Ing. Costel – Daniel LUNCAȘU [305389]

Universitatea “Dunărea de Jos” din Galați

Facultatea de Inginerie

Specializarea: Modelare și Simulare în Ingineria Mecanică

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Proiectarea angrenajelor unei transmisii auto

Coordonator științific:

Conf. dr. ing. Constantin SPÂNU

Absolvent: [anonimizat]. Costel – Daniel LUNCAȘU

Galați

2018

REZUMAT

În lucrare s-[anonimizat] a unui vehicul. S-au evidențiat diferențiale și tipurile constructive ale acestora.

S-[anonimizat]-[anonimizat], tehnologia de execuție.

O atenție specială s-a [anonimizat], cea eloidă.

[anonimizat]:[anonimizat], utilizat la construcția diferențialului. S-a [anonimizat]. Pentru toate acestea s-a folosit programul MATCHAD. Pentru verificarea calculelor s-au realizat desenele de execuție ale roților proiectate

CUPRINS

Cap. 1. Generalități despre transmisia unui vehicul…..……..…………….………….….5

1.1. Generalități despre vehicule rutiere………………………………………………………..5

1.2. Componentele punții motoare………………………………………………………………10

1.3. Necesitatea diferențialului ca mecanism al punții motoare………………………12

1.4. Modul de funcționare al unui diferențial……………………………………………….13

1.5. Tipuri de diferențiale………………………………………………………………………….15

1.5.1. Diferențialele autoblocante ………………………………………………………15

1.5.2. Diferențiale cu alunecare limitată – L.S.D…………………………………..16

1.5.3. Diferențialul autoblocant cu lamele …………………………………………..16

1.5.4. Diferențialul Torsen…………………………………………………………………16

1.5.5. Diferențialul blocabile………………………………………………………………17

Cap. 2. Tipuri de roți dințate folosite la transmisia vehiculelor rutiere……………………19

2.1. Tipuri de roți dințate folosite la transmisia vehiculelor …………………………..19

2.2. Clasificarea angrenajelor…………………………………………………………………….20

2.3. Caracterizarea roților dințate conice după forma dinților…………………..21

2.4. Clasificarea roților conice după înălțimea dinților……….…..…………….23

2.5. Domeniile de utilizare a angrenajelor conice………………………………23

2.6. Angrenaje melcate…………………………………..…………….….24

2.7. Materiale utilizate la construcția diferențialului auto (roți dințate)…..24

2.8. Angrenaje hipoide…………………………………………………………..25

2.9. Geometria angrenajelor hipoide……………………………………………27

2.9.1 Particularități geometrice și cinematice ale angrenajelor hipoide……27

2.9.2 Particularități la prelucrarea angrenajelor hipoide……………….….27

2.10. Proiectarea angrenajelor hipoide…………………………………….28

Cap. 3. Calculul transmisiei principale a unui autocamion …………………………………..30

3.1. Calculul angrenajului hipoid cu dantura eloidă…………………….….…30

3.1.1. Date inițiale………………….…………………………..……….…30

3.1.2. Calcule dinamice și cinematice………………………………………………….39

3.1.3. Elementele geometrice ale rotilor angrenajului……………………………39

3.1.4. Calculul distanțelor de asezare a roților………………………………………44

3.1.5. Calculul angrenajului cilindric înlocuitor……………………………………45

3.2. Calculul angrenajului cilindric cu dinți înclinați…………………………………….48

3.2.1. Date ințiale……………………………………………………………………………..48

3.2.2. Calcule dinamice și cinematice………………………………………………….48

3.2.3. Calculul modulului normal……………………………………………………….52

3.2.4. Calculul elementelor principale ale angrenajului…………………………55

3.2.5. Calculul forțelor din angrenare………………………………………………….57

3.2.6. Verificarea angrenajului……………………………………………………………57

3.3.Calculul angrenajului conic cu dinți drepți component al diferențialului……65

3.3.1. Date ințiale……………………………………………………………………………..65

3.3.2. Calcule dinamice și cinematice………………………………………………….65

3.3.3. Calculul roților conice cu dinți drepți ale diferențialului……………….67

3.3.4.Calculul diametrului minim necesar dm1 min………………………………67

3.3.5.Calculul modulului median minim……………………………………………..69

3.3.6. Calculul elementelor geometrice ale angrenajului………………………..71

Cap.4.Concluzii………………………………………………………………………………………………76

Bibliografie……………………………………………………………………………………………………..77

Anexe……………………………………………………………………………………………………………..78

Cap.1 Generalități despre transmisia unui vehicul rutier

1.1 Generalitați despre vehicule rutiere

Vehiculul este un mijloc de transport, cu sau fără autopropulsie destinat mișcării pe o cale de comunicație, subterană, acvatică, aeriană și cosmică.[9]

Vehiculele se clasifică după următoarele criterii principale:

destinație (felul transportului); vehicule pentru transportul persoanelor

vehicule pentru transportul mărfurilor

vehicule speciale

particularități constructive (tipul motorului, tipul transmisiei, tipul propulsiei);

după tipul motorului

după tipul transmisiei

după tipul propulsiei

numărul punților

vehicule cu doua punți

vehicule cu trei punți

vehicule cu patru punți

Capacitatea de trecere a unui automobil este calitatea acestuia de a se putea deplasa pe drumuri neamenajate, în teren natural fără drum si de a putea trece peste obstacole de anumite mărimi.[1]

normală: 2×4 (destinate pentru deplasarea pe drumuri bune)

mare: 4×4, 4×6, 6×6; 8×8 (destinate pentru deplasarea pe drumuri de orice categorie, numite și vehicule de teren)

Camionul, este un autovehicul de dimensiuni mari, prevăzut cu platformă sau cu benă, folosit în a transporta materiale, de mărfuri etc. în greutate de peste două tone.

