SPECIALIZAREA : AUTOVEHI CULE RUTIERE LUCRARE DE LICENȚĂ Coordonator științific : Prof.dr.ing.Veronica A rgeșanu Absolvent : Prisecaru Gheorghe M… [626003]

LUCRARE DE LICENȚĂ

UNIVERSITATEA POLITEHNIC A TIMIȘOARA
FACULTATEA DE MECANICĂ

DEPARTAMENTUL MAȘINI MECANICE, UTILAJE ȘI
TRANSPORTURI

SPECIALIZAREA : AUTOVEHI CULE RUTIERE

LUCRARE DE LICENȚĂ

Coordonator științific :
Prof.dr.ing.Veronica A rgeșanu

Absolvent: [anonimizat]
2019

LUCRARE DE LICENȚĂ
UNIVERSITATEA POLITEHNIC A TIMIȘ OARA
FACULTATEA DE MECANICĂ
DEPARTAMENTUL MAȘINI MECANICE, UTILAJE ȘI
TRANSPORTURI
SPECIALIZAREA : AUTOVEHICULE RUTIERE

CUTIA DE VITEZ E AUTOMATĂ

Coordonator științific :
Prof.dr.ing.Veronica A rgeșanu

Absolvent: [anonimizat]
2019

LUCRARE DE LICENȚĂ

Universitatea POLITEHNIC A Timișoara
FACULTATEA DE MECANICĂ
Departamentul MMUT/Colectivul M AȘINI MECANICE, UTILAJE ȘI
TRANSPORTURI
SPECIALIZAREA : AUTOVEHICULE RUTIERE

Plan tematic

Pentru lucrarea de licență : Cutia de vitez ă automată
Numele și prenumele student: [anonimizat]: Prisecaru Gheorghe Mădălin
A. Proiectul trebuie să conțină :
1. Partea scrisă (Memoriul de prezentare):
 Evaluarea stadiului actual al problemei pe plan național și internațional ,
 Obiectivele proiectului,
 Soluția propusă,
 Analize și strategii de dezvoltarea soluțiilor propuse,
 Elaborarea documentațiilor specifice,
 Bibliografie,
 Declarația de rezolvare integrală și personală a proiectului.
2. Partea grafică:
 Schema de organizare a locului de muncă și planșe specifice,
 Prezentarea grafic ă în PowerPoint după model agreat UPT
B. Dat a preluării temei: 20.02.2019
C. Locul de desfășurare a programului de documentare/practică:
D. Îndrumătorul de proiect: -cadru didactic: Prof.dr.ing.Veronica ARGEȘANU
 de la unitate de documentare:
E. Data pentru predarea proiectului: 21.06.2019

Nota propusă: Îndrumătorul de proiect:

LUCRARE DE LICENȚĂ

CUPRINS

1. CUTII DE VITEZE – Generalități ………………………….. ………………………….. ………. 1
1.1. Definiție cutia de viteze ………………………….. ………………………….. ………………………….. 1
1.2. Rolul cutiei de viteze ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 1
1.3. Clasificarea cutiilor de viteze ………………………….. ………………………….. …………………… 2
1.3.1. După modul de variație a raportului de transmitere cutiile de viteză pot fi : ………….. 2
1.3.2. După modul de schimbare a treptelor de viteze , cutiile de viteză pot fi: ……………….. 3
2. CUTII DE VITEZE M ANULE ………………………….. ………………………….. …………….. 4
2.1. Mecanism reductor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 6
2.2. Cutia de viteze cu doi arbori ………………………….. ………………………….. ……………………….. 6
2.3. Cutia de viteze cu trei arbori ………………………….. ………………………….. ………………………. 7
2.4. Sincronizatorul cu blocare BORG -WARNER ………………………….. ………………………….. ……. 9
2.5. Mecanismul de comand ă a cutiei de viteze ………………………….. ………………………….. …. 10
2.6. Dispozitivul de zăvorâre a treptelor ………………………….. ………………………….. ……………. 11
2.7. Dispozitivul de fixare a treptelor ………………………….. ………………………….. ………………… 11
2.8. Treapta de mers înapoi ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 12
3. CUTII DE VITEZE AUTOMATE ………………………….. ………………………….. ………. 13
3.1. Definiția transmisiei automate ………………………….. ………………………….. ………………….. 13
3.2. Rolul cutiei de viteze automate ………………………….. ………………………….. ………………… 13
3.3. Clasificarea cutiilor de viteze automate. ………………………….. ………………………….. ……… 13
3.4. Componente ale transmisiilor automate și funcționare ………………………….. ……………… 14
3.4.1. Hidrotransformatorul – Convertorul de cuplu ………………………….. …………………….. 15
3.4.2. Mecanisme planetare ………………………….. ………………………….. ………………………… 16
3.4.3. Elemente de cuplare ………………………….. ………………………….. ………………………….. 17
3.4.4. Modulul electronic de comandă ………………………….. ………………………….. ……….. 18
3.5. Tipuri de cutii de viteze automate ………………………….. ………………………….. ………….. 19
3.5.1. Cutia de viteze robotizată ………………………….. ………………………….. …………………… 19
3.5.2. Cutiile robotizate pot fi și cu ambreiaj dublu ………………………….. ………………………. 20
3.5.3. Cutia de viteze SMG sau Easy -tronic ………………………….. ………………………….. …….. 29
3.5.4. Cutia de viteze cu variator mecanic cu lanț (Multitronic, CVT Continous Variable
Transmissions) 30
3.5.5. Cutia de viteze Hydra -Matic sau Tiptronic ………………………….. ……………………….. 32
4. Materiale utilizate in construcția cutiei de viteze ………………………….. ………… 34
5. Construcție și funcționare ………………………….. ………………………….. ……………. 35
5.1. Alegerea tipului constructiv ………………………….. ………………………….. ………………………. 35
5.2. Organizarea cinematică a mecanismului reductor ………………………….. …………………….. 35
5.2.1. Arborii cutiei de viteze ………………………….. ………………………….. ……………………….. 35

