în scopul adaptării motorului la cerințele de tracțiune.
Dacă o cutie de viteze este de tipul 5+1 înseamnă că conține 5 mecanisme de roți dințate pentru mersul înainte și un mecanism pentru mersul înapoi.(Wikimedia Commons)
Fig.3.37. – Cutie de viteze manuală (5+1) pentru un automobil cu motor montat transversal și tracțiune față. Sursa: Wikimedia Commons
pinionul intermediar al treptei de mers înapoi
caneluri pe care se montează discul de ambreiaj
arborele de intrare în cutia de viteze
pinionul primar al treptei I
pinionul prima al treptei de mers înapoi
pinionul primar al treptei II
pinionul primar al treptei III
furca de cuplare a treptelor III-IV
pinionul primar al treptei IV
pinionul primar al treptei V
furca de cuplare a treptei V
arborele secundar
pinionul diferențialului
pinionul secundar al treptei I
furca de cuplare a treptelor I-II
pinionul secundar al treptei II
pinionul secundar al treptei III
senzor de viteză
pinionul secundar al treptei IV
pinionul secundar al treptei V
tijă de selecție
Pinioanele primare pentru toate treptele de viteză sunt fixe pe arbore, nu se pot roti independent față de arborele primar. Pe de altă parte pinioanele de pe arborele secundar sunt libere pe arbore, acestea se rotesc chiar dacă arborele secundar nu se rotește (caz în care vehiculul staționează). De reținut că toate mecanismele cu roți dințate sunt angrenate tot timpul, cuplarea și decuplarea unei trepte de viteză se face prin intermediul unor manșoanelor de cuplare.
Fig.3.38. – Schema cinematică a unei cutii de viteze 5+1 (automobil motor montat transversal pe puntea față și tracțiune față)
Fiecare treaptă de viteză este caracterizată de un raport de transmitere.
Acest raport reprezintă valoarea cu care este convertit cuplul motor și turația motorului într-o anumită treaptă de viteză.
Raportul de transmitere depinde de mărimea pinioanelor ce compun treapta de viteză. Dacă se cunosc numărul de dinți sau diametrul fiecărui pinion se poate calcula raportul de transmitere:
i = z2/z1 = d2/d1
unde:
z – numărul de dinți
d – diametrul
Fig.3.39 – Exemplu de angrenaj pentru cutie de viteze manuală
Sursa: Wikimedia Commons
1 – pinionul conducător (motor)
2 – pinionul condus
Raportul de transmitere al acestui angrenaj este de 2.8 deoarece pinionul condus are 28 de dinți iar cel conducător 10 dinți.
Exemple de rapoarte de viteză:(e-automobile.ro)
Pe baza valorilor rapoartelor treptelor cutiei de viteze putem extrage câteva informații referitoare la automobil. De exemplu în primul exemplu (Motor 1) cutia de viteze este cu doi arbori, tracțiune față, deoarece raportul de priză directă (treapta a patra) nu are valoarea 1.00 ci este apropiată (1.03). În cazul exemplului cu Motor 2 cutia de viteze este cu trei arbori, tracțiune spate, deoarece treaptă de priză directă are valoare 1.00. În acest caz arborele de intrare din cutie este conectat la arborele de ieșire fără să mai treacă printr-un mecanism cu pinioane.
În cazul unui automobil cu o singură punte motoare, față sau spate, cuplul și turația motorului sunt transformate de două ori până să ajungă la roți. Prima conversie este făcută de raportul treptei de viteză cuplate iar a doua de raportul diferențialului.
De exemplu dacă, în cazul cutiei de pe Motorul 3 (diesel 150 CP) cuplul motor este de 130 Nm, iar prima treaptă este cuplată, la fiecare roată motoare vom avea (130 x 3.8 x 3.56)/2 adică 879 Nm. În același timp dacă turația motorului este de 2000 rot/min iar automobilul se deplasează în linie dreaptă fiecare roată va avea turația de (2000 / 3.8 / 3.56) adică 148 rot/min.
Procesul de sincronizare al turațiilor arborilor
Procesul de cuplare a unei trepte de viteză este făcut în două etape:
I: selecție: reprezintă etapa de selectare a manșonului de cuplare pentru treapta de viteză dorită (mișcarea levierului de viteze în stânga sau dreapta);
II: angajare: reprezintă cuplarea efectivă a treptei de viteză dorită (mișcarea levierului de viteze înainte sau înapoi).
Etapa de angajare a treptei de viteză este distinctă deoarece în acestă etapă se face sincronizarea. În cazul în care schimbăm o treaptă de viteză (de exemplu 1-2) la trecerea în noua treaptă de viteză, a doua, turația arborelui de intrare trebuie sincronizată cu turația arborelui de ieșire.
Exemplu: Schimbare de treaptă 1-2
Din exemplul prezentat rezultă că la schimbare din treapta 1 în treapta 2 turația arborelui de intrare trebuie redusă la 1649 rot/min de la 3000 rot/min. Astfel se face sincronizarea turațiilor arborilor.
Sincronizarea este un proces care nu este perceput în mod evident de către conducătorul auto. O schimbare de treaptă de viteză durează în medie 0.7 secunde, perioadă ce cuprinde atât selecția cât și angajarea.
Pentru a înțelege cum se face sincronizarea trebuiesc studiate componentele care sunt implicate în procesul de schimbare a unei trepte de viteză.
În figura de mai jos este prezentată o pereche de pinioane primare împreună cu furca și manșonul de cuplare.( Wikimedia Commons)
A.Pereche de pinioane primare cu elementele de acționare și sincronizare (poziție necuplată):
arbore secundar
pinion secundar (treapta n)
coroană dințată de sincronizare și cuplare (treapta n)
inel sincronizator (treapta n)
manșon de cuplare
furcă de acționare
inel sincronizator (treapta n+1)
coroană dințată de sincronizare și cuplare (treapta n+1)
pinion secundar (treapta n+1)
Fig.3.40 – Manșon de cuplare în poziția neutră
Sursa: Wikimedia Commons
În momentul în care se efectuează angajarea treptei de viteză (9) manșonul de cuplare (5) acționat defurca (6) împinge inelul sincronizator (7) pe coroana dințată (8). Contactul dintre inelul sincronizator și coroana dințată se efectuează pe o suprafață conică interioară și are ca rezultat încetinirea turației arborelui primar care este solidar cu pinionul (9). Când diferența de turații dintre arborele primar și inelul sincronizator tinde spre zero, aceste piese se rotesc cu aceeași turație, manșonul de cuplare (5) se va deplasa peste inelul sincronizator (7) și coroana dințată (8) rigidizându-le. Astfel se realizează cuplare unei trepte prin sincronizare. ( Wikimedia Commons)
B.Pereche de pinioane primare cu elementele de acționare și sincronizare (poziție cuplată):
arbore secundar
pinion secundar (treapta n)
coroană dințată de sincronizare și cuplare (treapta n)
inel sincronizator (treapta n)
manșon de cuplare
furcă de acționare
inel sincronizator (treapta n+1)
coroană dințată de sincronizare și cuplare (treapta n+1)
pinion secundar (treapta n+1)
butucul manșonului de cuplare
element de blocare a manșonului pe poziția neutră
Fig.3.40 – Manșon de cuplare în poziția cuplat
Sursa: Wikimedia Commons
De reținut că la o schimbare în sus (din treapta n în n+1) arborele primar trebuie frânat iar la o schimbare în jos (din treapta n+1 în n) arborele primar trebuie accelerat. Astfel la o schimbare în jos, mai ales dacă schimbarea este de la n la n-2, pentru a avea o sincronizare mai rapidă, se poate face o „dublă debreiere”. .( Wikimedia Commons)
Acest procedeu constă în accelerarea motorului, cu ambreiajul cuplat, înainte de a angaja treapta dorită, pentru accelerarea arborelui primar.
Etapele succesive ale unei schimbări de viteză cu „dublă debreiere” sunt:
decuplarea motorului de transmisie prin apăsarea pedalei de ambreiaj
scoaterea din treapta de viteză curentă (n)
cuplarea motorului prin eliberarea pedalei de ambreiaj
accelerarea motorului până la turația dorită
decuplarea motorului de transmisie prin apăsarea pedalei de ambreiaj
angajarea noii trepte de viteză (n-1 sau n-2)
Acest procedeu este mult mai eficient la schimbări de trepte de tipul 3-1 sau 4-2 pentru care arborele primar trebuie accelerat cu aproximativ 2000 rot/min. Este evident că se poate efectua o schimbare de treaptă clasică, fără dublă debreiere, dar care v-a dura mai mult datorită faptului că sincronizarea va fi mai lungă.
Majoritatea cutiilor de viteze manuale sunt prevăzute cu sincronizatoare cu un singur inel. Există cutii de viteze care au sincronizatoare duble, cu două inele de sincronizare. Aceste sunt utilizate în special pentru treptele 1 și 2 la care sincronizarea poate presupune decelerarea sau accelerarea arborelui primar la valori mai ridicate. (Borg Warner)
Fig.3.41 – Sincronizator dublu
Sursa: Borg Warner
pinion secundar;
coroană dințată;
rulment cu ace;
inel sincronizator interior;
inel intermediar;
inel sincronizator exterior;
butuc manșon de cuplare;
manșon de cuplare;
element de blocare a manșonului pe poziția neutră
Una din constrângerile unei cutii de viteze manuale este necesitatea unei forțe de acționare egale asupra sincronizatoarelor, indiferent de treapta de viteză.
Pentru a realiza cuplarea treptelor de viteză în același interval de timp avem nevoie de o forță mai mare de acționare pentru treptele inferioare. Soluția la acest inconvenient este sincronizatorul dublu, care la aceeași forță de acționare ,datorită suprafeței de frecare mărită, realizează sincronizarea la fel de rapid ca în cazul treptelor superioare (prevăzute cu sincronizatoare simple).
3.6.5.Cutia de viteze automată
Cutiile de viteze automate sunt cutiile care realizează schimbarea treptelor de viteză fără intervenția conducătorului automobilului. Mai mult, decizia de schimbare a treptelor de viteză este luată de calculatorul electronic de control al cutiei de viteze, pe baza informațiilor provenite de la senzori (poziție pedală accelerație și viteza automobilului).
Fig.3.42. – Cutia automată cu 8 trepte 8HP
Sursa: ZF
O cutie de viteze automată este compusă din trei subsisteme (componente):
hidrotransformatorul, numit și convertizorul de cuplu (en: torque converter);
ansamblul de mecanisme planetare cu ambreiajele și frânele multidisc;
modulul electro-hidraulic de comandă și control.
Fig.3.43 – Cutia automată cu 7 trepte 7G-tronic
Sursa: Mercedes
arborele de intrare în cutia de viteze (legătura cu motorul termic)
ambreiajul de blocare a hidrotransformatorului cu alunecare controlată și elemente de amortizare
pompa de ulei pentru controlul presiunii de lucru
mecanismele planetare și actuatoarele de schimbare a treptelor (ambreiaje și frâne multidisc)
arborele de ieșire din cutia de viteze (legătura cu transmisia longitudinală, cardanică)
sistemul de blocare pentru parcare (poziția P a levierului de programe)
legătura mecanică cu levierul selector de programe
modul electro-hidraulic de control (conține senzori, supape electromagnetice și calculatorul cutiei de viteze)
modulul electronic de comandă și control (calculatorul cutiei de viteze)
supape cu electromagnet (solenoid) pentru acționarea ambreiajelor și frânelor multidisc
hidrotransformator (convertizor de cuplu)
Cutiile de viteze automate, în denumirea populară, mai sunt numite și cutii „hidramate”. Acestă denumire se datorează cutiilor de viteze automate produse de General Motors sub numele de Hydra-Matic.
Cutiile „hidramate” sunt de fapt cutii automate clasice cu hidrotransformator și mecanisme planetare.
Fig.3.44 – Cutia automată Hydra-Matic 4T45
Sursa: GM
Hidrotransformatorul – convertizorul de cuplu
Hidrotransformatorul este subansamblul care transmite momentul motor cutiei de viteze prin intermediul unui fluid de lucru, (ATF). În cazul în care hidrotransformatorul este deblocat, mișcarea provenită de la motorul termic nu este transmisă direct, mecanic ci hidraulic, între motor și cutia de viteze neexistând legătură mecanică.
Fig.3.45 – Hidrotransformator – convertizor de cuplu
Sursa: ZF
Hidrotransformatorul, sau convertizorul de cuplu, este alcătuit din patru componente principale:
pompă
turbină
stator sau difuzor
ansamblul ambreiajului de blocare
Convertizorul de cuplu are rol de element de cuplare progresivă, în transmisiile moderne fiind folosit doar la plecarea din loc (viteza automobilului < 25 km/h) și la schimbarea treptelor, după care este blocat pentru a crește randamentul transmisie.
Cutia automată – mecanismele planetare
Realizarea unei trepte de viteză într-o cutie de viteze automată se face prin intermediul mai multor mecanisme planetare (simple, Ravigneax sau Lepelletier). Comparativ cu o cutie de viteze manuală cu angrenaje simple, la care o treaptă de viteze de formează de o singură pereche de roți dințate, o cutie de viteze automată realizează o treaptă de viteze utilizând mai multe mecanisme planetare. Prin blocarea elementelor componente ale mecanismului planetar (solară, platou sateliți, coroană) se obțin diferite rapoarte de transmitere, care înseriate formează un raport al cutiei.
Fig.3.46 – Cutie automată – platou port-sateliți
Sursa: General Motors
Avantajele mecanismelor planetare comparativ cu angrenajele cu roți dințate simple:
poziționarea coaxială a arborilor de intrare și de ieșire din transmisie;
formă constructivă simetrică, circulară;
distribuirea cuplului și a puterii pe mai multe perechi de angrenaje în cadrul unui mecanism planetar;
permit automatizarea mult mai ușor.