Camionul (fig.1.2) este un vehicul apt să transporte mărfuri, autonom, și diferă de alte vehicule destinate transporului rutier de mărfuri prin faptul că are motricitate proprie.

Pentru a servi scopului său, transferul rutier de mărfuri, camionul este dotat cu remorci sau semiremorci, mai mari sau mici, platforme deschise, acoperite cu prelată sau dube închise, în unele cazuri având atașate diverse echipamente de lucru, cum ar fi macarale, încărcătoare, etc pentru a facilita operațiunile de încărcare – descărcare.

Clasificarea camioanelor in funcție de dimensiune este împartită astfel:

Camion ușor, sunt camioane care au masa maxima autorizată de până la 3,5 tone

Camion mediu, au masa autorizată pană la 20 de tone (fig. 1.3.)

Camion cu gabarit depășit (heavy duty)

Compunerea vehiculului

Părțile principale ale oricărui vehicul sunt motorul, șasiul, caroseria și partea electrică

Motorul este sistemul fizic de generare a energiei mecanice care pune în mișcare sistemul de transmisie al vehiculului. Un motor este alcătuit din două părți: mecanismul motor și instalațiile auxiliare.

Transmisia care asigură mișcarea de la motor la sistemul de rulare, susținând o corelare între regimul de deplasare a vehiculului și regimul de funcționare a motorului.

Transmisia este alcătuită din:

Ambreiajul, (fig.1.4) el transmite momentul motor de la arborele cotit la cutia de viteze, el este intercalat între motor [9] și cutia de viteze și permite cuplarea progresivă a motorului la celelalte organe ale transmisiei.

În afara condițiilor impuse ambreiajului în diversele faze de funcționare, acesta trebuie sămai îndeplinească următoarele: momentul de inerție al părții conduse, solidare la rotație cu arborele primar al cutiei de viteze, să fie cât mai mic, un moment mare prelungind durata de egalizare a vitezelor unghiulare [1] ale roților dințate ce urmeazăa fi cuplate; pe toată durata de funcționare, parametrii de bază să varieze cât mai puțin, eventualele reglaje impuse de corectarea parametrilor urmând să se mențină timp îndelungat; să aibă o durată de serviciu și o rezistență la uzură cât mai mari; să aibă dimensiuni geometrice și mase cât mai reduse; să confere siguranță în funcționare printr-o construcție simplă și ieftină.[1]

Ambreiajele mecanice întâlnite în construcția de vehicule sunt acele ambreiajele cu arcuri.

Cutia de viteză, (fig.1.5) face parte dintre componentele principale ale sistemului de transmisie. Ea are rolul de a modifica forța de tracțiune a vehicului în funcție de mărimea rezistenței la înaintare.

Funcționalitatea principala a cutiei de viteză este posibilitatea varierii vitezei de deplasare și schimbarea sensului acesteia în timpul funcționării.

Cutia de viteză îndeplinește următoarele funcții:

schimbarea raportului de transmitere fiind funcția principală a cutiei de viteză;

inversor al sensului de mers al vehiculului, cuprinde elemente a căror dispunere permite, când este necesară inversarea sensului de rotație a arborelui de ieșire;

decupleazămotorul termic de roțile motoare (punct mort);

optimizarea funcționarii motorului pentru creșterea economicității si fiabilității;

Din punct de vedere constructiv, cutiile de viteze se compun din mecanismul reductor, mecanismul de cuplare a treptelor și mecanismul de acționare.

Cutiile de viteze mecanice sunt cele mai răspândite la construcțiile actuale de vehicule. Modificarea raportului de transmitere se face prin intermediul unor angrenaje cu roți dințate (cutii de viteze în trepte), sau prin intermediul unor elemente de fricțiune (cutii de viteze continue).

Cutiile de viteze în trepte sunt alcătuite din lanțuri cinematice paralele, egale ca număr cu treptele de viteză si formate din reductoare cu roți dințate și axe fixe sau mobile (planetare). Reductoarele respective alcătuiesc mecanismul reductor al cutiilor de viteză.

După modul de acționare deosebim cutii de viteze cu acționare manuală (neautomate), cutii de viteze semiautomate și cutii de viteze automate.

Sistemul de acționare al cutiilor de viteze mecanice în trepte cu comandă manuală este un ansamblu de elemente mecanice dispuse între postul de conducere și mecanismele de cuplare ale treptelor, prin intermediul cărora conducătorul impune un anumit mod de funcționare pentru cutia de viteze.

Cutiilor de viteze li se impun o serie de cerințe constructive și economice cum ar fi:

Să aibă o construcție simplă și ușoară;

Să fie confecționate cu prețuride cost reduse;

Să aibă randament cât mai ridicat;

Să fie cât mai fiabile. [13]

Componentele punții motoare

Mecanismele punții motoare (transmisia principală, diferențialul și transmisiile la roțile motoare)

Transmisia principală conține toate mecanismele din punte care realizează o demultiplicare a rotației motorului.