LUCRARE DE LICENȚĂ
5.2.2. Lagărele cutiei de viteze ………………………….. ………………………….. …………………….. 36
5.2.3. Roțile dințate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 38
5.2.4. Carterul cutiei de viteze ………………………….. ………………………….. ……………………… 40
5.2.5. Ungerea cutiei de viteze ………………………….. ………………………….. …………………….. 42
5.3. Predimensionarea angrenajelor de roți dințate ………………………….. ………………………… 43
5.3.1. Dimensionarea geometrico -cinematică ………………………….. ………………………….. … 43
5.4. Calculul de rezistență și verificare angrenajelor de roți dințate ………………………….. …… 47
5.4.1. Forțele din angrenaje ………………………….. ………………………….. ………………………… 47
5.4.2. Calculul de rezistență la încovoiere ………………………….. ………………………….. ……… 48
5.4.3. Calculul de rezistență la presiunea de contact ………………………….. …………………… 50
5.4.4. Verificarea la durabilitate a angrenajelor ………………………….. ………………………….. 51
5.4.5. Calculul la solicitarea de oboseală la încovoiere ………………………….. …………………. 52
5.4.6 Calculul la oboseală la solicitarea de contact ………………………….. ………………………. 53
5.5. Calculul arborilor și calculul recțiunilor ………………………….. ………………………….. ………. 54
5.5.1. Determinarea schemei de încărcare a arborilor și calculul reacțiunilor ………………. 54
5.5.2. Dimensionarea arborilor la rezistență ………………………….. ………………………….. ….. 55
5.5.3. Verificarea rigidității ………………………….. ………………………….. ………………………….. 56
5.6. Calculul de alegere a lagărelor cutiei de viteze ………………………….. …………………………. 57
6. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 59
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 60
Carte de autor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 60
Rapoarte ale organizațiilor/Documente interne ………………………….. ………………………….. …. 60
Materiale fără autor specificat ………………………….. ………………………….. ………………………… 60
Pagini web ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 60
Articole sau documente desc ărcate de pe internet ………………………….. …………………………. 60

LUCRARE DE LICENȚĂ

Memoriu justificativ

Automobilul este un vehicul rutier carosat și suspendat elastic pe cel pu țin trei ro ți
care se deplaseaz ă prin mijloace de propulsie proprii în diferite condi ții de teren destinat
transportului direct sau prin tractare al unor încărcături ce pot fi bunuri personale, etc.

În lucrare se prezintă rolul și funcțiile pe care le are o transmisie precum și condițiile
pe care trebuie să le îndeplinească aceasta pentru a putea răspunde cerințelor unui
autoturism modern. Totodată se prezintă funcționarea cutiilor de viteze manuale , dar și
cele automate, acestea având și particularități comune.

LUCRARE DE LICENȚĂ
1
1. CUTII DE VITEZE – Generalități

1.1. Definiție cutia de vitez e

Cutia de viteze este un ansamblu de roți dințate care servește la transformarea
forței și transmiterea mișcării de rotație la diferite agregate sau vehicule.
Ea este o c omponentă din lanțul cinematic al transmisiei care permite lărgirea
gamei de turații și de momente la roata motrică. Se montează, de obicei, între ambreiaj
și transmisia longitudinală. La autovehiculele construite după soluția „totul în față” sau
„totul în spate” transmisia longitudinală dispare, astfel încât cutia de viteze se dispune
între ambreiaj și transmisia centrală.
Cutia de viteze în cadrul sistemului de transmisie al autovehiculelor îndeplinește
un rol multiplu: de amplificare a cuplului motor și de lărgire a domeniului de turației a
roților motrice, peste cel acordat de limitele de turație a motorului, precum și acordare a
posibilității de mers înapoi și de întrerupere a lanțului cinematic al mecanismului de
transmisie, pentru staționarea autovehi culului timp îndelungat cu motorul în funcțiune.
Cutia de viteze realizează, prin valori diferite ale rapoartelor de transmisie numite
trepte de viteză, acordarea posibilităților energetice ale motorului la cerințele energetice
ale autovehiculului în mișca re cu asigurarea unor performanțe dinamice, de consum de
combustibil și de poluare cât mai bune.
1.2. Rolul cutiei de viteze