Aceste avantaje implică o mai bună echilibrare dinamică a cutiei de viteze, cu efecte benefice asupra solicitărilor din lagăre, a zgomotului și vibrațiilor din timpul funcționării. În plus, la același cuplu transmis, datorită angrenării în trei sau patru puncte ale mecanismului planetar, rezultă roți dințate mai mici, cu viteze și forțe de angrenare micșorate, construcții cu gabarite reduse, greutate și mase inerționale mai mici, utilizarea mai rațională a spațiului disponibil de amplasare.
Ambreiajele și frânele pentru cuplarea treptelor
Cuplarea sau mai bine spus formarea treptelor de viteză se realizează cu ajutorul ambreiajelor și a frânelor multidisc. Aceste au rolul de a cupla două elemente pentru a se roti cu aceeași turație (ambreiaj) sau de a bloca un element la turație zero (frână).
Fig.3.47 – Componentele unui ambreiaj/frână multidisc de cutie automată
Sursa: BorgWarner
Acționarea ambreiajelor sau a frânelor se face cu actuatoare hidraulice. controlate prin intermediul unor supape electromagnetice, de către modulul electronic de comandă (TCU). Modulul electronic de comandă asigură preluarea semnalelor de la senzori și de la motor (via CAN), prelucrarea acestora și transmiterea semnalelor de comandă la elementele de execuție (actuatoarele hidraulice).
Fig.3.48 – Modul electrohidraulic de comandă pentru o cutie de viteze automată
Sursa: BorgWarner
Cutiile de viteze automate sunt utilizate în general pe autoturismele de clasă medie și superioară, datorită avantajelor pe care la are:
transmite cupluri mai mari;
amplifică cuplul motor;
trecerea de la o treaptă la alta se face lin și fără șocuri;
funcționare mai silențioasă
Pentru automobilele de la care se așteaptă confort sporit în timpul rulării (zgomote și șocuri reduse), conducere mai ușoară și forțe de tracțiune ridicate, este indicat să se folosească o cutie de viteze automată. Acesta, comparativ cu o cutie manuală, îndeplinește foarte ușor aceste cerințe datorită principiului de funcționare.
Formarea treptelor de viteză într-o cutie automată cu mecanisme planetare
Cutia de viteze (transmisia) automată propusa spre studiu este 4HP20 de la ZF.
Fig.3.49 – Cutia de viteze automată 4HP20 de la ZF
Sursa: ZF
Cutia de viteze automată 4HP20 are 4 rapoarte de transmitere (viteze) și transmite un cuplu maxim de 330 Nm.
Are în componență 2 mecanisme planetare simple, un hidrotrasformator (convertizor de cuplu) blocabil, 2 ambreiaje, 3 frâne multidisc și un modul electrohidraulic de comandă.
Cutia 4HP20 este de generație mai veche dar același principiu de formare al treptelor de viteză se aplică și cutiilor automate cu 8 sau 9 rapoarte. Acestă cutie a fost utilizata pe o gamă larga de automobile: Mercedes Benz, Renault, Peugeot, Fiat, Lancia, etc.
În prezent constructori precum Renault sau PSA (Peugeot-Citroen) comercializează automobile ce utilizează versiuni derivate ale acestei cutii de viteze pe piețele din Turcia, Rusia, Mexic, China, etc. Dacia Duster cu cutie de viteze automată, comercializată pe piața din Rusia, are o cutie de viteză similară cu 4HP20.
Fig.3.50 – Cutia de viteze automată 4HP20 – componente (1)
Sursa: ZF
radiator (răcește uleiul de transmisie)
ambreiaj multidisc
frână multidisc
reductor (angrenaj final)
diferențial
hidrotrasformator (convertizor de cuplu)
contact multifuncțional
supapă aerisire
carcasă unitate de control electrohidraulică
jojă ulei de transmisie
Fig.3.51 – Cutia de viteze automată 4HP20 – componente (2)
Sursa: ZF
Hidrotrasformatorul (convertizorul de cuplu) este prevăzut cu un ambreiaj de blocare controlat de o supapă cu comandă electrică. De obicei, în treptele de viteză 2, 3 și 4, în funcție de regimul de funcționare, calculatorul transmisiei comandă blocarea hidrotrasformatorului pentru a elimina pierderile hidraulice.
Circuitul hidraulic este prevăzut și cu un radiator de răcire. Uleiul, datorită faptului că parcurge discurile ambreiajelor și a frânelor, la solicitare intensă, se poate încălzi foarte mult, ajungând la temperaturi de peste 100 °C. În aceste condiții calculatorul transmisiei comandă o supapă electrică care deschide circuitul de răcire și permite uleiului să treacă prin radiator.
Fig.3.52 – Transmisia automată 4HP20 – secțiune transversală
Sursa: ZF
ambreiaj de blocare hidrotransformator (convertizor de cuplu)
turbină
pompă
arbore de intrare
roată liberă
stator
pompă ulei
roată dințată intrare reductor fix
senzor turație arbore de ieșire
mecanism planetar simplu 1
mecanism planetar simplu 2
senzor turație arbore de intrare
roată dințată intermediară reductor fix
roată dințată ieșire reductor fix
coroană diferențial
coroană alimentare ulei ambreiaj
Mecanismele planetare sunt simple, de tipul Simpson. Raportul fiecarei trepte este format de mecanismele planetare plus un reductor fix. Pentru a înțelege cum se formează treptele de viteză trebuie să detaliem modul de funcționare al unui mecanism planetar simplu. Un mecanism planetar este format din 4 elemente:
solară
sateliți
platoul port-sateliți
coroană
Fig.3.53 – Mecanism planetar simplu – componente și schemă cinematică
În documentația tehnică pentru a reprezenta un mecanism planetar se utilizează schema cinematică. De asemenea, datorită faptului ca este simetrică, pentru simplitate, doar jumătate este utilizată pentru a reprezenta lanțul cinematic al transmisiei automate.
Avantajul unui mecanism planetar simplu, comparativ cu un mecanism cu roți dințate uzual utilizat la cutiile de viteze manuale, este faptul că poate furniza mai multe rapoarte de transmitere. Practic dintr-un mecanism planetar simplu se pot obține 4 rapoarte de transmitere și teoretic tot atâtea trepte de viteză.
Fig.3.54 – Mecanism planetar simplu (intrare – solara, ieșire – coroana, blocat – platou port-sateliți)
Un mecanism planetar simplu are în componență 3 roți dințate: solara, sateliții și coroana. Prin blocarea unui element și utilizarea celorlalte două ca intrare și ieșire se pot obține mai multe trepte de viteză.
Tabelul de mai jos sintetizează rapoartele de transmitere obținute dintr-un mecanism planetar simplu care are în componență o roată dințată solară cu zS = 32 de dinți și o coroană cu zC = 68 de dinți. Numărul de dinți ai sateliților nu intră în calculul raportului de transmitere.
Tabel 3.
În cazul în care se rigidizează solara de coroană, prin intermediul unui ambreiaj multidisc, întregul mecanism se va roti unitar, raportul de transmitere în acest caz va fi de 1.000 (priză directă).
Evident nu toate rapoartele de transmitere sunt utilizabile direct. Cu alte cuvinte un singur mecanism planetar nu este suficient pentru a realiza etajarea treptelor de viteză a unei transmisii automate. Însă, prin combinarea a două mecanisme planetare simple, se pot obține 4 rapoarte de mers înainte și unul de mers înapoi.
Fig.3.55 – Mecanismele planetare ale transmisiei automate 4HP20 – vedere explodată
Sursa: ZF
C1 – coroană mecanism planetar 1;
PS1 – platou port-sateliți mecanism planetar 1;
S1 – solară mecanism planetar 1;
C2 – coroană mecanism planetar 2;
PS2 – platou port-sateliți mecanism planetar 2;
S2 – solară mecanism planetar 2.
Transmisia automată 4HP20 conține două mecanisme planetare simple cuplate. Coroana primului mecanism planetar (C1) este cuplată rigid cu platoul port-sateliți (PS2) al mecanismului planetar 2. De asemenea platoul port-sateliți (PS1) al primului mecanism planetar este cuplată rigid cu coroana (C2) a mecanismului planetar 2.
În manualele de reparație se utilizează des schema cinematică a transmisiei automate. Acesta conține simbolizarea hidrotransformatorului si a mecanismelor planetare împreună cu elementele de cuplare (ambreiaje și frâne multidisc). Pentru simplitate schema cinematică este reprezentată doar pe jumatate, partea superioară a axei longitudinale, deoarece partea inferioară este simetrică.
Fig.3.56 – Transmisia automată 4HP20 – schema cinematic
arborele de intrare în cutia de viteze (cuplat rigid cu arborele cotit al motorului);
roată dințată intrare reductor fix (ieșire din cutia de viteze);
hidrotransformator (convertizor de cuplu);
ambreiaj de blocare hidrotransformator;
S1 – solară mecanism planetar 1;
PS1 – platou port-sateliți mecanism planetar 1;
C1 – coroană mecanism planetar 1;
S2 – solară mecanism planetar 2;
PS2 – platou port-sateliți mecanism planetar 2;
C2 – coroană mecanism planetar 2;
B, E – ambreiaje multidisc;
C, D, F – frâne multidisc.
Fiecare transmisie automată are un program de schimbare a treptelor de viteză. Acest program descrie ce elemente (ambreiaje, frâne) trebuie acționate pentru a realiza un anumit raport de transmitere final deci o anumită treaptă de viteză.
Fig.3.57 – Transmisia automată 4HP20 – programul de schimbare a treptelor de viteză
Pentru a realiza treapta 1 de viteză ambreiajul (B) și frâna (F) sunt acționate. Prin ambreiajul (B) se transmite mișcarea de la turbina hidrotransformatorului la solara (S2) a mecanismului planetar 2. Frâna (F) fixează solara (S1) a mecanismului planetar 1. Ieșirea se realizează prin platoul port-sateliți (PS1) care antrenează roata de intrare (PS0) a reductorului fix.
Fig:3.58. – Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 1
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe
Pentru a trece din treapta 1 în treapta 2, conform programului de schimbare, se decuplează ambreiajul (B) și se cuplează ambreiajul (E). În acest caz turbina hidrotransformatorului va fi cuplată cu patoul port-sateliți (PS2). Solara (S1) a mecanismului planetar 1 este în continuare fixată de frâna (F). Ieșirea se realizează tot prin platoul port-sateliți (PS1) care antrenează roata de intrare (PS0) a reductorului fix.
Fig.3.59 – Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 2
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe
Pentru trecerea din treapta 2 în treapta 3 se decupleazî frâna (F) și se cuplează ambreiajul (B). Ambreiajul (E) ramâne în continuare cuplat. Ambele ambreiaje (B) și (E) fiind cuplate, solara (S2) este cuplată rigid de platoul port-sateliți (PS2), mecanismul planetar 2 se rotește unitar, fără mișcare relativă între elemente. Prin conexiunea coroană (C2) la platoul port-sateliți (PS1) se transmite mișcarea către mecanismul planetar 1. Acesta, neavând elemente blocate, se rotește de asemenea unitar, raportul de transmitere final fiind 1.000 (treapta de priză directă).
Fig.3.60 – Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 3
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe (nu există)
Treapta 4 se obține prin cuplarea frânei (C) și decuplarea ambreiajului (B). Ambreiajul (E) rămâne cuplat. Intrarea se face prin platoul port-sateliți (PS2) și prin coroana (C1). Solara (S2) este fixată iar ieșirea este platoul port-sateliți (PS1).
Fig.3.61. – Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 4
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe
Treapta de mers înapoi se realizează prin activarea frânei (D). Acesta fixează platoul port-sateliți (PS2) și coroana (C1). Intrarea se face prin solara (S2) care este cuplată la turbina hidrotransformatorului de ambreiajul (B). Platoul port-sateliți (PS1) și coroana (C2), datorită faptului că platoul port-sateliți (PS2) este fix, se vor roti în sens invers realizând astfel treapta de mers înapoi.
Fig.3.62 – Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta de mers înapoi
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe
După cum de observă mecanica unei cutii de viteze automate este mult mai complexă comparativ cu cea a unei cutii de viteze manuală. De asemenea raportul de transmitere se realizează prin combinarea mai multor mecanisme planetare. Blocarea sau cuplarea elementelor mecanismelor planetare se realizează prin activarea frânelor și a ambreiajelor multidisc.
TENDINȚE NOI ÎN CONSTRUCȚIA CUTIILOR DE VITEZE
Folosind două ambreiaje, Volkswagen AG a produs o transmisie, Direct Shift Gearbox, care îmbunătățește substanțial performanțele mașinii. De când Panhard și Lavassor au inventat prima cutie de viteze, în 1895, progresul acestui element important la o mașina nu a fost unul spectaculos.
Spre exemplu, în mare, designul cutiei automate actuale datează din anul 1905. Recent însă, grupul Volkswagen AG a pus la punct o nouă transmisie manuală secvențială care, în prezent, este cea mai rapida, având în vedere ca timpul necesar pentru schimbarea unei trepte de viteză este de numai 0,02 secunde. În același timp, se poate lăsa cutia și pe poziția automată, iar performanțele ei sunt aceleași, fără să se simtă nici o influență asupra puterii sau a consumului.
Denumită DSG (Direct Shift Gearbox), aceasta transmisie secvențială cu 6 rapoarte a fost deja montată pe două modele ale concernului german: Volkswagen Golf R32 și Audi TT 3.2 Quattro. DSG a fost concepută sa îi satisfacă pe clienții europeni ce îsi doresc o mașina sportivă și, în același timp, să reducă și consumul de combustibil. Având aceeași accelerație și viteză maximă ca o cutie manuală, ea schimbă treptele la fel de fin ca și una automată folosită la o limuzină. În plus, prin modul Tiptronic (la Audi) sau prin butoanele de pe volan (la VW Golf) se pot schimba rapoartele și manual.
Performanțele obținute sunt semnificative pentru că puterea motorului se transmite spre roți și în scurtele momente când se efectuează schimbarea de viteză, iar prin controlul tracțiunii – ce se activează printr-o simplă apăsare de buton – se obține o plecare de pe loc în forță.