Rolul transmisiei principale este de a mări momentul motor primit de la transmisia longitudinala și de a-l transmite prin intermediul diferențialului și a arborilor planetari roților motoare ce se rotesc in jurul unei axe dispuse sub un unghi de 90° față de axa longitudinala a vehiculului.[2]

După numărul angrenajelor se clasifică astfel:

transmisii principale simple, care se realizează printr-un singur angrenaj cu axe perpendiculare;

transmisii principale duble, care se realizează prin două angrenaje înseriate, unul cu axe perpendiculare iar cel de al doilea cu axe paralele;

transmisii complexe la care se realizează două rapoarte de transmitere;

La transmisiile principale simple și la primul angrenaj al transmisiilor principale duble sau complexe se utilizează angrenaje: cu roți dințate conice, hipoide sau melc-roată melcată. La celelalte angrenaje ale transmisiilor principale se utilizează roți dințate cilindrice cu axe fixe sau mobile.[2]

În fig. 1.6. este prezentată schema cinematică a unei transmisii principale simple cu roți dințate conice.

Transmisiile principale cu angrenaj melc-roată melcată sunt folosite in special la unele autobuze. In fig.1.7. este reprezentată construcția unei transmisii principale simple cu melcul 2 dispus deasupra roții melcate 1.[2]

Gabaritul redus și greutatea mică în cazul rapoartelor de transmitere sunt unele din principalele avantaje ale transmisiei principale cu angrenaj melc-roată melcată.

Dezavantajele transmisiei principale cu angrenaj melc-roată melcată sunt randamentul scăzut, ungerea deficitară și costurile ridicate de construcție.

La realizarea rapoartelor de transmitere mari care sunt necesare la autocamioanele de mare capacitate și autobuze, se face prin utilizarea transmisiilor principale duble. Dispunerea treptei a doua a transmisiei principale duble poate fi centrală într-un carter comun cu prima treaptă, sau separat sub forma unei transmisii finale la roțile motoare. (Fig. 1.8)

Necesitatea diferențialului ca mecanism al punții motoare

Diferențialul este un mecanism, înglobat în puntea motoare, care divizează fluxul puterii de autopropulsare primit de la transmisia principală în două ramuri (fig.1.9), transmise fiecare câte unei roți motoare, oferind totodată roților punții posibilitatea, ca în funcție de condițiile autopropulsării, să se rotească cu viteze unghiulare diferite.[1]

Mărimea fizică prin care se apreciază diferențialele din acest punct de vedere este frecarea internă. Pentru aprecierea frecării se utilizează “indicele frecării”, notat cu “S” și definit de relația:

S (1.1)

unde: este momentul de frecare din diferențial:

Mc este momentul primit de carcasa diferențialului de la elementele transmisiei din amonte de diferențial.

1.4 Modul de funcționare al unui diferențial

În momentul în care un vehicul efectuează un viraj, roțile trebuie sa parcurgă distanțe diferite. Pentru a reuși acest lucru, acestea trebuie sa se rotească cu viteze diferite. Astfel, la efectuarea unui viraj, roțile din interiorul virajului se rotesc cu viteze mai mici decât cele din exteriorul virajului.

La o punte nemotoare, roțile fiind libere, nu este nici o problemă, acestea se pot rotii independent una față de cealaltă. În cazul în care puntea este motoare, trebuie să se asigure că roțile pot primi cuplul motor de la aceeași sursă și în același timp, în viraje, sa se rotească cu turații diferite.

Clasificarea diferențialelor se face după tipul angrenajelor, după principiul de funcționare, după locul de dispunere a diferențialului sau după valoarea momentului transmis.

După tipul angrenajelor, diferențialele sunt de mai multe feluri:

cu roți dințate cilindrice;

cu roți dințate conice;

După principiul de funcționare, diferențialele sunt de mai multe feluri:

simple(deschise);

blocabile;

autoblocabile(LSD și complete);

vectoriale;

sincronizate variabile;

După locul de dispunere a diferențialului, diferențialele sunt de mai multe feluri:

aflate între roțile motoare ale aceleiași punți;

aflate între punțile motoare ale vehiculului.

După valoarea momentului transmis, diferențialele sunt de mai multe feluri:

simetrice;

asimetrice;

variabile progresiv [14].

Diferențialele asimetrice, cele blocabile și autoblocabile sunt specifice vehiculelor cu tracțiune integrală (de tipul 4×4).

Cele mai utilizate diferențiale în construcția de vehicule o au diferențialele simple conice simetrice, care, în comparație cu cele cilindrice, sunt mai compacte. Diferențialele blocabile și autoblocabile se folosesc la vehicule cu capacitate mare de trecere.

Diferențialele simple și cele blocabile pot fi cu roți conice sau cu roți cilindrice. Cele autoblocabile pot fi cu roți dințate, cu came, cu melc-roată melcată și cu mecanism de mers liber.

La vehiculele cu tracțiune integrală, pot exista trei diferențiale: unul pentru puntea față, altul pentru puntea spate și unul central (între cele două punți). Acesta din urmă este necesar pentru că roțile din față nu se rotesc decât foarte rar cu aceeași viteză precum cele din spate (fig. 1.10).[4]

Din punct de vedere constructiv, diferențialul conține o carcasă cu un angrenaj principal (numit transmisie principală), și un mecanism epicicloidal. Acest mecanism permite rotirea roților cu viteze diferite. Mecanismul epicicloidal conține două roți dințate planetare (pe capetele arborilor planetari) și două sau patru roți dințate sateliți.