Rezistența la înaintarea automobilului variază mult în funcție de condițiile de
deplasare. Corespunzător acestora trebuie modificată și forța de tracțiune .Marea
majoritate a automobilelor actuale sunt echipate cu motoare cu ardere internă , a că ror
particularitate constă în faptul că permit o variație limitată a momentului motor, respectiv
a forței de tracț iune. Din această cauză, automobilele prevăzute cu motor cu ardere
internă trebuie să fie înzestrate cu o cutie de viteze având rolul :
 să permită modificarea forței de tracțiune în funcție de variația rezistențelor
la înaintare
 să permită deplasarea autom obilului cu viteze reduse ce nu pot fi asigurate
de către motorul cu ardere internă , care are turația minimă stabilă relativ mare
 să permită mersul înapoi al automobilului fără a inversa sensul de rotație al
motorului
 să realizeze întreruperea îndelungată a legăturii dintre motor și restul
transmisiei , în cazul în care automobilul stă pe loc , cu motorul în funcțiune
În scopul asigurării unei bune adaptabilități a autoturismului condițiilor concrete în
care are loc depla sarea, cutia de viteze trebuie să răspundă la o serie de cerințe printre
care :
 să asigure automobilului cele mai bune calități dinamice și economice la o
caracteristică exterioară dată a motorului
 să aibă posibilitatea realizării unui număr cât mai mare d e rapoarte de
transmitere iar mărimea lor să fie determinată încât să asigure o utilizare rațională a
puterii în condițiile unor performanțe dinamice și economice ridicate construcția să fie
simplă , robustă , ușoară , să aibă un randament mecanic ridicat și funcționare silențioasă

LUCRARE DE LICENȚĂ
2

 în exploatare să prezinte siguranță și întreținere ușoară iar manevrarea să
se facă cât mai comod
Prin intermediul cutiei de viteze se poate intercala între motor și rotile motoare un
anumit raport de demultiplicare , în așa f el încât să se stabilească egalitatea necesară
între puterea motoare și puterea rezistentă .
În timpul deplasării automobilului , momentul rezistent la roțile motoare variază
permanent în funcție de profilul drumului , astfel încât este necesar ca raportul de
demultiplicare să se schimbe foarte des , lucru ce se realizează cu ajutorul cutiei de
viteze .
În practică , pentru variația momentului motor când momentul rezistent la roți are
o creștere neînsemnat ă se folosește pedala de accelerație . Dacă momentul rezistent la
roți are o variație mai mare , se folosește o treaptă de viteză corespunzătoare din cutia
de viteze .
1.3. Clasificarea cutiilor de viteze
Clasificarea cutiilor de viteze se face după mai mulți factori și anume :
1.3.1. După modul de variație a rap ortului de transmitere cutiile de viteză pot fi :
a) în trepte ( cu etaje ) , la care variația raportului de transmitere este discontinuă
Cutiile de viteze în trepte se clasifică în :
a) după numărul 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 geometrică fixă
 planetare , la care axele unor arbori execută o mișcare de revoluție în jurul
unui ax central
c) continue sau progresive , care asigură între anumite limite o variație
continuă a raportului de transmitere
Cutiile de viteze progresive se clasifică după principiul de transformare a
momentului, î n:
I. mecanice
 cu fricțiune
 cu impulsuri
II. hidrauli ce
 hidrodinamice
 hidrostatice
III. electrice
IV. combinate , care reprezintă o asociere între o cutie de viteze progresivă
și o cutie de viteze în trepte
Cutiile de viteză combinate reprezintă , in general , o asociere între un
hidrotransformator și o c utie de viteze în trepte , de obicei planetare .
În figura 1. 1 vom găsi prezentată schematic, clasificarea cutiilor de viteze.

LUCRARE DE LICENȚĂ
3

Fig. 1.1 . Clasificarea cutiilor de viteze.

1.3.2. După modul de schimbare a treptelor de viteze , cutiile de viteză pot fi :

a) cu acționare directă , la care schimbarea treptelor de viteză se face , în general
, manual sau cu ajutorul unui servomecanism .
b) cu acționare semiautomată , la care numărul de operații necesare la trecerea
în treapta următoare se reduce ( stabilirea t reptei de viteză se face de către conducătorul
auto , dar schimbarea se efectuează de către un servomecanism ) .
c) cu acționare automată , la care schimbarea treptelor se face în mod automat
, în funcție de condițiile de mers ( caracterizate de poziția cl apetei 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 .