Principala caracteristică a DSG este că folosește două discuri de ambreiaj. Primul (A1) folosește pentru selectarea rapoartelor impare (1, 3, 5 și marșarier), iar cel de-al doilea (A2) acționează la treptele pare (2, 4 si 6). Din această cauză, de multe ori DSG a fost numită :”două cutii într-una singură”, acest dublu ambreiaj fiind motivul pentru care nu se pierde din putere, cum se întămplă la o transmisie automată obișnuită. Spre exemplu, daca se ruleaza în treapta a 2-a, ambreiajul C2 lucrează, iar celalalt, C1, selectează treapta a 3-a, care nu este însă activă. În acest fel, când se schimbă rapoartele, discul cuplează imediat și răspunsul motorului vine aproape instantaneu.
Ca să ne dăm seama de rolul DSG-ului, Golf-ul R32 echipat cu el atinge suta în 6,4 secunde, viteza de top este de 247 km/h, iar consumul de carburant este de 10,2 litri la 100 km – cu 1,3 litri mai putin decât la Golf R32 echipat cu o cutie manuală.
De cealaltă parte, Audi-ul TT Quattro cu motor cu 6 cilindri accelerează pana la 100 km/h tot în 6,4 secunde și are o viteza maximă de 250 km/h. Consumul este chiar mai mic decât la Golf R32: 9,8 litri la suta de kilometri.
CAPITOLUL 4. METODE MODERNE UTILIZATE ÎN PREDAREA DISCIPLINELOR TEHNICE DE SPECIALITATE
4.1. Caracteristici și tendințe ale metodologiei didactice actuale
Procesul de învățământ poate fi definit ca fiind activitatea complexă, intenționată, programată, organizată și conștientă de predare și învățare. Cele două laturi ale sale sunt:
Predarea Învățarea
Predarea este latura procesului de învățământ intenționată programată, organizată și conștientă de comunicare (transmitere) de către profesor a cunoștințelor teoretice și practice, care stau la baza învățării.
Învățarea este latura procesului de învățământ intenționată programată, organizată și conștientă de asimilare și dobândire a cunoștințelor teoretice și practice de către elev pe baza predării și a studiului independent.
Procesul de învățământ are caracter bilateral, biunivoc și interactiv.
În procesul de învățământ acționează doi factori importanți care îndeplinesc cele două laturi importante ale acestuia:
Profesorul – realizează predarea; Elevul – realizează învățarea, dar trebuie implicat și în predare
cei doi factori aflându-se într-un raport de reciprocitate de unu la unu. De asemeni, cei doi factori care participă la procesul de învățământ în interdependență, se condiționează reciproc.
Procesul de învățământ tehnic are următoarele componente:
(a) cunoștințe (b) priceperi (c) deprinderi (d) obișnuințe
Cunoștințele reprezintă componenta ideatică (cognitivă) a procesului de învățământ, exprimată prin informații sub formă de noțiuni, concepte, idei, teze, legi, principii, teorii sau ipoteze care se predau și se învață în procesul de învățământ la o anumită disciplină sau pe ansamblul disciplinelor de învățământ.
Priceperile reprezintă componenta formativă acțională a procesului de învățământ, exprimată prin capacitatea de a aplica cunoștințele în mod conștient, activ-participativ, corect, cu o anumită iscusință, cu o anumită experiență, în condiții variate și schimbate.
Priceperile pot fi intelectuale – de a calcula, de a rezolva exerciții și probleme teoretice și practice–de a lucra la o mașină-unealtă, de a executa operații de lăcătușerie sau de asamblare.
Deprinderile reprezintă capacitățile de a aplica informațiile cu ușurință, rapid, operativ și cu respectarea tuturor calităților, priceperii (corectitudine, iscusință, abilitate, în condiții variate și schimbate). Deprinderea este priceperea transformată în act reflex sau cu alte cuvinte este priceperea ajunsă la stadiul de automatizare a componentelor, operațiilor sau acțiunilor de aplicare.
Mecanismul transformării priceperii în deprindere este dat de exercițiile (de repetările) realizate în mod sistematic și continuu.
Obișnuințele reprezintă componenta formativ acțională sub formă de aplicare a cunoștințelor în mod curent și frecvent, ca o necesitate vitală, de obicei ca act reflex total.
Desfășurarea procesului de învățământ se realizează în contextul interacțiunii unor etape de natură pedagogică, psihologică, gnoseologică și logică. Acestea sunt: înțelegerea, abstractizarea și generalizarea, fixarea (stocarea) și formarea priceperilor și deprinderilor, precum și evaluarea cunoștințelor.
4.2. Generalități privind metodele didactice
Metodele didactice reprezintă „o cale eficientă de organizare și conducere a învățării, un mod comun de a proceda care reunește într-un tot familiar, eforturile profesorului și ale elevilor săi“ (I. Cerghit, 2006, p.63). Pot fi considerate drept „calea de urmat în activitatea comună a educatorului și educaților, pentru îndeplinirea scopurilor învățământului, adică pentru informarea șiformarea educaților“ (C. Moise, 1998, p.143).
Metoda poate fi privită și ca „o modalitate de acțiune, un instrument cu ajutorul căruia elevii, sub îndrumarea profesorului sau în mod independent, își înșusesc și aprofundează cunoștințe, își informează și dezvoltă priceperi și deprinderi intelectuale și practice, aptitudini, atitudini etc.“ (M.Ionescu, M. Bocos, 2001, p.122).
În didactica modernă „metoda de învatamânt este înteleasă ca un anumit mod de a proceda care tinde să plaseze elevul într-o situație de învățare, mai mult sau mai puțin dirijată care să se apropie până la identificare cu una de cercetare științifică, de urmărire și descoperire a adevarului și de legare a lui de aspectele practice ale vieții“ (M. Ionescu, V. Chiș, 2001, p.126).
Procedeele didactice sunt elemente structurale care intră în componența metodelor; sunt soluții practice care conduc la aplicarea eficientă a metodei. Relatia dintre metode și procedee este de tip dinamic, astfel, în anumite situații o metodă se poate transforma în procedeu și invers.
Metodele de predare reprezintă traseul prin care cadrul didactic organizează și dirijează activitatea de învățare realizată de către elev. Relevanța unei metode de predare este dată de calitățile ei transformatoare și de modul în care îi determină pe elevi să găsească o cale proprie de formare. Orice metodă didactică trebuie să urmărească trezirea interesului elevului pentru studiu și determinarea acestuia să-și motiveze alegerile, realizând în final o învățare temeinică.
Alegerea metodei de predare este o parte a activității cadrului didactic, influențată de factori precum: dorință de adaptare, imaginație, personalitate și capacitate de analiză.
4.2.1. Clasificări ale metodelor didactice
În literatura de specialitate, există mai multe variante de clasificare a metodelor didactice, rezultate din varietatea situațiilor de instruire. „Școala de astăzi se declară în favoarea diversificării și flexibilizării metodologiei de instruire“ (I. Cerghit, I. Neacșu, O.I. Pânișoara, I. Negreț-Dobridor, 2001, p.64).
După S. Stoian:
metode bazate pe acțiune: exercițiul, lucrări de laborator, lucrări de atelier, activitatea cu cartea;
metode iconice : demonstrația, observarea, excursiile, vizitele;
metode simbolice: expunerea, conversația;
După I. Cerghit (în „Metode de învatamânt“,1980):
A. Metode de comunicare:
metode de comunicare orală: expozitive (afirmative) și interogative (conversative, dialogate);
metode de comunicare bazate pe limbaj intern: reflecția personală;
metode de comunicare scrisă : lectura;
B. Metode de explorare a realității:
explorare nemijlocită – directă: observația sistematică și independentă, experimentul);
explorare mijlocită – indirectă: demonstrația, modelarea;
C. Metode bazate pe acțiune (operaționale sau practice):
metode bazate pe acțiune reală/autentică: exercițiul, studiul de caz, proiectul sau tema de cercetare-acțiune, lucrări practice;
metode de simulare/bazate pe acțiune fictivă: metoda jocurilor, dramatizarea, învățarea prin dramatizare, învățarea pe simulatoare;
instruirea programată.
După I. Nicola ( în „Tratat de pedagogie școlară, 1996):
metode și procedee expozitiv-euristice: povestirea, descoperirea, demonstrația, modelarea, observațiile independente, lucrul cu manualul și alte cărți, lucrările experimentale, lucrările practice și aplicative, lucrul în grup;
metode și procedee algoritmice: algoritmizarea, instruirea programată, exercițiul;
metode și procedee evaluativ-stimulative: observarea și aprecierea verbală, chestionarea orală, lucrările scrise, testele docimologice, verificarea prin lucrări practice, examenele, scările de apreciere, verificarea cu ajutorul mașinilor.
După M. Ionescu (în "Demersuri creative în predare și învățare", 2000):
metode de transmitere și însușire a cunoștințelor:
metode de comunicare orală:
a) metode de comunicare orală expozitivă (expunerea, expunerea cu oponent, povestirea, descrierea, explicația, informarea, prelegerea – școlară, prelegerea-dezbatere, conferința – dezbatere, cursul magistral);
b) metode de comunicare orală conversativă (conversația, discuția, dezbaterea, asaltul de idei, colocviul);
c) metoda problematizării.
metode de comunicare scrisă:
a) lectura (explicativă, dirijată);
b) activitatea cu manualul.
metode de comunicare la nivelul limbajului intern:
a) reflecția personală;
b) introspecția.
metode de cercetare a realității:
metode de cercetare directă a realității:
a) observația sistematică și independentă;
b) experimentul;
c) abordarea euristică (în plan material);
d) învățarea prin descoperire (în plan material).
metode de cercetare indirectă a realității:
a) abordarea euristică (în plan mental);
b) învățarea prin descoperire (în plan mental);
c) demonstrația;
d) modelarea.
metode bazate pe acțiune practică:
metode de acțiune reală:
a) exercițiul;
b) rezolvări de probleme;
c) algoritmizarea;
d) lucrări practice;
e) studiul de caz;
f) proiectul/tema de cercetare.
metode de acțiune simulată:
a) jocuri didactice;
b) jocuri de simulare;
instruirea și autoinstruirea asistată de calculator.
Reprezentarea grafică a diferitelor categorii de metode de instruire din figura 13 (I. Cerghit, 2006, p.115) ne ajută să ne orientăm mai ușor și mai eficient în sistemul metodelor utilizate în procesul de predare.
Fig.4.1. – Clasificarea metodelor de instruire
4.2.2. Necesitatea utilizării metodelor moderne în predarea – evaluarea disciplinelor tehnice
Continua evoluția tehnică și socială reprezintă motivul principal care a determinat întotdeauna cadrele didactice să se preocupe de perfecționarea metodologiei didactice. Referindu-ne strict la metodele de predare – învățare – evaluare, această perfecționare se poate realiza sub mai multe aspecte:
adaptarea metodelor tradiționale la "atributele (tot dinamice – n.n.) specificitatii populatiei scolarizate" (O. I. Pânișoara, 2001, p.103);
utilizarea unor metode specifice altor domenii de activitate după prelucrarea prealabilă;
introducerea unor metode noi de predare – evaluare, impuse de apariția noilor tehnologii.
Pricipalele aspecte care trebuiesc avute în vedere când vorbim de perfecționare și calitate în educație sunt predarea diferențiată, activizarea elevilor pe parcursul orelor de curs și implicarea acestora în toate etapele procesului instructiv – educativ.
În opinia mea, un rol major în atingerea finalităților educației îl are activizarea elevilor, ea reprezentând "o suită de acțiuni de instruire/autoinstruire, de dezvoltare și modelare a personalității lor (celor care învață – n.n.) prin stimularea și dirijarea metodică a activității pe care o desfășoară". (M. Ionescu, V. Chis, 2001, p.135)
Prin utilizarea metodelor care încurajează activizarea elevilor se obțin:
– trezirea interesului elevilor pentru cunoaștere;
– dezvoltarea funcțiilor psihice prin effort propriu;
– formarea și dezvoltarea capacității de asimilare a noilor conținuturi;
– formarea și dezvoltarea abilităților de rezolvare a unor probleme practice;
– cultivarea spiritului investigativ.
Activizarea elevilor în procesul de predare – învățare – evaluare a disciplinelor de specialitate se referă la implicarea acestora în toate etapele actului didactic; prin acest fenomen se dorește dezvoltarea gândirii critice în rândul elevilor, stimularea creativității și creșterea interesului acestora pentru învățarea prin descoperire.
Caracterul permanent și realizarea pe tot parcursul vieții reprezintă particularități esențiale ale actului educațional; amprenta tot mai vizibilă pusă de educație în dezvoltarea personalității și în imprimarea traseului viitor al tinerilor necesită diversificarea activităților didactice, în conformitate cu metodologia, conținuturile tematice și obiectivele propuse pentru fiecare nivel de școlarizare în parte.
Poziția centrală în cadrul curriculum-ului școlar o ocupă metodele care fac posibilă atingerea finalităților educaționale.
Elevii prezintă particularități psihoindividuale, astfel încât se impune utilizarea unei game cât mai ample de metode de predare care să le valorifice potențialul. Semnificația metodelor depinde, în cea mai mare măsură, de utilizator și de contextul în care este folosită.
Necesitatea aplicării metodelor moderne de predare – învățare – evaluare la orele alocate modulelor de specialitate reiese și din tabelul 1 (Cerghit, 2006, pag. 99), în care sunt prezentate principalele dezavantaje ale sistemului de predare utilizat în trecut și direcțiile care trebuiesc urmate pentru înnoirea sistemului actual.
Tabelul 1 – Analiză metode clasice – metode moderne (Cerghit, 2006, pag. 99)
4.3. Metoda proiectului
”Proiectul” este o metodă modernă, aplicată cu succes la orele din cadrul modulelor de specialitate atât ca metodă de evaluare, cât și ca strategie de învățare.