Cuplul și turația este primită de la cutia de viteze prin intermediul arborelui (1). Pinionul diferențialului (3) angrenează cu coroana (4) și amplifică cuplul de ieșire din cutia de viteze, demultiplicând cu același raport turația arborilor planetari (2). Carcasa (7), pe care este fixată rigid coroana (4), antrenează roțile dințate satelit (6) care, la rândul lor, antrenează roțile dințate planetare (5). Când vehiculul se deplasează în linie dreaptă tot ansamblul se rotește cu aceeași turație, cum se vede în fig. 1.10. În momentul în care vehiculele efectuează un viraj, între roțile dințate satelit (6) și roțile dințate planetare (5) apare o mișcare relativă care permite rotirea cu turații diferite a celor doi arbori planetari (2). [14]

1.5 Tipuri de diferențiale

1.5.1.Diferențialele autoblocante

Acest tip de diferențial elimină neajunsul transferării întregului cuplu către roată care se învârte în gol, permițând în același timp virarea normală a vehiculului. Este folosit la aproape toate vehiculele destinate competițiilor sportive, la vehicule cu performanțe ridicate, precum și la unele modele echipate cu tracțiune integrală.

1.5.2.Diferențiale cu alunecare limitată – L.S.D. (Limited Slip Differential)

Cea mai simplă soluție de a realiza un asemenea diferențial (fig. 1.11.) constă în presarea pinioanelor planetare spre carcasă prin intermediul unor elemente elastice (1) aflate în “miezul” diferențialului. Frecarea dintre suprafețe va asigura transmiterea unui cuplu către roată care are aderența și poate fi sporită fie prin realizarea unor suprafețe de contact conice, asemenea celor de la sincronele cutiilor de viteze, fie prin introducerea unor discuri de fricțiune (2) și realizarea unui ambreiaj multidisc în spatele fiecărui pinion. [15]

1.5.3. Diferențialul autoblocant cu lamele

Este fără îndoială cel mai răspândit în aria sportului cu motor, datorită atât eficacității cât și a dimensiunilor reduse, care îl recomandă pentru înlocuirea diferențialului de serie fără modificări suplimentare. Cuplul nu se transmite direct de la carcasă la axul sateliților ca la un diferențial simplu, ci prin intermediul a două inele de presiune solidare la rotație cu carcasa diferențialului.

1.5.4. Diferențialul Torsen

Denumirea îi vine de la TORqueSENsitive – sensibil la cuplu. Este o adevărată bijuterie mecanică, având în componența sa trei grupuri de angrenaje formate din pinioane elicoidale cu dantură dreapta. Transferul cuplului este realizat de forțele radiale și axiale care apar între pinioane, distribuția acestuia fiind dată de unghiurile danturii și stabilită de la proiectare. Poate fi montat atât ca diferențial interaxial cât și pentru punțile motoare, fiind potrivit pentru echiparea vehiculelor cu tracțiune față care, la echiparea cu un diferențial cu lamele, de exemplu, ar transmite reacții violente asupra direcției în momentul transferului de cuplu.

Diferențialul Torsen(fig.1.12) este proactiv, intervenind înainte ca patinarea să se producă, iar celelalte mecanisme reactive, intrând în funcțiune după ce apare patinarea. Modul său de lucru completează cu succes funcțiile sistemelor electronice de control al stabilității și nu influențează negativ ABS-ul.

Complexitatea sa și necesitatea unor prelucrări mecanice de precizie îl fac însă costisitor și limitează răspândirea pe modele de volum. Audi este unul din puținii constructori care montează acest tip de diferențial. [15]

1.5.5. Diferențiale blocabile

În fig. 1.13 este prezentată schema cinematică de organizare și construcția unui diferențial blocabil. Față de diferențialele simetrice simple diferențialele blocabile se remarcă prin existența unei legături facultative (dispozitivul de blocare) între unul din arborii planetari și carcasa diferențialului.

Aceste diferențiale menține avantajul diferențialelor simple și, în plus, garantează posibilitatea deplasării vehiculului când aderența uneia dintre roți este foarte mică.

Cap.2 Tipuri de roți dințate folosite la transmisiile vehiculelor rutiere

2.1 Tipuri de roți dințate folosite la transmisiile vehiculelor

Roțile dințate sunt organe de mașini care au rolul de a prelua și transmite mișcarea de rotație prin intermediul unor dinți dispuși pe suprafața activă a acestora.

Angrenajul reprezintă o pereche de roți dințate având același modul, aflate în angrenare:

roata dințată conducătoare;

roata dințată condusă; [6]

2.2. Clasificarea angrenajelor

I. După poziția relativă a axelor geometrice ale celor două roți sunt:

angrenaje cu axele paralele (angrenaje cilindrice), (fig.2.1.a), când roțile au formă cilindrică;

angrenaje cu axele roților concurente (angrenaje conice) (fig.2.1.b, c, d.), când roțile au formă conice;

angrenaje cu axele roților neconcurente (axe încrucișate), (angrenaje hiperboidale);

angrenaje elicoidale , dacă roțile sunt detașate din zona centrală a celor doi hiperboloizi;

angrenaje ipoide (hipoide, pseudoconice), dacă roțile sunt detașate din porțiunea marginală ale hiperboloizilor cu o pânză (fig.2.1.f),;

angrenaje melcate (fig.2.1.e.), (melc-roată melcată), care sunt un caz particular al angrenajelor elicoidale, la care unghiul dintre axe este de 90ș.