LUCRARE DE LICENȚĂ
4
2. CUTII DE VITEZE MANULE

Acest model de cutie de viteze este cel mai des întâlnit, deoarece marea majoritate
a șoferilor sunt de părere că acest tip de cutie de viteze le satisface cel mai bine nevoia
de accelerare sau decelerare, iar la plecarea de pe loc oferă o putere mai mare și un
control sporit.
Din punct de vedere structural, cutiile de viteze în trepte sunt alcătuite din lanțuri
cinematice paralele.
Funcționarea independentă a lanțurilor cinematice se asigură prin montarea în
fiecare lanț cinematic a roții cu cea mai mică turație independentă de rotația arborelui de
susținere (liberă). Funcționarea cutiei de viteze într -o anumită treaptă se obține prin
solidarizarea la rotație a roții libere cu arborele de susținere . Pentru solidarizare se
utilizează mecani sme de cuplare a treptelor.
Pentru a comanda cuplarea unei trepte de viteză, selectarea acesteia se face cu
ajutorul mecanismul ui/levierului de acționare, iar menținerea treptei în viteza respectivă
se face cu ajutorul unu cuplaj de siguranță cu bilă.
Poziția cutiei de viteze în raport cu motorul este în strânsă legătură cu:
 alegerea punții motoare(puntea față sau puntea spate);
 modul de poziționare a motorului în raport cu axa longitudinală a
automobilului;
 mărimea puterii transferată la trenul de rulare;
 numărul treptelor de viteză.
Este bine cunoscut faptul că mecanismul reductor are un rol important și anume
faptul că fără acesta nu s -ar putea transmite momentul motor, iar schimbarea treptelor
de viteză nu ar mai putea fi posibilă.
Pentru a face posibilă transmiterea momentului motor între cei trei arbori avem
nevoie de mai multe perechi de roți dințate.
Având în vedere faptul că cele mai cunoscute și utilizate cutii de viteze sunt cele
manuale, în continuare va fi exemplificată o cutie de viteze manuală cu toate elementele
din care aceasta este compusă. Cutia de viteze aleasă este una cu doi arbori ficși și
paraleli, în a cărei componență sunt cinci trepte de mers înainte și una de mers înapoi,
prezentată în figura 2. 1.

LUCRARE DE LICENȚĂ
5

Fig. 2. 1. Cutie de viteze manuală pentru ansamblu transversal.

Elementele componente ale acestei cutii de viteze sunt următoarele :
1. Butucul ambreiajului;
2. Arbore primar al cutiei de viteze;
3. Sateliții ;
4. Arborii planetari;
5. Coroana diferențialului ;
6. Pinion pentru treapta I;
7. Pinion pentru treapta a II -a;
8. Carterul cutiei de viteze ;
9. Pinion pentru treapta a III -a;
10. Pinion pentru treapta a IV -a;
11. Opritor pentru deplasarea axială a rulmenților axiali -radiali;
12. Pinion pentru treapta a V -a;
13. Arbore secundar;
14. Carter;
15. Pinion de angrenare pentru treapta a V -a
16. Carcasa ambreiajului;

În funcție de modul de poziționare a motorului cu ardere internă structura unei cutii
de viteze manuală este diferită: pentru automobilele cu motoare dispuse longitudinal pe
puntea f ață avem exemplul din figura 2. 1 și cu tracțiune pe puntea spate cutia de viteze
are trei arbori ca în figura 2.2 (unul de intrare, unul intermediar și unul de ieșire).

LUCRARE DE LICENȚĂ
6

Fig.2.2 . Cutie de viteze longitudinală
2.1. Mecanism reductor
Mecanismul reductor este compus din trei arbori, asamblați într -un carter :
 arbore primar;
 arbore intermediar;
 arbore secundar.
La mecanismul reductor al cutiilor de viteze mecanice în trepte, raportul de
transmitere se poate realiza prin participarea:
– unui singur angrenaj de roți dințate cu axe fixe, cum este cazul cutiilor de viteze
cu doi arbori (fig. 2.3,a);
– a două angrenaje de roți dințate cu axe fixe, ca în cazul cutiilor de viteză cu trei
arbori (fig. 2.3,b);
– a trei angrenaje de roți dințate , dintre care două cu axe fixe (organizate similar
cutiei de viteze cu trei arbori) și unul cu axe mobile (reductor planetar) ca în situația cutiilor
de viteze cu multiplicator planetar (fig. 2.3,c).
2.2. Cutia de viteze cu doi arbori
Aceste cutii de viteză se folosesc la autoturismele cu motorul și puntea motoare în
față sau cu motorul și puntea motoare în spate, fiind montate în același carte r cu
reductorul central și diferențialul.
Sunt caracterizate de faptul că le lipsesc priza directă și momentul la toate treptele
de viteză se transmite prin câte o singură pereche de roți dințate. Acesta face ca
randamentul cutiilor de viteze cu doi arbor i să fie mai ridicat decât la cele cu trei arbori,
pentru toate treptele cu excepția prizei directe.

a) b) c)

Fig.2 .3. Realizarea rapoartelor de transmitere prin angrenaje de roți dințate

LUCRARE DE LICENȚĂ
7
Schemele cinematice de principiu ale cutiilor de viteze cu doi arbori și patru trepte
sunt reprezentate in fig .2.4. a-Citroen GS, b -Audi, c -Hillman Imperia l și d-Zaparojet 968.

Fig. 2.4. Cutie de viteză cu doi arbori

2.3. Cutia de viteze cu trei arbori

Fig. 2. 5. Cutie de vitez ă cu trei arbori

LUCRARE DE LICENȚĂ
8
Cuplarea treptelor se poate ob ține prin:
 Roți dințate cu deplasare axial ă
 Roți dințate angrenate permanent și man șoane de cuplare simple
 Roți dințate angrenate și sincronizatoare
Cuplarea treptelor prin ro ți dințate cu deplasare axial ă.