4.3.1. PROIECTUL ca instrument de evaluare
Fiind un instrument complex de evaluare, proiectul este utilizat pentru realizarea evaluării sumative; cu ajutorul lui pot fi evaluate următoarele capacități și competențe dezvoltate de elevi pe parcursul mai multor ore de curs:
alegerea metodele de lucru;
măsurarea și compararea rezultatelor;
utilizarea corespunzătoare a bibliografiei, materialelor și a echipamentelor;
corectitudinea și acuratețea tehnică;
organizarea ideilor și materialelor într-un raport;
calitatea prezentării.
Tema proiectului poate fi stabilită de către profesor, de către elevi, sau de către profesor împreună cu elevii.
Pentru obținerea unor rezultate notabile în urma aplicării acestei metode, elevii trebuie să manifeste interes pentru subiectul abordat, să știe dinainte unde pot găsi informații și resurse materiale și să fie încurajați de către familie în demersul lor de a crea un produs nou.
Ca mod de organizare, proiectul poate fi individual sau de grup. Pe toată perioada realizării, elevul trebuie să beneficieze de îndrumarea profesorului, îndrumare care se poate realiza prin consultații individuale sau de grup.
Ultima etapă a proiectului se desfășoară în clasă și constă într-o prezentare a raportului rezultatelor obținute și a produsului final realizat.
4.3.2. PROIECTUL ca strategie de învățare
Ca toate metodele centrate pe elev, proiectul presupune o schimbare de atitudine din partea profesorului; acesta este trebuie să renunțe la rolul de unic transmițător de informații și este nevoit să învețe să fie un consilier al învățării. Chiar dacă el organizează și stimulează situațiile de învățare, profesorul trebuie să accepte intrarea într-un con de umbră, încurajând elevii să ia propriile decizii, să – și asume roluri în cadrul grupului de lucru, să-și planifice activitățile și să se îndrepte către o învățare prin descoperire.
Chiar dacă are mai mult statut de observator, profesorul trebuie să-și facă simțită prezența prin:
acordarea de asistență elevilor pe tot parcursul proiectului;
încurajarea elevilor să adreseze întrebări pertinente și în conformitate cu problemele descoperite;
încurajarea grupului de lucru să descopere informații legate de tema stabilită;
încurajarea elevilor să folosească evaluarea colegială și autoevaluarea;
păstrarea unei permanente comunicări cu elevii, încurajându-i pe aceștia să mențină o atmosferă de cooperare în cadrul grupului de proiect, care să ducă la o bună organizare a sarcinilor, în conformitate cu metodologiile lucrului în echipă.
Pentru a se asigura succesul acestei metode, obiectivele și sarcinile proiectului ales trebuie să țină cont de experiența anterioară a elevilor și de particularitățile grupului de elevi, urmărind totodată implicarea activă a fiecărui membru din grup.
Pașii care trebuiesc urmați pentru realizarea proiectului sunt:
4.3.3Aplicarea metodei proiectului la clasa a XII-a
Irigarea plantelor prin comenzi transmise telefonic
În procesul de formare în rândul elevilor a unor competențe care să țină pasul cu noutățile apărute pe piață în electronică și automatizări, dezvoltarea creativității și realizarea de proiecte au un rol foarte important.
Pentru punerea în practică a cunoștințelor dobândite la modulele de specialiate (M4 – Sisteme de automatizare, M3 – Traductoare, M5 – Reglarea automată a parametrilor proceselor tehnologice) într-un mod cât mai plăcut și mai atractiv pentru elevi, am realizat cu clasa a XII-a E de la Liceul Tehnologic de Electrotehnică și Telecomunicații Constanța lucrarea intitulată ”Irigarea plantelor prin comenzi transmise telefonic”.
Lucrarea răspunde exigențelor din domeniile mai sus menționate. Activitățile realizate în timpul proiectului au contribuit la sporirea valorii personalității elevilor prin dezvoltarea de competențe, prin stimularea creativității și inițiativei, prin participare activă în cadrul grupului (cooperare, preluarea inițiativei, flexibilitate) și prin deschiderea către noi idei.
De asemenea, implicarea în activitățile specifice realizării proiectului a avut și rolul de a descătușa funcții de activizare precum: comunicarea, folosirea internetului ca școală substitutivă, consultarea cărților de specialitate și a altor materiale din domeniu. Un rol important l-a avut și funcția de orientare a intereselor profesionale prin aspectele sale educative, de evaluare, de descoperire a aplicațiilor științei prin materializarea creativă a unor proiecte.
Lucrarea prezintă folosirea traductoarelor de lumină și anume a fototezistenței, pentru transmiterea prin apel telefonic a comenzilor necesare irigării plantelor.
Principiul aparatului constă în utilizarea traductoarelor fotorezistive (fotorezistența) pentru comandarea unui releu, prin variația iluminării. Acest aparat poate fi utilizat și în laboratorul de fizică sau electronică – automatizări, ca aplicație a fotorezistenței în studiul semiconductorilor și în studiul efectului fotoelectric.
În cadrul metodologiei lucrării am prezentat schemele electrice ale celor două module (modulul de alimentare si modulul amplificator de curent), precum și rolul fiecărei componente din cadrul amplificatorului, a cărei schemă se distinge prin originalitate.
Am descris de asemenea și modul de efectuare a reglajelor și am prezentat rezultatele obținute.
Grupele de elevi au realizat toate etapele de construire a aparatului, astfel:
-consultarea bibliografiei
-selectarea schemelor
-selectarea componentelor electronice
-realizarea cablajului
-montarea componentelor
-verificarea și reglarea montajelor
-întocmirea raportului
Studiul componentelor electronice, realizarea schemelor electrice, tehnicile de măsurare și algoritmii de lucru respectați pentru punerea în funcțiune a lucrării, au condus la alcătuirea unui portofoliu care conține:
– Descrierea componentelor
– Parametrii și caracteristicile componentelor
– Realizarea modulară a proiectului
– Măsurători de punere în funcție și reglare
– Respectarea normelor de protecția muncii
În asamblarea lucrării, realizarea estetică și îngrijită a interiorului cât și a bordului a ocupat un rol primordial.
Internetul, ca școala substitutivă prin studiul cărților de specialitate, a cataloagelor cu descrierea componentelor și caracteristicile lor, a ocupat de asemenea un rol important.
În realizarea practică a lucrării am utilizat atât informațiile teoretice cât și datele practice și concluziile obținute în urma efectuării unor măsurători și experimente.
Exemplu:
Fotorezistența – În materialele căutate de noi nu se indică intensitatea curentului maxim admisibil de fotoconducție și nu se indică nici intensitatea curentului de întuneric.
Parametrii mai sus menționați sunt absolut necesari pentru buna funcționare a proiectului.
Schema modulului amplificator de curent:
Cunoscănd faptul că semiconductoarele funcționează la curenți foarte slabi, am conceput următoarea schemă experimentală:
Descrierea schemei:
– – tranzistor de putere mica – BC107;
– – tranzistor de putere medie – 2N5492;
Cele două tranzistoare sunt grupate în montajul Darlington care amplifică în curent. Curentul din baza tranzistorului T2 , IB2, este chiar curentul de emitor al tranzistorului T1 și are o valoare de ordinul miliamperilor. Se justificată astfel alegerea unui tranzistor de putere medie pentru T2.
Curentul amplificat de montajul Darlington trebuie să declanșeze funcționarea releului, deci trebuie să aibă o valoare de ordinul amperilor (maxim 10A);
– D – diodă; are rolul de a șunta curenții de autoinducție ce apar datorită înfășurării releului R;
– R – releu, fiind montat în colectorul tranzistorului T2, trebuie să îndeplinească anumite condiții:
tensiunea de lucru trebuie să fie 12V;
contactele releului trebuie să suporte un curent de maxim 10A;
– S – semireglabil =10kΩ;
– P – potențiometru =1kΩ;
– Fr – fotorezistența Fr este montată în baza tranzistorului T1.
Între baza și colectorul tranzistorului T1 am intercalat semireglabilul S de 10kΩ, înseriat cu potențiometrul P de 1kΩ și fotorezistența Fr.
Rolul semireglabilului S este de a micșora curentul din baza tranzistorului T1 (IB1) la o valoare de ordinul microamperilor (µA).
Algoritmul de reglare al curentului IB1 se realizează prin:
-aducerea semireglabilului S la maxim 10kΩ (cu ajutorul potențiometrul P care este reglat la 0Ω);
-creștem curentul IB1 prin scăderea rezistenței semireglabilului S până la pragul de anclanșare (declanșare) al releului R cu fotorezistența luminată la lumina mediului ambiant.
Potențiometrul P are rol de acord fin și de căutare a pragului de anclanșare al releului în funcție de luminozitatea ecranului telefonului la primirea unui apel.
REZULTATE:
Schema modulului de alimentare al motopompei:
Alegerea schemei electrice de alimentare a motopompei a fost efectuată după analizarea mai multor scheme din cărți de specialitate și după o amplă documentare pe internet.
Schema selectată răspunde nevoilor noastre. Este o schemă simplu de realizat cu următorii parametrii:
-Putere maximă de 48W
-Tensiune 12V c.c.
-Curent maxim de 2A
Elementele componente ale schemei:
-Transformator 12V/2A (48W);
-Punte redresoare 48V/3A;
-Condensatori de filtraj C=100μF/25V;
-Acumulator de 12V c.c.
-Rezistor bobinat pe suport ceramic – are rolul de a limita curentul în circuit la încărcarea acumulatorului;
Modulul de alimentare al motopompei este în tampon cu acumulatorul pentru a asigura buna funcționare a montajului la întreruperea tensiunii de alimentare de la rețea.
Funcționarea schemei:
La primirea unui apel telefonic, ecranul telefonului se luminează și fotorezistența primește lumină. Datorită efectului fotoelectric, energia luminoasă este transformată în curent electric. Ca urmare, prin fotorezistență trece curentul IB1 care este amplificat de montajul Darlington și anclanșeaza releul R. Contactele C ale releului închid circuitul de alimentare al motopompei care extrage apa dintr-un rezervor și udă florile.
În lipsa apelului, ecranul telefonului este stins și tranzistorul T1 este blocat deoarece pe întuneric fotorezistența are o rezistență foarte mare (10-100MΩ), ca urmare curentul IB1 are valoarea zero.
Relevanța lucrării pentru elevii liceelor tehnologice:
Abordarea creativă a proiectului impune dezvoltarea competențelor pentru știinte (matematica, fizica, chimia, studiul materialelor, noțiuni de electronică, electrotehnică și automatică).
Caracterul interdisciplinar al lucrării reiese și din următoarele fenomene studiate pe parcursul realizării:
Trecerea curentului electric printr-un semiconductor fotorezistiv când este iluminat și pe întuneric;
Fotorezistența fiind un traductor fotorezistiv, se studiază variația rezistenței în funcție de intensitatea luminoasă;
Noțiunile de electronică ne-au facilitat aflarea, prin experiment, a algoritmului de reglare al curentului IB1 până la pragul de declanșare al releului R cu fotorezistența luminată la lumina mediului ambiant.
Realizarea proiectului a implicat o responsabilizare și o colaborare în cadrul grupului de elevi, cu cadrele didactice și un studiu aprofundat în domeniile științelor exacte.
În imaginile următoare sunt prezentate aspecte din derularea proiectului:
FIȘA DE MONITORIZARE / EVALUARE PROIECT (prelucrare după ”Metodologie de organizare și desfășurare a examenului de certificare a calificării absolvenților învățământului liceal, filiera tehnologică”, Anexa 2)
Unitatea școlară: Liceul Tehnologic de Electrotehnică și Telecomunicații Constanța Calificarea profesională: Tehnician în automatizări
Tema proiectului: ” Irigarea plantelor prin comenzi transmise telefonic”
Numele, prenumele îndrumătorului de proiect: Pântrjel Laura-Camelia
Partea I: Monitorizarea progresului proiectului
1. Data începerii activităților de realizare a proiectului: 08.02.2018
2. Competențe vizate / implicate în realizarea / execuția proiectului:
– Analizează funcționarea sistemelor de automatizare specifice domeniului
– Prezintă funcționarea elementelor componente ale unui SRA.
– Exprimă mesaje orale, în scopul îndeplinirii unor sarcini de lucru variate
– Utilizează informații de pe internet;
– Organizează și prelucrează informația;
3. Întâlniri pentru monitorizarea proiectului (cel puțin 5 întâlniri):
Partea a II-a: Aprecierea calității activității echipei de proiect
Partea a III-a: Aprecierea calității proiectului
Partea a IV-a : Aprecierea prezentării și susținerii orale a proiectului
Rezultatul final stabilit pe baza evaluării globale a activităților realizate de către echipa de proiect:
4.4. Metoda Mozaic (JIGSAW)
Psihologul William Glasse a demonstrat că reținem doar 10% din ce citim, 20% din ce auzim și 70% din ce discutăm cu alții, 80% din ce experimentăm, 90% din ce învățăm pe alții, acesta fiind încă un motiv care să ne determine să utilizăm tot mai mult în cadrul procesului de predare – învățare – evaluare metode activ-participative.
Metoda mozaicului este o îmbinare între învățarea individuală și cea în echipă și are un pronunțat caracter formativ, contribuind la creșterea încrederii în propriile forțe și la dezvoltarea abilităților de comunicare în rândul elevilor. Pe parcursul acestei metode accentul este pus pe formarea și dezvoltarea capacităților de ascultare, vorbire, reflectare, gândire creativă, rezolvare de probleme și cooperare.
Principiul de bază al metodei constă în distribuirea sarcinilor de învățare pe grupe de elevi astfel ca în urma cooperării, la finalul secvenței de transmitere a noilor conținuturi, fiecare elev să dispună de întreaga cantitate de informații. În afara faptului că fiecare elev trebuie să devină expert într-o sarcină de lucru, el are și responsabilitatea transmiterii informațiilor asimilate, celorlalți colegi.
”Mozaicul” este una dintre metodele în care acțiunea profesorului își pierde mult din intensitate, acesta intervenind activ doar la începutul orei, când împarte elevii în grupuri de lucru și distribuie sarcinile, și la sfârșit, pentru prezentarea concluziilor activității desfășurate.