Pentru construcția diferențialelor se folosesc diferite tipuri de angrenaje conice (fig.2.1). [6]

II. După forma dinților roților dințate:

angrenaje cu dinți drepți (dinții sunt paraleli cu generatoarele suprafețelor de rostogoloire) (fig.2.2.a,d,e);

angrenaje cu dinți înclinați (fig.2.2.b,c,f);

angrenaje cu dinți în formă de v(fig.2.2.c), w, z;

angrenaje cu dinți curbi (fig.2.2.g), formați din arce de cerc(fig.2.3.a), cicloidă (fig.2. 3.c,d), evolventă (fig.2. 3.b).

III. După poziția relativă a suprafețelor de rostogoloire:

angrenaje exterioare, când sensul de rotație este diferit la cele două roți;

angrenaje interioare, când sensul de rotație este același la cele două roți (fig.2.2.d). [5]

2.3. Caracterizarea roților dințate conice după forma dinților

Dantura conică dreaptă se definește prin aceea că, pe roata dințată conică, dinții sunt orientați de-a lungul unor generatoare ale conului de divizare.

Roțile conice cu dinți drepți se folosesc la viteze periferice reduse (v=2…3m/s) și produc cea mai redusă încărcare axială dintre toate angrenajele cu roți conice.

Dantura conică inclinată are, pe roata conică, liniile dinților sub forma unor elice conice. Ele pot lucra la viteze periferice pană la 12m/s.

Dantura conică în arc de cerc are liniile dinților constituite din arce de cerc pe roata plană, iar pe roata conică liniile dinților au forma unor elice conice. Avantajul lor este că produc solicitări axiale mici în arbori.

Dantura conică în arc de evolventă are, pe roata conică, liniile dinților sub forma unor elice conice. Dezavantajul acestora este că nu se rectifică, dar execuția lor este mai simplă decât a roților în arc de cerc.

Dantura conică în arc de epi sau hipocicloidare (dantura eloidă), pe roata conică liniile dinților sub forma unor elice conice.

Dantura conică în arc de spirală Arhimede. Se execută pe mașinile FIAT-MAMMANO și CRAVEN.[5]

În general, roțile conice cu dinți curbi se recomandă a se utiliza la viteze de la 3 m/s până la 35…40 m/s. Roțile conice cu dinții curbi prezintă avantaje numai la fabricația de serie, deoarece reglarea mașinilor unelte reprezintă o operație dificilă.

Roțile dințate conice cu dinți curbi pot avea sensul curburii spre dreapta sau spre stânga. [5]

2.4. Clasificarea roților conice după înălțimea dinților

Se folosesc două forme clasice de dinți:

– dinți cu înălțime descrescătoare (spre vârful conului de divizare). Acești dinți se folosesc la danturi conice drepte, tangențiale și circulare (GLEASON) (fig. 2.4.a,b);

– dinți cu înălțime constantă, formă folosită la dantura conică paloidă și eloidă (fig. 2.4.c).

Dinții cu înălțime descrescătoare se realizează în mai multe forme, dintre acestea, mai frecvent se folosesc:

– dinți cu înălțime descrescătoare pentru joc la picior descrescător (vârfurile conului de cap și conului de picior coincid cu vârful conului de divizare);

– dinți cu înălțime descrescătoare pentru joc la picior constant la care generatoarea conului de cap al uneia din roți este paralelă cu generatoarea conului de picior al celeilalte roți(fig. 2.4.b).

2.5. Domeniile de utilizare a angrenajelor conice

Domeniile de utilizare a angrenajelor conice sunt prezentate în tab.2.1.

Tabelul 2.1[3]

2.6. Angrenaje melcate

Angrenajele melcate sunt un caz particular al angrenajelor cu axe încrucișate, la care roțile numai sunt roți dințate cilindrice clasice (decât roata condusă la angrenajul cilindric încrucișat fig.2.5), iar unghiul dintre axele roților angrenajelor Σ= 90ș. Angrenajele melcate au avantajul realizării unor rapoarte de transmitere mari.

2.7. Materiale utilizate la construcția diferențialului auto (roți dințate)

În cadrul proiectării un rol important îl are alegerea materialelor, atât din punct de vedere al prețului de cost, cât și al rezistenței.

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: fontă maleabilă ; fontă cu grafit nodular ; fontă antifricțiune.

Aliaje neferoase: alamă; bronz.

Materiale nemetalice: textolit; bachelită; poliamide; diferite sortimente de materiale plastice. [6]

Roțile dințate folosite în construcția reductoarelor de turație și a transmisiilor vehiculelor se execută numai din oțeluri tratate termic sau termochimic. Oțelurile folosite în fabricarea roților dințate sunt oțeluri forjate sau laminate.

Oțelurile utilizate în construcția roților dințate se împart în două mari grupe:

oțeluri moi cu duritatea superficială mai mică de 350 HB;

oțeluri dure cu duritatea superficială mai mare de 350 HB;

Una din caracteristicile oțelurilor moi este faptul că prelucrarea danturii se realizează după tratamentul termic, iar în cazul oțelurilor dure, prelucrarea danturii se execută înainte de tratamentul termic, după tratament efectuându-se finisarea danturii prin rectificare. [6]

Angrenajele sunt supuse unor momente de torsiune și viteze de rotație ridicate.