Roțile din țate 2 și 4, din figura 2.6, sunt fixe pe arborele P, iar blocul ro ților dințate
1-3 se poate deplasa axial pe arborele secundar S prevăzut cu caneluri. Cuplarea
treptelor se obține prin deplasarea spre stânga sau dreapta a blocului de ro ți 1-3 până
când roata 1 va angrena cu roata 2, respectiv roata 3 va angrena cu roata 4. La cuplarea
treptelor cu ro ți dințate culisate , se produce zgomot datorit ă șocurilor ce au loc din cauza
vitezelor tangențiale diferite ale roților ce intr ă în angrenare, ceea ce duce la uzura
lateral ă a dinților .
Cuplarea treptelor cu man șoane de cuplare.

Soluția se aplic ă în cazul roților dințate permanent angrenate. Ro țile din țate 1 și 3
din fig. 2, se rotesc liber pe arborele S și sunt în angrenare permanent ă cu ro țile 2 și 4,
fixate pe arborele P. Manșonul de cuplare m se compune dintr -un manșon de ghidare 5
și dintr -o coroan ă culisa tă 6, prevăzută cu o dantur ă interioar ă prin care se solidarizează
cu manșonul de ghidare.
Cuplarea treptelor se obține prin deplasarea coroanei culisare 6 spre stânga sau
dreapta, p ână când dantura sa interioar ă se va cupla cu dantura auxiliar ă a roții 1,
respectiv 3.

Fig.2.6.
În scopul ușurării cuplării treptelor se utilizează , în unele cazuri, manșoane de
construcție special ă. De asemenea marginile dinților danturilor de cuplare sunt teșite .
Cuplarea treptelor cu sincronizatoare.
Prin sincronizare se urmărește ca, înainte de cuplare manșonul cu roata dințat ă,
vitezele unghiulare s ă se egalizeze, astfel încât cuplarea roților să se facă fără șocuri .
Avantajele sincronizării sunt următoarele : se elimin ă zgomotele, se mărește
durabilitatea roților dințate , se ușurează conducerea prin micșorarea timpilor morți între
schimburile treptelor de viteze.

LUCRARE DE LICENȚĂ
9
2.4. Sincronizatorul cu blocare BORG -WARNER

În figura 2.7. se prezintă construcția unui asemenea sincronizator. Sincronizatorul
este dispus pe arborele secundar 9, între roțile dințate libere1 și 8. Roțile dințate sunt
prevăzute cu suprafețe de lucru tronconice și cu danturi de cuplare.
Manșonul 5 al sincronizatorului, centrat pe canelurile arborelui secundar, este fix
în direcție axială. Pe circumferința manșonului sunt practicate, la distanțe egale, trei goluri
axiale, în care pătrund pene le de 4 ale fixatorului.
Manșonul 5 este prevăzut cu dantură exterioară, cu care cuplează dantura
interioară a mufei 3, care, prin deplasare axială, poate angrena cu danturile de cuplare
ale roților 1 sau 8. Penele de fixare 4 sunt prevăzute în mijloc cu niște proeminențe care
se plasează într -un canal strunjit la mijlocul mufei de cuplare 3. Cele trei piese ale
fixatorului sunt susținute în mufa de cuplare de arcurile de expansiune 6.

Fig.2.7.Construcția sincronizatorului cu blocare Borg -Warner

Inelele de sincronizare 2 și 7 sunt piese din bronz. Ele sunt prevăzute cu o dantură
exterioară (dantură de blocare) identică cu danturile de cuplare și cu trei canale frontale,
în care pătrund piesele 4 ale fixatorului, împiedicând rotirea inelului față de manșonul 5.
Folosind notații din figura 2.7. în figura 2.8 sunt prezentate fazele de funcționare
ale sincronizatorului. Dacă mufa de cuplare 3 este d eplasată axial, prin fixatorul 4 și
arcurile 6 este antrenat și inelul de sincronizare 7 (din partea deplasării), care vine în
contact cu suprafața de troncon ică a roții libere 8 (figura 2.8.a.). Deoarece lățimea
frezărilor din inele de sincronizare este m ai mare decât a pieselor 4 ale fixatorului și

Fig.2.8. Fazele de funcționare ale
sincronizatorului Borg -Warner

LUCRARE DE LICENȚĂ
10
anume cu jumătate din grosimea unui dinte de cuplare, sub acțiunea momentului de
frecare are loc o deplasare tangențială a inelului de sincronizare față de manșonul 5.
Această deplasare face ca dantura de bloc are a inelului de sincronizare să se
interpună în fața danturii mufei împie dicând înaintarea ei (figura 2.8.b.). În momentul
egalizării vitezelor unghiulare, datorită forțelor tangențiale ce apar între dantura de
blocare și dantura mufei, inelul se rotește și permite deplasarea axială a mufei până
angrenează cu dantura de cuplare a roții libere (figura 2.8.c.).
2.5. Mecanismul de comand ă a cutiei de viteze

Acest mecanism are rolul de a cupla și decupla perechile de roți dințate cu scopul
obținerii diferitelor trepte.
Comanda treptelor se poate face manual sau cu servocomandă. Comanda
manuală poate fi la rândul ei directă, cu maneta pe capacul cutiei de viteze, sau de la
distanța, utilizată la au tomobilele la care cutia de viteze nu se găsește în apropierea
locului conducătorului .
Comanda directă cu maneta așezată pe capacul cutiei de viteze. Maneta este
prevăzută cu articulația sferică 8, pentru a putea oscila în locașul sferic 7 al cutiei de
viteze, cu scopul executării operațiilor de cuplare a treptelor. În capacul 7 pot culisa tijele
5 și 6, pe care sunt fixate furcile 4 și respectiv 3
.