Ca principiu de derulare, metoda mozaicului are următorul traseu:
se stabilesc grupurile inițiale;
fiecare membru din grup primește un număr de la 1 la 5;
se formează grupele de experți conform numerelor primite, iar în cadrul fiecărei grupe se studiază o secvență de conținut și se stabilește o strategie de predare;
elevii se întorc în grupele de lucru inițiale și fiecare expert prezintă echipei conținutul studiat.
Pentru desfășurarea în bune condiții a unei ore de curs bazată pe metoda mozaicului trebuie parcurse următoarele etape:
Pregătirea materialului de studiu – activitatea este în întregime în responsabilitatea cadrului didactic care stabilește tema ce urmează a fi studiată, conform planificării calendaristice întocmite la începutul anului școlar, o împarte în 4 sau 5 fracțiuni de dificultăți similare și punctează pentru fiecare elementele principale care trebuiesc urmărite de elevi în etapa de studiu independent. Accentuarea acestora se poate realiza printr-o fișă de lucru pe care elevii s-o rezolve în grupele de experți.
Profesorul concretizează fiecare fracțiune de conținut într-o fișă – expert care va fi distribuită fiecărei grupe de experți.
Organizarea colectivului în echipe de învățare și formarea grupelor de experți – în funcție de mărimea colectivului de elevi al clasei, se organizează grupe de lucru cu 4 – 5 elevi. Numărarea elevilor și împărțirea lor pe grupe după un algoritm specific este foarte importantă.
Fiecare elev din cadrul grupurilor inițiale își va alege un număr cuprins între 1 și 5.
Fig.4.2 – Repartiția elevilor în gupurile inițiale
Elevii se rearanjează în sală după numerele primite, formându-se astfel cinci grupe de studiu ( grupele de experți) care vor trata într-o manieră proprie secvența de conținut aferentă numărului primit (între 1 și 5). Astfel, elevii cu numărul 1, părăsesc echipele inițiale și se adună la o masă pentru a studia secvența de conținut din Fișa Expert I. La fel procedează și ceilalți elevi cu numerele 2, 3, 4 și 5, fiecare devenind expert într-o secvență de conținut.
În această subetapă, fiecare grup ia cunoștință și se concentrează doar pe conținuturile care i-au fost repartizate.
Fig.4.3 – Repartiția elevilor în grupele de experți
Din punct de vedere al amplasării, mesele de lucru ale grupelor de experți trebuie distribuite aerisit în sala de clasă, pentru ca aceștia să nu se deranjeze reciproc.
Membrii grupelor de experți trebuie să studieze cât mai bine secvența de conținut care le-a fost atribuită în scopul predării la întoarcerea în grupele inițiale. În afara studierii noului conținut, experții stabilesc o strategie de predare a acestuia pe care o aplică în momentul întoarcerii în grupurile inițiale.
Rolul profesorului în această etapă este de observator și de consultant, dacă elevii ajung în momente de impas.
La expirarea limitei de timp alocate, după finalizarea sarcinilor de lucru în grupele de experți, are loc o reorganizare a colectivului de elevi. Sunt refăcute echipele inițiale, fiecare dispunând de câte un expert din grupurile anterioare.
Fig. 4.4 – Repartiția elevilor după refacerea grupurilor inițiale
Fiecare expert predă celorlalți fracțiunea de conținut studiată, subliniind aspectele principale. În acest mod fiecare membru al grupei este pus atât în rolul de profesor, cât și în cel de cursant.
Metodele de transmitere a conoștințelor aprofundate în grupele de experți trebuie să fie concise și atractive; pentru această subetapă elevii pot utiliza orice mijloc didactic pe care îl au la dispoziție și pe care îl consideră necesar, inclusiv mijloace audio – video.
La finalul acestei etape, fiecare elev a parcurs în totalitate conținutul de informații planificat pentru ora respectivă.
Printre avantajele oferite de această metodă se numără:
dezvoltarea încrederii în sine a elevilor și în propriile decizii;
formarea și dezvoltarea unor abilități din sfera comunicării argumentativă;
formarea și dezvoltarea abilităților de relaționare în cadrul unui grup de lucru;
dezvoltarea gândirii logice, critice și independente;
dezvoltarea în rândul elevilor a capacității de asumarea a răspunderii individuale și de grup;
optimizarea învățării prin predarea achizițiilor altcuiva.
Relația de interdependență dintre membrii grupului și individualizarea aportului fiecăruia dintre ei la îndeplinirea sarcinilor, atât în cadrul grupelor de experți, cât și în cadrul grupurilor de lucru, fac din metoda mozaicului un remediu sigur împotriva apariției monotoniei și a dezinteresului în rândul elevilor.
Pentru a preveni apariția unei stări de delăsare, este necesar ca evaluarea sau verificarea să se realizeze din toate fracțiunile de conținut și să acopere în totalitate conținuturile transmise; astfel toți elevii vor fi interesați să asimileze și conținuturile transmise de colegii lor, nu doar pe cele aprofundate în cadrul grupelor de experți.
Cu toate că, aparent, profesorul nu este implicat în procesul de predare, rolul lui este foarte important în tot scenariul didacitic. El trebuie să monitorizeze cu mare atenție predarea care se desfășoară în fiecare grupă, pentru a se asigura că informația se transmite corect, putând reprezenta o rampă de lansare pentru diverse întrebări.
Mozaicul este o metodă complexă, cu multe implicații pedagogice, dar factorul care o recomandă cel mai mult este potențialul mare pentru dezvoltarea sentimentului de responsabilitate pe care îl oferă.
CAPITOLUL 5. METODE TRADIȚIONALE UTILIZATE ÎN PREDAREA DISCIPLINELOR TEHNICE DE SPECIALITATE
5.1. Prezentare de ansamblu a metodelor clasice de predare
„Orice metodă pedagogică rezultă din întâlnirea mai multor factori și, din acest punct de vedere, educația va rămâne mereu o artă: arta de a adapta, la o situație precisă, indicațiile generale date de cărțile de metodologie.” (Gaston Mialaret).
Metodele de învățământ pot fi definite ca „modalități de acțiune cu ajutorul cărora, elevii, în mod independent sau sub îndrumarea profesorului, își însușesc cunoștințe, își formează priceperi și deprinderi, aptitudini, atitudini, concepția despre lume și viață”. (M.Ionescu, V.Chiș, 2001, p.126)
Chiar dacă metodele de predare sunt selectate de către profesor, ele sunt puse în aplicare cu ajutorul elevilor în scopul obținerii unor beneficii majore în achiziția și fixarea conținuturilor.
Indiferent dacă ne referim la metode clasice sau de metode moderne, trebuie să conștientizăm că este vorba de o colaborare între profesor și elev din care să se ajungă la descoperirea unor soluții, la identificare și eliminarea unor surse de eroare sau a unor neadevăruri, toate acestea reprezentând procedee folosite pentru achiziția noilor conținuturi, aprofundarea celor existente și stimularea spiritului creativ.
Alegerea unei metode necesită din partea cadrului didactic o atenție sporită vis – a vis de anumiți factori precum :
finalitățile educație;
particularitățile de vârstă și individuale ale elevilor;
cunoștințele dobândite anterior de către elevi;
mijloacele didactice de care dispune;
experiența proprie în aplicarea metodei respective.
Clasificarea metodelor didactice strict din punctul de vedere al axei istorice (metode clasice, tradiționale și metode moderne) poate fi depășită prin gradul mărit de flexibilitate al acestora, ele putând fi modificate și particularizate cu ușurință în funcție de trăsăturile clasei de elevi. Astfel, o metodă tradițională poate evolua spre modernitate, fapt pentru care în anumite metode moderne putem recunoaște secvențe cu un puternic caracter tradițional.
Analizând predarea și învățarea cu caracter strict tradițional se disting următoarele aspecte:
se bazează și încurajează memorarea și reproducerea cunoștințelor transmise de către cadrul didactic ;
dezvoltă competiția cu scop de ierarhizare;
se poate realiza individual.
Procesul instructiv – educativ bazat pe metode clasice de predare este caracterizat de anumite avantaje și limite, precum cele prezentate în tabelul 4:
Tabelul 1 – Predarea tradițională (avantaje, limite)
Deloc de neglijat, metodele și mijloacele tradiționale de predare s-au bucurat de un întins orizont temporal de utilizare. Cu taote acestea, de-a lungul timpului, au fost remarcate o serie de neajunsuri și o eficiență medie, reflectate în performanțele școlare absolute.
Numeroase unități școlare s-au axat pe acest mod de realizare a instruirii, promovând supremația și absolutismul profesorului pe tot parcursul procesului instructiv – educativ. Această viziune asupra actului didactic nu este întâlnită doar la cadre didactice mai puțin pregătite din punct de vedere al conținuturilor predate; există destui profesori foarte bine pregătiți care au adoptat stilul autoritar, chiar dictatorial, pornind de la propriul temperament sau având la bază situații pe care nu au știut cum să le gestioneze.
Chiar dacă vorbim de predarea în mod tradițional, influența cea mai mare asupra formării personalității elevului ca individ, sau ca membru a unui grup, o are tot relației profesor – elev. În cazul actului didactic bazat pe metode clasice, nu se poate stabili o relație optimă între cadrul didactic și elev datorită climatului glacial care se stabilește în clasă ca urmare a stilului autoritar al profesorului. Prezentarea monotonă și lipsită de atractivitate a conținuturilor, lipsa unui dialog între profesor și elev și evaluarea bazată pe reproducerea conținuturilor transmise integral de profesor, sunt alte motive datorită cărora se stabilește o relație defectuasă între profesor și elev, relație care determină o scădere notabilă a eficienței actului didactic în care predomină metodele tradiționale de predare – învățare.
Totuși, luând în considerare renumele școlii românești de-a lungul timpului, nu putem să ignorăm în totalitate meritele metodelor clasice de predare – învățare – evaluare. Pentru a obține un învățământ de calitate, noi, cadrele didactice, trebuie să realizăm o coexistență a metodelor tradiționale care au un puternic caracter oral (prelegerea, explicația, expunerea) și a metodelor moderne activ – participative.
Pentru a atinge performanțele și standardele de calitate ale unui sistem modern de învățământ este necesar să se modifice ponderea pe care o au metodele tradiționale și să se accentueze caracterul activ – participativ al acestora, realizând astfel o creștere a randamentului școlar și o scădere a efortulului intelectual. Prin învățare elevii se pregătesc să facă față unor situații noi, air noi, cadrele didactice, trebuie să fim conștiente de faptul că învățarea eficientă are loc, conștient sau inconștient, din experiența unor situații de viață.
Școala nu trebuie să fie doar instituția în care elevii vin să acumuleze noi conținuturi; ea trebuie să reprezinte comunicare, educație și formarea unui individ bine integrat într-o societate modernă. Toate acestea se pot realiza doar prin modelare, dezvoltare și progres. Din acest motiv, înainte de a alege metodele pe care urmează să le folosim în procesul instructiv – educativ, trebuie să ne răspundem la următoarele întrebări: ”Ajută la formarea unor caractere solide, care să facă față într-o societate în continuă mișcare?”, ”Sporesc eficacitatea și durabilitatea conținuturilor însușite?”, ”Oferă posibilitatea aplicării practice a bagajului de cunoștințe acumulat și aprofundat de către elev”, ”Stârnesc interesul elevului față de cunoștințele transmise?”.
Privind din poziția cadrelor didactice, metodele de predare pe care le utilizăm în cadrul orelor de curs ne pot ușura acest demers sau, din contră, îl pot îngreuna, dacă nu alegem metoda potrivită, în concordanță cu vârsta elevilor, capacitatea lor intelectuală, experiența anterioară a grupului de elevi, materie, precum și de scopul urmărit.
Opțiunea cadrului didactic pentru utilizarea unei anumite metode de predare – evaluare reprezintă o decizie cu un grad foarte ridicat de complexitate.
5.2. Expunerea didactică
”Expunerea ” este una dintre cele mai utilizate metode tradiționale de predare. Prin ”expunere” noile cunoștințe sunt transmise integral de către profesor, în formă orală, făcând din elev un simplu receptor de informație.
Această metodă poate fi folosită atât în formă ”pură”, cât și combinată cu alte metode; în cazul modulelor de specialitate este foarte des asociată cu demonstrația, rezolvarea de probleme și conversația.
În funcție de vârsta elevilor cărora se adresează și de experiențele anterioare ale acestora expunerea poate avea una dintre următoarele forme:
povestirea – este folosită foarte mult la clasele mici datorită caracterului
plastic,evocator și emoțional;
descrierea – are ca scop prezentarea caracteristicilor exterioare ale obiectelor și fenomenelor studiate, accentuând trăsăturile fizice ale acestora; are la bază observația directă și face o legătură între nivelul cunoștințelor deja asimilate și cele nou transmise;
explicația – este utilizată cel mai frecvent și la toate vârstele școlare deoarece are rolul de a clarifica semnificațiile, cauzele, relațiile stabilite și teoriile referitoare la obiectele și fenomenele studiate; „în explicație, cuvântul profesorului înfățișează elevilor tema desfășurată într-o ordonare logică de date și fapte, care duce în mod necesar la o concluzie sau generalizare.” (D. Todoran, 1964, p. 85)
prelegere – este o formă mai complexă de expunere care are un ridicat nivel științific, fapt pentru care se poate transmite un volum mare de informații în unitatea de timp. Din punct de vedere al desfășurării, prelegerea include descrierea și explicația, motiv pentru care este folosită cu precădere în învățământul liceal, la clasele mari, și în învățământul superior.
Toate formele enumerate anterior se încadrează în cadrul metodelor expozitive și constau într-o prezentare orală efectuată de către profesor și audiată de către elevi.
În figura 5.1 sunt prezentate grafic câteva dintre avantajele și dezavantajele metodelor expozitive.
Fig. 5.1. – Avantaje și dezavantaje ale metodelor expozitive
5.2.1. Explicația
Deoarece explicația, ca metodă tradițională de predare, este întâlnită în toate formele de instruire tehnică, în această parte voi detalia câteva trăsături dominante ale explicației din punctul de vedere al predării disciplinelor tehnice de specialitate.