Pentru construcția, pinionului de atac, axului port-sateliți, arborilor planetari se utilizează, datorită solicitărilor la care sunt supuse, oțeluri aliate cu conținut redus de carbon. Dintre acestea se pot utiliza oțeluri aliate de cementare [5]:15CrNi6, 14NiCr10, 16MnCr5. (DIN1652). Aceste mărci de oțel au o bună rezistență la solicitările de contact respectiv de încovoiere la care sunt supuși dinții roților și, de asemenea, au o bună rezistență la oboseală.

La construcția roților planetare, sateliților, coroanei dințate a transmisiei principale solidară cu carcasa interioară a diferențialului, se pot utiliza oțelurile de cementare. Oțelurile de cementare necesare la construcția reperelor pentru diferențial au conținutul de carbon <0,25%. Danturarea se execută înaintea tratamentului, după tratament dantura trebuind rectificată, pentru eliminarea deformațiilor mari care apar în urma tratamentului. Cele mai utilizate oțeluri de cementare sunt: C15, 17Cr3, 20MnCr5. (DIN1652)

Carcasa diferențialului se poate executa din Fc-200(GG-20), fiind o fontă cenușie cu grafit lamelar, cu o rezistență la tracțiune de 200N/mm2, sau Fc100 (GG-10), Fc150 (GG-15); în cazul în care se urmărește reducerea greutății totale a diferențialului, carcasa se poate confecționa din aluminiu aliat cu cupru.

În ceea ce privește rulmenții utilizați, materialele trebuie să îndeplinească o serie de condiții: rezistentă mare la solicitarea de contact; rezistentă mare la uzură; tenacitate. Oțelurile care îndeplinesc cel mai bine aceste condiții sunt oțelurile aliate cu crom.În construcția diferențialului simplu simetric, se utilizează pentru etanșare manșete de rotație. [6]

2.8. Angrenaje hipoide

Din clasa angrenajelor conice cu dantură curbă fac parte și angrenajele hipoide care au axele geometrice neconcurente.

În raport cu alte tipuri de angrenaje, angrenajele hipoide ne aratăo serie de avantaje, cum ar fi:

– au capacitate mare de transmitere a efortului, grațieiatât formei dinților, cât și configurației geometrice a ansamblului;

– metodele de prelucrare existente permit obținerea unui contact liniar între dinți, respectiv posibilitatea controlului lungimii petei de contact, ceea ce aduce un plus de creștere a capacității portante;

– datorită alunecării între dinți (în lungul dintelui), angrenajele hipoide funcționează mai liniștit decât angrenajele conice cu dinți curbi;

– tehnologia de execuție a roților hipoide este, în principiu, aceeași ca cea a roților conice cu dantură curbă, prelucrarea făcând-se pe aceleași utilaje.[1]

La angrenajele hipoide din fig. 2.6. de mai jos, axa pinionului se poate găsi sub axa coroanei –deplasarea axei pinionului fiind în sensul spirei coroanei (deplasare hipoidăpozitivă), (fig.2.6,a), sau deasupra axei pinionului – deplasarea axei pinionului fiind în contrasensul spirei coroanei (deplasare hipoidănegativă–fig.2.6 c). În fig. 2.6, b este prezentat angrenajul conic echivalent. [5]

Angrenajele hipoide au început prin a se impune în construcția vehiculelor, dovedindu-și eficiența pentru angrenajele conice ale diferențialelor. Dantura roților angrenajelor hipoide este curbă și se prelucrează pe aceleași mașini de danturat ca și dantura roților angrenajelor conice concurente.

La roțile dințate conice cu dantură curbă, unghiul de înclinare de divizare median al danturii este influențat de parmetrii sculelor normalizate de danturat. [16]

În comparație cu pinionul angrenajului concurent conic, la același raport de transmitere i, la angrenajul hipoid (pseudo – conic) „plus” se obține un pinion mai robust, la care cresc: βm1, dm1, δ1, Fa1. Aceasta este de altfel soluția tehnică obișnuită.

Angrenajele hipoide normale se folosesc pentru rapoartele de transmitere de la 1 (unu) până la 10 (zece).

Angrenajele hipoide prezintă o serie de avantaje:

capacitate mare de transmitere a efortului datorită formei dinților cât și configurației geometrice a ansamblului ;

metodele de prelucrare existente, permit obținerea unui contact liniar între dinți;

datorită alunecării între dinți, angrenajele hipoide lucrează mai liniștit decât alte angrenaje;

execuția roților hipoide este, în principiu aceeași ca cea a roților conice cu dantură curbă, prelucrarea lor făcându-se pe aceleași mașini de danturat.

2.9.Geometria angrenajelor hipoide

2.9.1 Particularități geometrice și cinematice ale angrenajelor hipoide

La calculul geometric al angrenajelor hipoide, contactul dintre dinții pinionului și cei ai roțiise considerăîntr-un punct P situat pe cercul de divizare (rostogolire) median al roții.