Fig. 2. 9 Comandă directă

Aceste furci au niște locașuri în formă de U, în care intră capătul inferior al manetei
1. Fiecare furcă poate comanda succesiv două trepte. Articulația sferică 8 este apăsată
în locașul său de arcul 2.
Pentru cuplarea unei trepte, conducătorul deplasează maneta 1, în plan
transversal, în dreapta sau stânga (săgețile A -A), astfel încât capătul inferior al manetei
să intre în locașul în formă de U al tijei 5, respectiv 6. Apoi, prin deplasarea manetei în
plan longitudinal, înainte sau înapoi (săgețile B -B), tija culisează și deplasează odată cu
ea furca pe care o poartă, cuplând treapta corespunzătoare .

LUCRARE DE LICENȚĂ
11
Rezultă că, pentru cuplarea unei trepte, sunt necesare două operații: selectarea
(alegerea) treptei și cuplarea propriu -zisă a treptei.
Mai există și alte tipuri de comandă: comandă la distanță, și mecanismul de
comandă cu manetă pe coloana volanului.
2.6. Dispozitivul de zăvorâre a treptelor
Dispozitivul de zăvorâre a treptelor exclude posibilitatea cuplării concomitente a
mai multor trepte.
Zăvorârea treptelor de viteză se obține prin practicarea unui locaș lateral 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.
În figura d e mai jos este prezentată schema de funcționare a dispozitivului de
zăvorâre a treptelor unei cutii de viteze cu patru trepte.

Fig. 2. 10.Zăvorârea treptelor

2.7. Dispozitivul de fixare a treptelor
Dispozitivul de fixare a treptelor exclude posibilitatea auto cuplării și auto decuplării
treptelor și asigură angrenarea roților pe toată lungimea dinților.
La automobile, dispozitivele de fixare cele mai răspândite sunt cele cu bile.
Pentru fixarea tre ptelor, fiecare tijă culisată 3, are pe partea superioară trei locașuri
semisferice în care intră bila 1, apăsată de arcul 2. Locașurile extreme ale tijei 3
corespund celor două trepte pe care le realizează furca respectivă, iar cel din mijlocul
poziției neutre. Distanțele dintre aceste locașuri trebuie astfel alese încât bila 1 să nu
permită deplasarea de la sine a tijei culisate 3 datorită vibrațiilor sau forțelor axiale
produse la angrenarea roților dințate, ci numai sub efortul depus de conducător.

Fig. 2. 11. Dispozitiv de fixare a treptelor

LUCRARE DE LICENȚĂ
12

2.8. Treapta de mers înapoi

Treapta de mers înapoi se obține prin intercalarea unor roți dințate suplimentare
între cele două roți dințate ale treptei 1.
În figura 2.5 se reprezintă treapta de mers înapoi ce se obține cu două roți dințate
culisate .

o
Fig. 2. 12. Treapta de mers înapoi

!
1!
2
!
1!
2
!zz
zz
zzi
ii







Treapta de mers înapoi se poate realiza constructiv mai simplu, prin intercalarea
unei singure roți dințate ale treptei 1 ( figura b). Roțile dințate 1 si 2 ale treptei I vor fi
cuplate simultan cu pinionul 3, care, în acest caz, este mai lat, raportul de transmitere
fiind însă egal cu cel al treptei I. În felul acesta, sensul de rotație al arborelui secundar se
schimbă, deci și sensul de mers al automobilului.

LUCRARE DE LICENȚĂ
13

3. CUTII DE VITEZE AUTOMATE

3.1. Definiția transmisiei automate
Transmisia automată este un ansamblu de mecanisme care poate schimba
treptele de viteză automat odată cu punerea în mișcare a automobilului , cu scopul de a –
i permite șoferului concentrare asupra drumului și nu la schimbatul manual al treptelor de
viteză. Cea mai des întâlnit ă formă de transmisie automată este cea acționată hidraulic
și folosește un ambreiaj hidraulic sau un hidrotransformator și un set de mecanisme
planetare pentru a putea multiplica cuplul motor.
3.2. Rolul cutiei de viteze automate
Cutiile de viteze automa te sunt cutiile care realizează schimbarea treptelor de
viteză fără intervenția conducătorului automobilulu i. 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).
3.3. Clasificarea cutiilor de viteze automate.