Explicația este o formă de expunere orală în care un rol primordial îl ocupă argumentarea informațiilor transmise, fapt pentru care, la disciplinele tehnice, se preferă completarea ei cu demonstrația și conversația.
„În explicație, cuvântul profesorului înfățișează elevilor tema desfășurată într-o ordonare logică de date și fapte, care duce în mod necesar la o concluzie sau generalizare.” (D. Todoran, 1964, p. 85)
În cadrul orelor de la modulelor de specialitate, explicația este folosită pentru a realiza descrierea structurii interne, a relațiilor ce se stabilesc între blocurile funcționale, și a modului de funcționare a aparatelor și sistemelor, fiind întâlnită atât în cadrul orelor de teorie, cât și în cadrul orelor de laborator tehnologic, cu toate că accentul este pus cu precădere pe receptarea conținuturilor transmise și nu pe interpretarea acestora.
Figura centrală în cadrul acestei metode este profesorul; el este unicul transmițător de informație, elevul având doar rolul de a primi ceea ce îi oferă profesorul. Din această cauză explicația necesită un mare consum de timp din partea cadrului didactic care este nevoit să realizeze o documentare și o experimentare foarte riguroase pentru a putea să extragă esențialul din cantitatea imensă de informații existentă.
Prin această metodă se realizează prezentarea conținuturilor, cu punctare pe elementele esențiale, unui număr mare de elevi și într-un interval de timp relativ scurt.
Eficiența aplicării acestei metode depinde de modul de transmitere a informațiilor de către profesor. Acesta trebuie să utilizeze un limbaj clar, concis, adecvat particularităților clasei de elevi, prin care să explice termenii tehnici noi, luând foarte bine în calcul cunoștințele și experiențele anterioare ale elevilor.
Foarte importantă pentru asigurarea succesului acestei metode este evitarea exagerărilor referitoare la detaliile secundare. În cazul în care transmiterea noilor conținuturi este prea bogată în argumentări care nu fac obiectul principal al materialului de studiat, există riscul de a nu mai fi evidențiate elementele generale, fapt care are grave consecințe, cea mai importantă fiind scăderea nivelului cunoșterii.
Discursul didactic realizat de profesorul care folosește ca metodă de predare explicația trebuie să se axeze pe:
identificare;
descriere;
clasificare.
Pentru a asigura reușita acestei metode, profesorul trebuie să o combine cu demonstrația și conversația, metode care apelează acțiunile enumerate anterior.
Considerentele care stau la baza explicației didactice sunt:
elevul simte nevoia să fie lămurit amănunțit după ce a acumulat suficientă experiență;
elevul dispune de o gândire logică destul de dezvoltată, fiind capabil să înțeleagă discursul științific.
5.3. Conversația
Conversația, cunoscută și sub denumirile de ”dialog didactic” sau ”metoda interogativă, are ca scop valorificarea întrebărilor și a răspunsurilor; ea se realizează pe baza unui dialog profesor – elev în care întrebările sunt formulate în exclusivitate de către profesor. Utilizând această metodă, profesorul urmărește să stimuleze gândirea elevilor în vederea verificării și fixării cunoștințelor transmise anterior, dar și a achiziționării de noi conținuturi.
Unul dintre aspectele care recomandă această metodă de predare este acela că asigură condițiile unei comunicări între oameni, dezvoltând în rândul elevilor capacități de exprimare și de reproducere a cunoștințelor asimilate.
Pentru a obține beneficii maxime din utilizarea conversației, este necesară o concepere foarte organizată a setului de întrebări. Acestea trebuie să dea dovadă de precizie, de exprimare corectă și clară, să fie accesibile elevilor și să țină cont de nivelul de pregătire al elevilor.
În elaborarea întrebărilor trebuie să se țină cont de următoarele aspecte:
întrebările cu răspuns închis (care admit o singură variantă răspuns) trebuie să alterneze cu întrebări de tip deschis (care admit mai multe răspunsuri corecte);
succesiunea întrebare – pauză trebuie să asigure elevului timpul necesar conceperii unui răspuns bazat pe gândire analitică;
întrebările nu trebuie să solicite un raționament mintal care solicită un număr mare de elemente ajutătoare;
să se urmărească reactualizări ale cunoștințelor dobândite anterior, sau să se solicite rezolvarea unor probleme cu complexitate scăzută.
Conversația este una dintre metodele tradiționale care se poate utiliza în toate momentele lecției, atât în cadrul orelor de teorie, cât și în cadrul orelor de laborator tehnologic.
Condiția necesară și suficientă pentru a realiza o conversație didactică de calitatea este aceea de a respecta criteriile de calitate privind atât întrebările, cât și răspunsurile.
Printre calitățile întrebărilor se numără:
corectitudinea gramaticală și logică;
referirea la un conținut limitat;
precizie;
varietate
să nu solicite răspunsuri monosilabice
să nu sugereze răspunsul
să fie adresate întregului colectiv de elevi și, după expirarea timpului de gîndire, să fie nominalizat elevul care trebuie să răspundă;
să nu fie întrebări capcană sau eronate;
o întrebare nu trebuie formată din mai multe întrebări;
să fie evitate întrebări suplimentare, ajutătoare.
Printre calitățile răspunsurilor se numără:
corectitudinea gramaticală și logică;
să acopere toată întrebarea;
concizie;
să se constituie în propoziții sau fraze încheiate;
să se folosească un limbaj ordonat, fluent, fără fragmentări sau sacadări;
să fie conștient și individual;
să fie clar și inteligibil
intervenția profesorului trebuie să fie nulă, excepție făcând doar cazul în care elevul pornește cu o greșeală grosolană.
Eficiența conversației ca metodă de predare – învățare – evaluare depinde atât de măiestria profesorului, demonstrată prin modul în care formulează întrebările și prin modul în care acestea se succed, cât și de răspunsurile date de elevi.
În funcție de activitățile organizate și de momentul lecției în care este introdusă, conversația prezintă trei variante:
conversația euristică;
conversația examinatoare;
conversația în actualitate.
5.3.1. Conversația euristică
Cunoscută și sub denumirea de ”conversație socratică”, această variantă a conversației didactice are ca scop conducerea elevului spre descoperirea a ceva nou. Descoperirea noilor informații se poate realiza doar dacă profesorul, ca element principal în desfășurarea orei, concepe serii de întrebări compacte care, în finalul secvenței, conduc elevul la o concluzie. Profesorul este responsabil cu orientarea permanentă a gândirii elevului până când acesta ajunge la concluzia dorită.
Utilizarea eficientă a acestei metode are loc doar dacă elevii au asimilat conținuturile transmise în lecțiile anterioare, fiind astfel capabili să ajungă la anumite concluzii sau să facă noi corelații; participarea profesorului trebuie să fie indirectă, favorizând astfel inițiativa și spontaneitatea elevilor.
Este o formă a metodei care presupune învățarea conștientă și utilizarea dialogului. Elevul descoperă și înțelege singur cunoștințele pe care trebuie să le învețe, apoi le reproduce în formă personală, respectând adevărul științific.
Fiind o metodă dialogală, conversația euristică constă în aflarea adevărului printr-un șir de întrebări, bazându-se pe incitarea elevilor prin întrebări și având drept scop primordial să-i determine pe aceștia să facă o serie de conexiuni care să-i ajute să descopere elemente noi ale unor cunoștințe deja acumulate.
Setul de întrebări trebuie să prezinte o continuitate de tip lanț; fiecare întrebare trebuie să aibă ca punct de start răspunsul la întrebarea precedentă.
„Metoda conversației socratice solicită inteligența productivă, spontaneitatea și curiozitatea, lăsând elevilor mai multă libertate de căutare.” (G. Leroy, 1974, p. 29)
Întrebările pe care se bazează buna desfășurare a conversației trebuie să fie de două tipuri: spontane și premeditate. Astfel profesorul reușește să trezească interesul elevilor de a dobândi noi cunoștințe; este de preferat să se renunțe la întrebările limitate prin care profesorul așteaptă ca elevul să dea răspunsul pe care l-ar fi dat ei înșiși.
Punerea întrebărilor nu trebuie privită ca un semn de necunoaștere; ea trebuie interpretată ca un mod de a anunța ceea ce se caută.
„Propoziția interogativă are o natură contextuală și rezultă dintr-un fond de cunoștințe inițial știute. Logicienii numesc acest conținut anticipatoriu presupoziția întrebării. Întrebarea dezvăluie o altă latură a lucrurilor față de cum le știam noi la un moment dat. Ea pretinde a „uita" ceea ce cunoaștem în profitul prospectării altor aspecte ale realității interogate.” (C. Cucoș, 2006, p. 293)
Pentru ca o propoziție interogativă să poată fi utilizată în cadrul conversației euristice trebuie să satisfacă următoarele aspecte:
obiectul, procesul sau fenomenul la care face referire nu trebuie să fie absurd;
gradul de dificultate trebuie să fie în concordanță cu nivelul elevilor astfel încât aceștia să fie capabili să găsească răspunsul corect;
să dea dovadă de precizie și unicitate;
să nu fie foarte lungă și foarte complicat formulată.
În cadrul acestui gen de conversație întrebările trebuie să ”stârnească” alte întrebări sau să ascundă întrebări neformulate.
Utilizarea conversației euristice ca metodă de predare este limitată, fiind condiționată de experiența de cunoaștere anterioară a elevului. Aceasta trebuie să-i permită elevului să răspundă la întrebările care îi sunt adresate.
Conversația euristică este una dintre metodele tradiționale care, suportând anumite modificări și modernizări, a reușit să se mențină cu succes și în procesul actual de predare.
5.3.2. Conversația catehetică
Conversația catehetică, sau examinatoare, are rolul de a identifica nivelul cunoștințelor elevului la momentul evaluării. Aspectul negativ al acestei metode constă în faptul că, pornind de la ideea că ceea ce spune profesorul nu poate fi interpretat, combătut sau completat, se bazează pe învățarea mecanică. Acest tip de învățare diminuează până la anulare contribuția elevului care trebuie să memoreze și să reproducă conținuturile transmise, fără să le poată interpreta sau modifica. Din aceste motive, este de preferat ca metoda să fie folosită doar în cazuri extreme, când se referă la memorarea unor formule de calcul.
Spre deosebire de conversația euristică, care promova seturile de întrebări compacte și înlănțuite, conversația catehetică folosește întrebări independente; întrebarea împreună cu răspunsul aferent reprezintă un sistem unitar, fără legătură cu întrebările anterioare.
O altă deosebire majoră între conversația catehetică și conversația euristică se referă la sfera de cuprindere a conținuturilor; conversația examinatoare nu trebuie să atingă toate aspectele conținutului vizat, întrebările fiind adesea de tip sondaj.
Cu toate că rolul principal al metodei este acela de examinare a elevilor, conversația catehetică poate avea și rol în asimilarea cunoștințelor dacă este utilizată în următoarele împrejurări:
înainte de predarea unui teme noi, moment în care utilizarea ei ajută profesorul să identifice nivelul de cunoaștere al elevilor și să stabilească nivelul la care trebuie făcută predarea;
în secvența de transmitere a noilor conținuturi, realizată prin întrebări de sondaj;
la finalul lecției pentru a ajuta profesorul să identifice gradul de înțelegere a noțiunilor transmise pe care l-au atins elevii;
în cadrul unei ore de consolidare a cunoștințelor transmise, pentru evidențierea aspectelor esențiale ale materialului predat (întrebări recapitulative).
Utilizarea conversației catehetice nu este indicată în cazul unor elevi cu deficiențe, deoarece este una dintre metodele care promovează memorarea mecanică, de scurtă durată, a conținuturilor transmise și estompează participarea activă și conștientă a elevului la procesul de predare – învățare.
5.3.3. Conversația în actualitate
Cunoscută și sub denumirea de ”conversație dezbatere”, această metodă constă într-o conversație multidirecțională care, în opinia lui Leroy și Cerghit, este într-adevăr activă și nu scindează cunoașterea într-o mulțime de fragmente cu întrebările aferente, întrebări la care elevii răspund așa cum au fost ”programați” de către profesorul care mimează un dialog.
Eficiența aplicării conversației în actualitate este condiționată de anumite norme impuse atât elevilor cât și cadrelor didactice care utilizează această metodă.
Printre condițiile pe care trebuie să le îndeplinească elevii se numără:
să cunoască informația implicată în conversație;
să aibă capacitatea de a dezbate anumite probleme;
să aibă capacitatea de a înțelege și puncte de vedere diferite de cele personale.
Printre condițiile pe care trebuie să le îndeplinească elevii se numără:
să asigure un climat optim având în vedere coeziunea grupului de elevi;
să dea fiecărui elev posibilitatea de a-și exprima părerea;
să realizeze o bună organizare spațială a clasei de elevi (elevii trebuie să se poată privi direct pe tot parcursul dezbaterii; amplasarea acestora pe rânduri, unul în spatele celuilalt, nu este recomandată pentru această metodă);
să-și asume doar rolul de moderator, renunțând să inducă clasei părerea proprie;
să aloce un interval de timp corespunzător în cadrul scenariului didactic, astfel încât să poată fi tratate toate aspectele și fiecare participant să beneficieze de timpul necesar.
CAPITOLUL 6. CERCETARE PRIVIND AVANTAJELE UTILIZĂRII METODELOR MODERNE ÎN STUDIUL SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATĂ
6.1. Scopul cercetării și metodele folosite
Cercetarea are ca scop determinarea, folosind activitățile desfășurate în cadrul orelor de curs la Modulul I – Sisteme de transmitere a mișcării, de la clasa a XI-a, a avantajelor oferite de aplicarea metodelor moderne, atât din punctul de vedere al cadrelor didactice, cât și din punctul de vedere al elevilor de la liceul tehnologic.
Problematica cercetării este constituită din:
– realizarea fundamentării științifice a activității;
– verificarea ipotezei cercetării prin metodele de cercetare științifice;
– valorificarea rezultatelor obținute în urma activității de cercetare.