Pentru roțile angrenajului hipoid valorile acestor unghiuri sunt diferite, și anume când axa pinionului este sub axa roții și când axa pinionului este deasupra axei roții. Practic, se preferă situația prezentată, deoarece pentru același modul normal pentru cele două roți (situație ce face posibilă angrenarea), deoarece modulul frontal al pinionului este mai mare decât al roții, în acest fel crește diametrul de divizare, deci se obține o construcție mai rigidă.

Angrenajele hipoide sunt utilizate, de regulă, în transmisia centrală a automobilelor. Pentru soluția din fig. 2.6.a, se obține o mărire a spațiului interior la autoturisme și o capacitate de încărcare sporită a transmisiei centrale, iar pentru soluția din fig. 2.6.c, se obține o mărire a capacității de trecere a autoturismului, deci o capacitate de încărcare sensibil mai redusă.

Ca și la angrenajele conice cu axe concurente, pentru cazul particular când , conul de rostogolire al pinionului devine un disc (roată plană), perpendicular pe axa pinionului și cu centrul în vârful conului acestuia (O1 – v. fig. 2.6.a). Roata conică cu vârful conului de rostogolire în O2, diferit de O1, poate angrena cu acest disc (roată plană). Roata plană (discul) definită mai sus poate angrena și cu pinionul 1, analog angrenajelor conice concurente. Rezultă,deci, că flancurile dinților roților angrenajului hipoid pot fi generate, la fel ca la angrenajele conice concurente, prin angrenarea acestor roți cu o roată plană (de generare), descrisă de tăișurile sculelor (cuțitelor) de danturat. Contactul flancurilor dinților acestor roți este liniar, dar are loc o alunecare relativă de-a lungul acestor flancuri.

La angrenajele hipoide, uzual folosite, unghiul sumă dintre axele roților angrenajului este aproximativ , iar raportul de angrenare u ≥ 1.

2.9.2 Particularități la prelucrarea angrenajelor hipoide

Dantura angrenajelor hipoide este curbă și se prelucrează pe aceleași mașini de danturat ca și dantura roților angrenajelor conice concurente, mașini la care axa piesei de prelucrat se poate deplasa în sus sau în jos față de axa tamburului mașinii, pe care se găsește capul portcuțite, deplasare numită din acest motiv, deplasare hipoidă.

Sunt posibile două metode de prelucrare a angrenajelor hipoide:

generare prin metoda suprafeței înfășurătoare, caz la care dantura roții hipoide se prelucrează prin copiere a profilului sculei;

prelucrarea se face prin metoda ruletelor, prin care atât roata cât și pinionul se prelucrează prin rostogolire cu roată plană generatoare.

La angrenajele hipoide cu dantură eloidă, roțile sunt danturate cu scule normalizate pentru prelucrarea roților angrenajelor conice concurente și pentru care documentația tehnică a mașinilor de danturat oferă și parametrii caracteristici acestor scule. Pentru o producție în serie mare a angrenajelor hipoide, sunt utilizate de regulă scule speciale, de diferite tipuri. Roțile dințate ale angrenajelor hipoide destinate camioanelor, pot fi danturate folosind capetele portcuțite normalizate pentru tăierea danturii roților angrenajelor conice concurente.

Calculul geometric al roților, respectiv al angrenajului hipoid, trebuie să fie efectuat parcurgându-se următoarele două etape:

– în prima etapă se stabilesc valorile preliminare ale principalelor elemente geometrice, funcție de care se aleg sculele de danturat;

– în etapa a doua, în funcție de parametrii sculelor de danturat și de caracteristicile mașinilor de danturat, se stabilesc valorile definitive ale elementelor geometrice, cu precizie foarte mare (cu 5 sau 6 zecimale pentru valorile funcțiilor trigonometrice și cu 4 zecimale pentru lungimi).

2.10. Proiectarea angrenajelor hipoide

Angrenajele hipoide sunt angrenaje conice cu axe încrucișate și fac parte din categoria angrenajelor hiperboloidale. Angrenajele respective sunt folosite, cu precădere, în construcția transmisiei centrale a vehiculelor. Dantura roților angrenajelor hipoide este curbă și se execută pe aceleași mașini de danturat ca și dantura roților angrenajelor conice concurente.

În practică, se utilizează angrenajele hipoide la care axa pinionului este deplasată față de axa roții în același sens cu înclinarea danturii roții. Angrenarea roților fiind posibilă numai dacă acestea au același modul normal. Calculul de rezistență al angrenajelor hipoide se referă, în principal, la dimensionarea sau verificarea principalilor parametri geometrici ai roții conduse.

La angrenajele hipoide, elementele geometrice ale pinionului, respectiv roții conduse, se condiționează reciproc. în funcție de distanța dintre axele acestora.

Metoda proiectării angrenajelor hipoide se bazează pe metoda proiectării angrenajelor conice cu dantură curbă, ținându-se seama însă de particularitățile constructive, tehnologice și funcționale, specifice unui angrenaj hipoid. Criteriile de optimizare a proiectării angrenajelor hipoide sunt aceleași eu cele menționate la proiectarea angrenajelor conice

Dantura eloidă are o mai largă folosire în construcția angrenajelor hipoide din transmisiile centrale a automobilelor, comparativ cu alte modele de danturi curbe.

Calculul elementelor geometrice ale roților angrenajului hipoid, cât și calculul de dimensionare sau verificare, cuprins în metodica de proiectare a angrenajelor hipoide cu dantură eloidă, ține seama de valorile reale ale parametrilor condiționați de tehnologia de prelucrare a danturii.