Fig.3.1. Clasificarea cutiilor de viteze

Cutiile de viteze automate sunt de mai multe tipuri . În funcție de producător sunt
diverse variante constructive, fiecare din ele încercându -se a fi cât mai durabilă, cât mai
eficientă și nu în ultimul rând să aibă un consum cât mai redus de carburant.
Cutiile automate au următoarele avantaje :
 posibilitate a variației raportului de transmitere realizat între elementele
transmisiei, în
funcție de condițiile reale de rulare, fără a fi necesară intervenția conducătorului
auto;

LUCRARE DE LICENȚĂ
14
 grad ridicat de confort, ceea ce ar însemna ca schimbarea treptelor de
viteză să aibă loc fără întreruperea fluxului de putere;
 diminuarea șocurilor din transmisie în perioada cuplării sau a decuplării
treptelor de viteză
Transmisiile automate însă au și dezavantaje :
 din cauza complexității acestora, au un cost ridicat de producție față de cele
manuale și un consum de combustibil mai mare;
 necesită mentenanță de specialitate, fapt care duce la un cost ridicat;
 eficiența redusă și diminuarea sportivității , însă acestea tind să dispară
odată cu noile generații și tehnologii.
3.4. Componente ale transmisiilor automate și funcționare
În funcționarea cutiilor de viteze automate, schimbarea treptelor de viteză este
posibilă fără intervenția conducătorului auto. Cel care decide momentul optim pentru
schimbarea treptelor de viteză, este calculatorul electronic de control al cutiei de viteze
în funcție de poziția pedalei de accelerație , de viteza automobilului și de viteza cu care
pedala de accelerație este apăsată. Toate aceste informații sunt citite cu ajutorul unor
senzori de mare preci zie.
O cutie de viteze automată este compusă din trei subsisteme (componente):
 hidrotransformatorul , numit și convertizorul de cuplu (1,2,3,11);
 ansamblul de mecanisme planetare cu ambreiajele și frânele
multidisc(4,5,6,7);
 modulul electro -hidraulic de com andă și control(8,9,10).

Fig. 3. 2. Cutia automată cu 7 trepte 7G -tronic.

1. arborele de intrare în cutia de viteze (legătura cu motorul termic)
2. ambreiajul de blocare a hidrotransformatorului cu alunecare controlată și
elemente de amortizare
3. pompa de ulei pentru controlul presiunii de lucru

LUCRARE DE LICENȚĂ
15
4. mecanismele planetare și actuatoarele de schimbare a treptelor (ambreiaje
și frâne multidisc)
5. arborele de ieșire din cutia de viteze (legătura cu transmisia longitudinală,
cardanică)
6. sistemul de blocare pentru parca re (poziția P a levierului de programe)
7. legătura mecanică cu levierul selector de programe
8. modul electro -hidraulic de control (conține senzori, supape
electromagnetice și calculatorul cutiei de viteze)
9. modulul electronic de comandă și control (calculatorul cutiei de viteze)
10. supape cu electromagnet (solenoid) pentru acționarea ambreiajelor și
frânelor multidisc
11. hidrotransformator (convertizor de cuplu)

3.4.1. Hidrotransformatorul – Convertorul de cuplu

Reprezintă componenta plasată între motor și restul tr ansmisiei. Acesta
îndeplinește rolul ambreiajului din componența transmisiilor manuale.
Diferența dintre un hidrotransformator și un hidroambreiaj este dată de apariția
unui al treilea rotor (difuzorul) care este montat pe arbore sau prin intermediul unui cuplaj
unisens și are rolul de a modifica direcția după care este trimis uleiul în palele turbinei de
către rotorul pompă. Astfel , spre deosebire de hidroambreiaj , hidrotransformatorul are
posibilitatea de a amplifica cuplul la plecarea de pe loc.
Comp onente : Ambreiajul hidrodinamic este format dintr -un rotor-pompă , montat
pe arborele de ieșire al motorului plasat în continuarea volantului și dintr-un rotor-turbină ,
montat pe arborele ce intră în transmisie. Cele două componente au la partea exterioară
palete radiale plane . Întregul ansamblu este închis într -o carcasă etanșă , umplută în
proporție de 85% cu ulei mineral pentru turbine .

Fig.3.3. Convertorul de cup lu

Hidrotransformatorul este alcătuit dintr-un rotor pompa , un difuzor (stator) , un
rotor turbin ă și o carcas ă.

LUCRARE DE LICENȚĂ
16

Fig.3.4. Hidrotransformator

1.pompă 2.stator (difuzor) 3.turbină 4.ansamblu ambreiaj de blocare cu amortizor
de oscilații 5.carcasă 6.butuc canelat 7.cuplaj de sens unic

Convertorul de cuplu are rol de element de cuplare progresivă, de aceea în
transmisiile moderne este folosit doar la plecarea de pe loc (viteza automobilului fiind sub
25 km/h) și la schimbarea treptelor, după care e ste blocat pentru a crește randamentul
transmisiei.
3.4.2. Mecanisme planetare
Un mecanism planetar simplu este format dintr -o roată centrală numită solară,
câteva roți care se rotesc în jurul acesteia numite sateliți și o roată cu dantura
interioară cu care se angrenează toți sateliții , numită coroană.