Pentru realizarea acestora au fost parcurse următoarele etape:
a) formularea ipotezei de lucru;
b) documentarea prin studierea materialelor legate de tema de cercetare existente în literatura de specialitate;
c) alcătuirea planului activităților și stabilirea etapelor de lucru;
d) alegerea metodelor și mijloacelor;
e) stabilirea eșantioanelor și a locului de desfășurare a orelor de curs;
f) planificarea activităților efectuate în cadrul orelor de curs;
g) înregistrarea rezultatelor obținute înaintea și după efectuarea experimentului;
h) prelucrarea statistico-matematică a rezultatelor obținute;
i) întocmirea tabelelor și a graficelor folosind valorile obținute;
j) analiza și interpretarea datelor obținute în urma desfășurării cercetării;
kl) formularea concluziilor și a propunerilor;
l) redactarea, prezentarea și valorificarea lucrării.
În realizarea cercetării s-au folosit următoarele metode:
► metoda studiului bibliografiei de specialitate prin care am realizat fundamentarea teoretică a acestei lucrări și cu ajutorul am clarificat nelămuririle apărute pe parcursul desfășurării cercetării;
► metoda observației pe care am aplicat-o pe toată perioada cercetării; rezultatele constatate le-am consemnat în fișele de observație care m-au ajutat la realizarea analizei SWOT și la formularea concluziilor;
► metoda experimentului care a reprezentat baza de argumentare a ipotezei acestei cercetări;
► metoda statistico-matematică, prin folosirea statisticii descriptive, a permis analiza și compararea rezultatelor obținute la testările inițiale și finale a grupelor experimentale și de control pe parcursul desfășurării studiului;
► metoda grafică de prezentare a datelor permite vizualizarea rapidă și evidentă a diferențelor dintre rezultatele obținute de cele două clase supuse cercetării.
6.2. Designul cercetării
6.2.1. ipoteza de lucru: în prezenta cercetare am pornit de la ipoteza că, dacă în cadrul orelor de la Modulul I – Sisteme de transmitere a mișcării, folosesc metode de predare centrate pe elev (metoda aleasă ca exemplu este ”Mozaicul”), atunci eficiența studiului sistemelor de reglare automată va crește.
6.2.2. obiectivul principal al cercetării a fost acela de a demonstra că prin utilizarea metodelor de predare – învățare – evaluare centrate pe elev în desfășurarea activității didactice la clasa a XI-a voi asigura însușirea și consolidarea mai rapidă a cunoștințelor legate de sistemele de reglare automată și creșterea capacității de utilizare a noțiunilor specifice automaticii.
obiective secundare:
analizarea rolului pe care îl au metodele centrate pe elev în asimilarea profunda a cunoștințelor specifice Modulului I – Sisteme de transmitere a mișcării – și în crearea unui climat propice și a unei atmosfere degajate pe parcursul orelor de curs de la acest modul de specialitate;
dezvoltarea interesului pentru cunoaștere în rândul elevilor prin sarcini de lucru adecvate particularităților de vârstă și de personalitate a elevilor, sarcini carea asigură participarea activă a tuturor elevilor;
cultivarea interesului pentru studiul modulelor de specialitate.
6.2.3. LOCUL DE DESFĂȘURARE A CERCETĂRII. PERIOADA ȘI EȘANTIONUL DE SUBIECȚI
Experimentul s-a desfășurat la Liceul Tehnologic de Electrotehnică și Telecomunicații din Constanța, unde funcționează șase clase pe filieră tehnologică (clasa a XI-a), care studiază module de specialitate din aria de acoperire a mecanicii (M1 – Sisteme de transmitere a mișcării; M7 – Asamblări mecanice;).
Cercetarea se referă la clasa a XI-a C și la clasa a XI-a E, ambele fiind în domeniul electronică – autromatizări, cu efective de câte 28 de elevi fiecare.
În cadrul orelor de teorie și de laborator tehnologic desfășurate săptămânal, la clasa a XI-a C s-au folosit metode activ – participative de predare (exemplul cuprins de această lucrare este ”Mozaicul”), iar la clasa a XI-a E s-au folosit metode tradiționale de predare – învățare, respectiv expunerea didactică și conversația.
Este important să menționăm faptul că nici un elev din cele două clase nu este membru cercurile de specialitate organizate la nivelul municipiului Constanța și că numărul de ore de teorie și de laborator este același pentru ambele clase.
Studiul comparativ s-a desfășurat pe toată durata predării unității de învățare ”Transmisii cu roți dințate”, în anul școlar 2017 – 2018.
6.2.4. Desfășurarea cercetării
În conformitate cu programele specifice disciplinelor tehnologice și cu planificările calendaristice realizate la începutul anului școlar, la ambele clase am parcurs aceleași conținuturi în același interval de timp.
La începutul studiului comparativ am fost aplicate teste inițiale, iar media clasei a fost 7,11 pentru clasa a XI-a C și 7.00 pentru clasa a XI-a E, fapt ce denotă că nivelul cunoștințelor la acel moment a fost aproape egal.
Pe parcursul orelor alocate unității de învățare ”Transmisii cu roți dințate” pentru elevii clasei a XI-a C am utilizat, pentru a studia schemele transmisiilor și angrenajelor cu roți dințate și pentru a înțelege rolul și funcționarea acestora, metode centrate pe elev precum: mozaicul.
Pe parcursul aceluiași interval de timp, pentru elevii clasei a XI-a E am desfășurat orele de teorie si de laborator tehnologic în manieră clasică; am prezentat aceealeași scheme funcționale și aceleași tipuri constructive, folosind reprezentări grafice și scheme realizate pe tablă, folosind metode clasice de predare precum expunerea și conversația.
La sfârșitul perioadei de studiu, am aplicat teste de evaluare finală la ambele clase cuprinse în cercetare, iar media clasei a fost 8,53 pentru clasa a XI-a C și 7,30 pentru clasa a XI-a E, fapt ce denotă că la clasa a XI-a C s-a înregistrat un progres mai mare decât la clasa a XI-a E, demonstrând a aprofundare mai bună a conținuturilor transmise în cazul clasei a XI-a C.
Partea finală a cercetării se concretizează într-o analiză comparativă a rezultatelor obținute la testele finale la două clase și o analiză comparativă a rezultatelor obținute la testele inițiale și la testele finale pentru fiecare clasă în parte și pentru fiecare elev în parte, analize pe baza cărora am putut stabili atât progresul înregistrat la nivelul claselor, cât și progresul înregistrat la nivelul fiecărui elev din clasele cuprinse în cercetare.
Aplicarea metodei mozaicului la clasa a XI-a C
LICEUL DE ELECTROTEHNICĂ ȘI TELECOMUNICAȚII CONSTANȚA
PROFESOR: ing. PÂNTRJEL LAURA CAMELIA
PROIECT DIDACTIC
Data: 12.03.2018
Clasa: a XI- a C
Disciplina: M1 – Sisteme de transmitere a mișcării
Unitatea de învățare: Transmisii mecanice
Subiectul lecției: Transmisii cu roți dințate
Durata: 50 min
Tipul lecției: Mixtă
Scopul lecției: Verificarea și asimilarea de noi cunoștințe
OBIECTIVE SPECIFICE
Analizează rolul funcțional al organelor de mașini din cadrul transmisiilor mecanice;
Coordonează lucrări de montaj pentru organe de mașini și mecanisme;
Execută lucrări de reglare și întreținere ale transmisiilor mecanice.
OBIECTIVE VIZATE
să definească corect mecanismul cu roți dințate, angrenajul și angrenarea;
să specifice avantajele și dezavantajele utilizării angrenajelor;
să clasifice angrenajele după diverse criterii;
să recunoască pe scheme și modele obiectuale diferitele tipuri de angrenaje și roți dințate;
să indice materialele din care sunt confecționate roțile dințate;
să precizeze care sunt elementele geometrice ale unui angrenaj și formulele de calcul ale acestora.
STRATEGII DIDACTICE
a) Metode și procedee:
Metoda dominantă: Mozaicul
Metode subordonate: Conversația euristică;
Observarea sistematică;
Autoevaluarea.
b) Resurse materiale: Fișe de documentare;
Fișe de lucru
Prezentări Power – Point
Test de autoevaluare
Videoproiector
Laptop
FORME DE ORGANIZARE
– frontal;
– pe grupe de elevi.
BIBLIOGRAFIE:
„Sisteme de transmitere a mișcării” – auxiliar curricular
“Organe de mașini și mecanisme” – manual pentru licee industriale, V.Drobotă, M.Atanasiu
“Sisteme de transmitere a mișcării” – manual pentru clasa a XI-a, Aurel Ciocîrlea-Vasilescu, Mariana Constantin.
SCENARIU DIDACTIC
SUBIECTUL LECȚIEI: Structura și clasificarea elementelor de execuție
REACTUALIZAREA CUNOȘTINȚELOR
În coloana A sunt date tipuri de transmisii mecanice și în coloana B sunt date avantaje ale acestora. Stabilește corespondența între elementele celor două coloane:
Identificați transmisiile reprezentate în figura de mai jos:
FIȘA DE DOCUMENTARE
GRUPA DE EXPERȚI 1
Definiții
Transmisiile prin roți dințate sunt angrenaje care transmit momentul și mișcarea de rotație între doi arbori.
Angrenajul este mecanismul format dintr-o pereche de elemente profilate numite roți dințate.
Un angrenaj este constituit din:
roată dințată conducătoare;
roată dințată condusă;
arbore conducător;
arbore condus.
Angrenarea este procesul prin care două roți dințate își transmit reciproc mișcarea, prin acțiunea dinților aflați succesiv în contact.
Angrenajele pot fi : cu roți dințate cilindrice; cu roți dințate conice; melc-roată melcată.
a) b) c)
Diverse tipuri de angrenaje:
– angrenaj melc-roată melcată;b) – angrenaj conic; c) – angrenaj cilindric
Materiale folosite pentru confecționarea roților dințate:
Oțeluri
oțeluri carbon de calitate pentru cementare și îmbunătățire;
oțeluri aliate pentru construcția de mașini ;
oțel carbon turnat în piese ;
oțel aliat turnat în piese.
Fonte: fonta maleabilă ; fonta cu grafit nodular ; fonta antifricțiune.
Aliaje neferoase: alamă; bronz.
Materiale nemetalice: textolit; bachelită; poliamide; diferite sortimente de materiale plastice.
Domenii de utilizare
FIȘA DE LUCRU
GRUPA DE EXPERȚI 1
FIȘA DE DOCUMENTARE
GRUPA DE EXPERȚI 2
Clasificarea angrenajelor
Dupa poziția relativă a arborilor, angrenajele se clasifică astfel :
I. Angrenaje paralele:
cu dantură exterioară : a – cu dinți drepți; b – cu dinți înclinați; c – cu dinți în V;
cu dantură interioară: d – cu dinți drepți:
II. Angrenaje cu arbori concurenți:
conice : a – cu dinți drepți; b – cu dinți curbi.
III. Angrenaje cu arbori neconcurenți: c – cu dinți drepți (pinion – cremalieră); d – cu dinți înclinați (melc – roată melcată).
FIȘA DE LUCRU
GRUPA DE EXPERȚI 2
FIȘA DE DOCUMENTARE
GRUPA DE EXPERȚI 3
Elementele geometrice ale unui angrenaj
De-diametrul cercului exterior;
Di-diametrul cercului interior;
Db-diametrul cercului da bază;
Dr-diametrul cercului de rulare(rostogolire);
p-pasul(pasul circular);
m-modulul(pasul diametral);
h-înălțimea dintelui;
a- înălțimea capului dintelui;
b- înălțimea piciorului dintelui;
sd-grosimea dintelui;
sg-grosimea golului dintre dinți
Inălțimea dinților, h, este limitată spre vârf de cercul exterior cu raza Re > Rb, iar în interior, de cercul interior Ri < Rb. Diferența Rb – Ri = c se numește joc de fund. El este necesar pentru ca vârful dinților unei roți să nu atingă roata pereche din zona diametrului interior dintre dinți, spre a nu bloca angrenajul.
FIȘA DE LUCRU
GRUPA DE EXPERȚI 3
FIȘA DE DOCUMENTARE
GRUPA DE EXPERȚI 4
Elemente de cinematica angrenajelor
Relații de calcul
raportul de transmisie: i12 = ω1/ ω2 = n1 / n2 =Dd2 / Dd1 = z2 / z1 = constant.
Un angrenaj de roți dințate cilindrice poate realiza un raport de transmitere i < 10, iar unul cu roți conice un raport i ≤ 4…6.
înălțimea dintelui: h=a+b
modulul: m = p / π = Dd / z
a=m
b=1,25m
c=0,25m
h=2,25m
diametrul cercului exterior: De=m(z+2)
diametrul cercului interior: Di=m(z-2,5)
diametrul cercului de bază: Db=m(z-2)
diametrul cercului de rulare:Dr=mz
distanța între axe:
Pasul circular p se obține prin măsurarea lungimii arcului pe cercul de rostogolire între flancurile de același sens a doi dinți alăturați.
p = π.Dr / z , unde z = numărul de dinți
Modulul m, numit și pas diametral, și numărul de dinți z al fiecărei roți dințate sunt parametrii de bază în calculul mecanismelor cu roți dințate.
FIȘA DE LUCRU
GRUPA DE EXPERȚI 4
; Dr=mz ;
De=m(z+2) ; Di=m(z-2,5) ; Db=m(z-2) ;
ASIGURAREA FEEDBACK-ULUI
Intrebări recapitulative
In figura de mai jos s-a reprezentat …………………………………
Alegeți răspunsul corect:
1.După poziția danturii, roțile dințate sunt: a) cilindrice; b) cu dantură exterioară; c) cu dantură interioară;.
2.După forma suprafeței de înfășurare, roțile dințate sunt: a) conice; b) cilindrice; c) evolventice.