Datele de proiectare pentru un angrenaj hipoid sunt aceleași cu cele ale angrenajelor conice, la care se adaugă și coeficientul distanței dintre axele roților 2a/dm2, cu valori specifice pentru transmisiile centrale ale autocamioanelor, respectiv vehiculelor.

Calculul de predimensionare și calculul de dimensionare al unui angrenaj hipoid se referă. în principal, la determinarea parametrilor cure definesc dimensiunile roții conduse (Rm2 și b2), întrucât dantura acesteia este mai puternic solicitată decât dantura pinionului. [16]

Fazele care sunt specifice proiectării angrenajelor hipoide cu dantură eloidă sunt:

– alegerea unghiului conului de divizare al roții conduse

– determinarea unghiului dintre axele roților plane, corespunzătoare roților angrenajului;

– determinarea unghiului conului de divizare al pinionului;

– alegerea unghiului de înclinare de divizare median preliminar al danturii pinionului;

– determinarea unghiului de înclinare de divizare median al danturii roții;

– determinarea factorului de calcul la solicitarea de contact;

– determinarea lungimii mediane a generatoarei conului de divizare al roții conduse și a lățimii danturii acesteia;

verificarea condiției de angrenare a roților, determinată de necesitatea ca ambele roți ale angrenajului să fie realizate cu același modul normal median.

La fel ca și în cazul angrenajelor conice, metoda proiectării angrenajelor hipoide prevede posibilitatea optimizării dimensionării roților componente, în vederea utilizării maxime a proprietăților mecanice ale oțelurilor folosite pentru construcția acestor roți[16]

Cap.4. Concluzii

În transmisia principală a unui vehicul se folosesc angrenaje hipoide care prezintă o serie de avantaje, legate în principal de poziția centrului de greutate a vehiculului, care este situat mai aproape de sol.

În cazul camioanelor de gabarit mare, o soluție cu două tipuri de angrenaje hipoid și cilindric, este absolut necesară. Valoarea rapoartelor de transmitere utilizate nu poate fi prea mare deoarece, chiar dacă se folosesc materiale cu caracteristici mecanice foarte ridicate, gabaritul transmisiei devine nepractic de mare.

Sunt folosite cu precădere angrenaje conice cu dantură în arc de cerc și eloide cu înalțimea dintelui constantă.

Dezavantajul acestor angrenaje constă în faptul că de cele mai multe ori pinionul de atac este așezat în consolă. Acest fapt poate duce la deformații axiale și radiale cu valori nepermise. O soluție o reprezintă utilizarea unor limitatori ce complică într-un fel soluția folosită.

La angrenajele eloide, cum este cazul celui proiectat în lucrare, o problemă o constituie alegerea unghiului de divizare, δ2. Pentru aceasta se recomandă valori de 70ș. Totuși în nomogramele utilizate în calcul angrenajului, dependența acestui unghi de raportul de transmitere al angrenajelor pentru valori mai mari de 3, valoarea acestuia scade , ajungând de 65ș-67ș.

Pentru valori și mai mici al raportului de transmitere, alegerea lui δ2 devine dificilă și incertă.

În cazul angrenajului diferențialului se folosesc roți dințate conice cu dinți drepți, raportul de transmitere uzual fiind 2.

Bibliografie

[1] Tabacu, I. Transmisii mecanice pentru autoturisme,Bucuresti, 1999.

[2] Untaru, M. s.a. Calculul și construcșia automobilelor, București, 1982.

[3] Radulescu. Gh. ș.a. Îndrumar de proiectare în construcția de mașimni vol.III, București, 1986.

[4] http.autonapoca.ro/tot-ce-trebuie-sa-stii-despre-diferential.

[5] Stefanescu, I., Spanu C. Organe de masini vol. II, Galați, 2009.

[6] www.tvet.ro/Anexe/4.Anexe/Aux_Phare/Aux_2004…/A_Roti%20dintate.doc

[7] Gafițanu, M. ș.a. Organe de mașini, Vol. II, Editura Tehnică, București, 1983, 2002.

[8] Velicu, D., Velicu.R., Moldovean, Ghe. Methodologyand software forhypoidbevel gear design, Novi Sad, 18.05.2007

[9] https://docslide.net/documents/curs-bazele-inginerie-autovehiculelor.html;

[10] https://ro.wikipedia.org/wiki/Autocamion

[11] https://www.scribd.com/presentation/54991064/Clasificarea-automobilelor

[12] ihr.scrieunblog.com/articles/clasificarea-de-vehicule-cu-destinatie.html

[13] https://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/ambreiaj-pentru-autoturism-de-teren-organe-de-masini-335185.html

[14] https://vdocuments.site/diferentialul-referat.html

[15] http://autoblog.md/ce-este-diferentialul-tot-ce-trebuie-sa-stiti-despre-aceasta-componenta-importanta/

[16] Moldovean Ghe; Velicu D. si alții Angrenaje cilindrice și conice Calcul și construcție vol 1 Brașov 2001;

[17] Moldovean Ghe; Velicu D. si alții Angrenaje cilindrice și conice Metodici de proiectare vol 2 Brașov 2002

[18] http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/PUNTEA-

MOTOARE-FATA41859.php

[19] https://www.slideshare.net/tatya922050/ppt-of-gears