Asociati ,in mod corespunzator, enunturile din coloana A cu precizarile din coloana B:
Aplicarea metodelor tradiționale la clasa a XI-a E
LICEUL DE ELECTROTEHNICĂ ȘI TELECOMUNICAȚII CONSTANȚA
PROFESOR: ing. Pantrjel Laura Camelia
PROIECT DIDACTIC
Data: 15.03.2018
Clasa: a XI- a E
Disciplina: M1 – Sisteme de transmitere a mișcării
Unitatea de învățare: Transmisii mecanice
Subiectul lecției: Transmisii cu roți dințate
Durata: 50 min
Tipul lecției: Mixtă
Scopul lecției: Verificarea și asimilarea de noi cunoștințe
OBIECTIVE SPECIFICE
Analizează rolul funcțional al organelor de mașini din cadrul transmisiilor mecanice;
Coordonează lucrări de montaj pentru organe de mașini și mecanisme;
Execută lucrări de reglare și întreținere ale transmisiilor mecanice.
OBIECTIVE VIZATE
sa defineasca corect mecanismul cu roti dintate, angrenajul si angrenarea;
sa specifice avantajele si dezavantajele utilizarii rotilor dintate;
sa clasifice angrenajele cu roti dintate dupa diverse criterii;
sa recunoasca pe scheme si modele obiectuale diferitele tipuri de angrenaje si roti dintate;
sa indice materialele din care sunt confectionate rotile dintate;
sa precizeze care sunt elementele geometrice ale unui angrenaj si formulele de calcul ale acestora
STRATEGII DIDACTICE
a)Metode și procedee:
Metoda dominantă: Expunerea
Metode subordonate: Conversația euristică;
Conversația catehetică;
Explicația.
b) Resurse materiale: Tabla;
Caiete.
FORME DE ORGANIZARE – frontal;
BIBLIOGRAFIE:
„Sisteme de transmitere a mișcării” – auxiliar curricular
“Organe de mașini și mecanisme” – manual pentru licee industriale, V.Drobotă, M.Atanasiu
“Sisteme de transmitere a mișcării” – manual pentru clasa a XI-a, Aurel Ciocîrlea-Vasilescu, Mariana Constantin
SCENARIU DIDACTIC
SUBIECTUL LECȚIEI: Structura și clasificarea elementelor de execuție
6.3. ANALIZA ȘI INTERPRETAREA REZULTATELOR
CERCETĂRII
Analiza rezultatelor obținute în urma desfășurării cercetării, am efectuat – o separat, pentru fiecare test și grup de subiecți în parte, prin compararea valorilor medii obținute la testările inițiale și finale.
În acest scop am întocmit tabele în care au fost introduse datele cu rezultatele obținute la fiecare probă, calculându-se diferența rezultatelor înregistrate la testările inițiale și finale.
Rezultatele obținute de elevii clasei a XI-a C la testarea inițială și la cea finală sunt prezentate în tabelul 5 și în tabelul 6:
Tabelul 1 – Rezultate test inițial clasa Tabelul 2 – Rezultate test final clasa
a XI-a C a XI-a C
Media clasei test inițial = 7,11
Media clasei test final = 8,53
Progres obținut = media clasei test final – media clasei test inițial = 8,53 – 7,11 = 1,42 puncte.
Rezultatele obținute de elevii clasei a XI-a E la testarea inițială și la cea finală sunt prezentate în tabelul 7 și în tabelul 8:
Tabelul 3 – Rezultate test inițial clasa Tabelul 4 – Rezultate test final clasa
a XI-a C a XI-a C
Media clasei test inițial = 7,00
Media clasei test final = 7,30
Progres obținut = media clasei test final – media clasei test inițial = 7,30 – 7,00 = 0,30 puncte.
Am început realizarea comparației rezultatelor obținute la clasa a XI-a C, iar apoi cele realizate cu clasa a XI-a E, pentru a evidenția în ce măsură diferențele dintre valorile obținute sunt semnificative.
Media clasei a XI-a C la testul final a fost 8,53, înregistrându-se un progres de 1,42 puncte, iar media clasei a XI-a E la testul final a fost 7,30, înregistrându-se un progres de 0,30 puncte.
Pentru a putea observa și mai clar progresul înregistrat de fiecare clasă de la momentul testului inițial până la momentul testului final, am realizat reprezentări grafice pentru ambele clase separat.
Fig. 6.1. – Reprezentarea grafică a rezultatelor testelor inițiale și finale aplicate la clasa a XI-a C
Fig. 6.2. – Reprezentarea grafică a rezultatelor testelor inițiale și finale aplicate la clasa a XI-a E
În urma analizei efectuate asupra rezultatelor, am ajuns la concluzia că elevii clasei a XI-a C, care au beneficiat de ore în care am utilizat metode de predare – învățare – evaluare centrate pe elev au reușit să asimileze mult mai repede și mai profund noțiunile specifice domeniului.
Interesul manifestat de acești elevi pentru studiul sistemelor de reglare automată este mult mai mare, în comparație cu cel manifestat de elevii care au studiat în maniera tradițională, motivația primilor fiind argumentată prin caracterul interactiv al metodelor utilizate, prin dorința de a descoperi informații suplimentare în urma propriilor căutări și prin satisfacția simțită în momentul în care și-au asumat decizii în conformitate cu rolul avut de fiecare în cadrul grupelor de lucru.
Interesul elevilor de la clasa a XI-a C se poate vedea și în reprezentările grafice pe care le-am făcut pentru a evidenția progresul individual al fiecărui elev al clasei.
Fig. 6.3. – Reprezentarea grafică a progresului individual înregistrat de elevii clasei a XI-a C
Analiza comparativă efectuată asupra rezultatelor obținute la testul inițial și la testul final de către elevii clasei a XI-a E, la care am utilizat metode tradiționale de predare – învățare – evaluare, au înregistrat un progres mic, fapt ce demonstrează că aceștia nu au reușit să asimileze într-un interval temporal optim și la un nivel de profunzime satisfăcător noțiunile referitoare la elementele de execuție din cadrul sistemelor de reglare automată.
Elevii au dat dovadă de automatism în memorarea noțiunilor transmise, fapt ce a dus la reținerea superficială a acestora pentru o perioadă scurtă de timp. Totodată, metodele de predare tradiționale nu au facilitat nici crearea unei atmosfere relaxate pe parcursul orelor de curs, nici dezvoltarea unor relații de colaborare și cooperare în cadrul colectivului clasei, sau între elevi și cadrul didactic.
Datorită caracterului interactiv foarte scăzut al metodelor de predare și a faptului că elevii au fost simpli receptori de informație, nefiind direct implicați în activitatea de predare – evaluare, am observat pe parcursul cercetării o scădere a interesului manifestat de aceștia față de noțiunile transmise, lucru observabil și în reprezentările grafice pe care le-am făcut pentru a evidenția progresul individual al fiecărui elev al clasei.
Fig.6.4. – Reprezentarea grafică a progresului individual înregistrat de elevii clasei a XI-E
Pe baza statisticilor și rezultatelor cercetării efectuate am realizat analiza SWOT următoare:
analiză SWOT a influenței metodelor centrate pe elev în predarea sistemelor de automatizare
6.4. Concluzii
Ca urmare a studierii materialului bibliografic și a interpretării rezultatelor obținute în urma experimentului realizat, am ajuns la concluzia că ipoteza de la care am pornit această cercetare este corectă; utilizarea metodelor centrate pe elev în cadrul orelor alocate modulelor de specialitate are ca rezultat dezvoltarea unor unor capacități și deprinderi specifice disciplinelor tehnice, contribuind în aceeași măsură la formarea personalității elevului de astăzi și a adultului de mâine.
Tehnologiile IT moderne și metodele active de învățare sunt implicate din ce în ce mai mult în actul învățării, fapt care face ca educația să fie centrată pe elevi și grupuri de elevi, astfel încât procesele educaționale să capete noi conotații.
Cu o istorie relativ veche, utilizarea noilor tehnologii și a metodelor activ –participative de predare – învățare – evaluare nu este implementată încă la valoarea ei reală, în procesul instructiv educativ din România
► În urma comparării activităților celor două eșantioane, observăm că facilitățile oferite de metodele moderne clasei a XI-a C au contribuit într-o măsură mai mare la asimilarea noilor cunoștințe decât metodele tradiționale de care au beneficiat elevii clasei a XI-a E;
► Organizarea orelor cu ajutorul calculatorlui și al unor materiale didactice diferite de cele din predarea clasică, stimulează curiozitatea elevului și dorința acestuia de a descoperi lucruri noi, ducând în final la dezvoltarea creativității și la creșterea puterii de asimilare, la care, dacă mai adăugăm și relaționarea în cadrul grupului de lucru, obținem premisele favorabile care ne pot dirija spre un randament crescut alături de o modelare corespunzătoare a personalității elevului.
Aportul personal adus la realizarea prezentei lucrări constă în:
consultarea și sistematizarea materialelor bibliografice;
conceperea proiectelor didactice și a materialelor didactice utilizate;
prezentarea desfășurării unor ore de curs în care am aplicat metoda proiectului la clasa a XII-a;
realizarea unei cercetări privind avantajele utilizării metodelor moderne în studiul SRA;
interpretarea rezultatelor cercetării și reprezentarea grafică a acestora;
efectuarea analizei finale.
În perspectiva cultivării și menținerii dorinței de utilizare a metodelor moderne, centrate pe elev, îmi propun să susțin ore demonstrative la care să participe mai multe clase de elevi din liceul nostru împreună cu cadre didactice de specialitate și să organizăm concursuri tematice în cadrul cărora să nominalizăm echipele de elevi cu cele mai bune proiecte realizate în decursul unui an școlar.
BIBLIOGRAFIE
Gh. Frațilă, N. Chimu. – Evoluția automobilului. – București, Editura Tehnică,1971;
Șerban Bobancu – Angrenaje și transmisii mecanice – curs, Universitatea "Transilvania" din Brașov;
Vistrian Maties, Dan Mândru, Olimpiu Tatar, Radu Bălan, Calin Rusu, – Tehnologie și educație mecatronică – Editura Economică Preuniversitaria, 2002;
A.Ciocîrlea-Vasilescu, Mariana Constantin – Organe de mașini și mecanisme – Editua All Educational, București, 2002;
A.Ciocîrlea-Vasilescu, Mariana Constantin – Sisteme de transmitere a mișcării – manual pentru clasa a XI a, Editura CD Press, București,2007;
Ion Crîșmaru – Fișe de documentare – Modul 1”Sisteme de transmitere a mișcării” – clasa a XI a, 2011;
V.Drobotă, M.Atanasiu ș.a – Organe de mașini si mecanisme – manual pentru licee industriale, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1993;
Nicolae Dumitru , Gheorghe Nanu – Mecanisme și transmisii mecanice – Editura Didactică și Pedagogică, București 2008;
N.Tecușan, E.Ionescu – Tractoare și automobile – Editura Didactică și Pedagogică, București, 1982;
Andrei Tudor, Ioan Dan Filipoiu – Îndrumar pentru proiectare: “Proiectarea transmisiilor mecanice” ,1982;
D. Abăităncei – Motoare pentru automobile și tractoare – Vol. I, Editura Tehnică, București, 1980;.
Ladislau David – Note de curs: ”Tractoare și automobile”;
St. Năstăsoiu, S. Popescu – Tractoare – Editura Didactică și Pedagogică, București, 1983;
Tămășanu D, Moraru O – Îndrumar pentru lucrări practice la motoare și tractoare;
Gh. Nițescu – Mecanica tractoarelor – Editura Tehnică, 1973;
”Metodologie de organizare și desfășurare a examenului de certificare a calificării absolvenților învățământului liceal, filiera tehnologică”, Anexa 2, aprobată prin O.M. nr. 4330 / 2002;
I. Cerghit – Metode de învățământ – Editura Polirom, 2006;
Leroy, G. – Dialogul în educație – Editura Didactică și Pedagogică, București, 1974;
Cucoș C. – Pedagogie – Editura Polirom, București, 2006;
M. Ionescu, M. Bocoș – Cercetarea pedagogică și inovația în învățământ, în "Pedagogie. Suporturi pentru formarea profesorilor" – Editura Presa Universitară Clujeană, Cluj-Napoca, 2001;
M. Ionescu, V. Chiș – Pedagogie. Suporturi pentru pregătirea profesorilor – Editura Presa Universitară Clujeană, Cluj-Napoca, 2001;
D. Todoran – Metodele de învățământ – Editura Didactică și Pedagogică, București 1964;
C. Moise – Metode de învățământ în, ”Psihopedagogia pentru examenele de definitivare și grade didactice (coord. C. Cucoș)” – Editura Polirom, Iași, 1998;
I. Cerghit, I. Neacșu, O.I. Pânișoara, I. Negreț-Dobridor – Prelegeri pedagogice – Editura Polirom, Iasi, 2001;
I. Nicola – Tratat de pedagogie școlară – Editura Didactică și Pedagogică Regia Autonomă , București, 1996;
http://www.autosaga.ro/lectia-auto/cutia-de-viteze-robotizata-dsg.html
http://www.e-automobile.ro/categorie-transmisii/148-cutie-viteze-transmisie-automata.html
http://www.referatele.com/diverse/CUTIA-DE-VITEZE922.php
http://www.e-automobile.ro/categorie-transmisii/16-cutie-viteze-manuala-automobile.html
http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/CUTIA-DE-VITEZE91514.php
http://tractorz.blogspot.ro/2012/05/power-shuttle-gearbox.html
http://tractorgearbox.com/gearbox_assembly_mf_3060_3065.html
http://ecoursesonline.iasri.res.in/mod/page/view.php?id=126186
http://www.mogi.bme.hu/TAMOP/jarmurendszerek_iranyitasa_angol/ch07.html
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:John_Deere_3350_tractor_cut_transmission.JPG
ANEXE
Anexa 1
CONSTRUCȚIA ȘI FUNCȚIONAREA UNEI CUTII DE VITEZE ÎN TREPTE
Anexa 2
Anexa 3
Anexa 4
Anexa 5
Anexa 6
Anexa 7
Anexa 8
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Cutii de viteze ale tractoarelor şi automobilelor metode de activizare a elevilor în procesul de predare învăţare – evaluare a sistemelor de… [306760] (ID: 306760)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.