Mecanism planetar
simplu:
Albastru – Solară ;
Verde – Sateliți ;
Galben – Coroană ;
Roz–Arborele platoului
port-sateliți

Fig.3.5. Mecanism planetar

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
este form ată de o singură pereche de roți dințate, o cutie de viteze automată realizează

LUCRARE DE LICENȚĂ
17
o treaptă de viteze utilizând mai multe mecanisme planetare . Prin blocarea elementelor
componente ale mecanismului planetar (roată solară, platou port -sateliți, coroană) se
obțin diferite rapoarte de transmitere, care înseriate formează un raport al cutiei.
Avantajele mecanismelor planetare comparativ cu angrenajele cu roți dințate
simple:
 poziționarea coaxială a arborilor de intrare și de ieșire din transmisie;
 formă constructi vă 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 benefi ce 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 forte de angrena re
micșorate , construcții cu gabarite reduse, greutate și mase intenționale mai mici,
utilizarea mai rațională a spațiului disponibil de amplasare.
Dezavantajele mecanismelor planetare sunt:
 construcție mai complicată;
 cost ridicat de producție.
Cutiile de viteze planetare se caracterizează prin aceea că unele dintre roțile din-
țate 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 cilin drice și au
dinții drepți sau înclinați. Schimbarea treptelor se face cu ajutorul unei frâne, al unui
ambreiaj sau combinat, roțile dințate fiind permanent angrenate.
În raport cu cutiile de viteze normale, cele planetare prezintă avantajele:
 trecerea de la o treaptă la alt ă se face mai ușor;
 viteza medie a automobilului crește, schimbarea treptelor făcându -se fără
pauze;
 funcționarea silențioasă;
 se pretează la automatizare;
 permit obținerea unor rapoarte de transmisie mari, la dimensiuni de gabarit
mic.

3.4.3. Elemente de cuplare
Acestea se folosesc în interiorul transmisiilor automate pentru a realiza legătura
dintre diverși arbori (ai solarelor, coroanelor sau platourilor) precum și pentru a bloca un
anumit arbore prin legarea acestuia de carcasa schimbătorului de viteze automat.
Elementele de cuplare pot fi ambreiaje multidisc, frâne cu banda, frâne multidisc, cuplaje
unisens.
Ambreiajele multidisc pot realiza legătura între doi arbori diferiți .
Frânele cu multidisc sau cu band ă se utilizează pentru imobilizarea unui arbore.
Cuplajele unisens pot realiza transmiterea cuplului între doi arbori , dar într-un
singur sens.
Cu ajutorul ambreiajelor și a frânelor multidisc este realizată cuplarea sau mai bine
spus formarea treptelor de viteză. Aceste plă cuțe multidisc au rolul de a cupla două
elemente pentru a se roti cu aceeași turație, care au rolul de ambreiaj, sau de a bloca un
element la turație zero, numită frână.

LUCRARE DE LICENȚĂ
18

Fig. 3. 6. Componentele unui ambreiaj/frână multidisc de cutie automată.
Acționarea ambreiajelor sau a frânelor, se face cu actuatoare hidraulice, controlate
prin intermediul unor supape electromagnetice, de către modulul electronic de comandă.
3.4.4. Modulul electronic de comandă
Acest sistem asigură preluarea semnalelor de la motor și de la senzori, prelucrarea
acestor date și transmiterea semnalelor de comandă la elementele de execuție
(actuatoarele hidraulice).

Fig. 3. 7. Modul electrohidraulic de comandă pentru o cutie de viteze automată .

Cutiile de viteze automate sunt utiliza te în general pe autoturismele de clasă medie
și superioară, datorită avantajelor pe care la au:
 transmite un cuplu mare;
 amplifică puterea primită de la motor;
 trecerea de la o treaptă la alt a 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. Aceasta, comparativ cu o cutie manuală,
îndeplinește foarte ușor aceste cerințe datorită principiului de funcționare.

LUCRARE DE LICENȚĂ
19
3.5. Tipuri de cutii de viteze automate
În industria constructoare de automobile, sunt diverse tipuri constructive de
transmisii automate. În funcție de tipul transmisiei, fiecare marca de autoturisme a ales
ca pe mașinile din gama lor s ă utilizeze un anumit tip de transmisie automată, din cele ce
urmează a fi prezentate.

3.5.1. Cutia de viteze robotizată
Acest tip de cutii nu sunt altceva decât niște cutii de viteze mecanice a căror
acționare a fost automatizată, prin utilizarea unor servomecanisme electrice sau
electrohidraulice, montate în locul timoneriei manetei de viteze , acestea fiind controlate
de o unitate electronică . Ambreiajul la rândul său este acționat de un dispozitiv similar și
comandat de aceeași unitate. Marea majoritate a cutiilor de viteze robotizate pot fi
comandate manual cu ajutorul padelelor de sub volan sau impulsuri înainte -înapoi asupra
manetei de selectare, după introducerea acesteia într -o “poartă” manuală cu simbolurile
“+/- “(fig.3. 8).

Fig. 3. 8. Panoul de comandă a cutiei de viteze robotizată.

Practic acest tip de cutie robotizată, este o transmisie manuală aflată în producție,
căreia i s -au implementat o serie de modificări. Modulul de comandă electronic primește
diverse semnale legate de modul de conducere a vehiculului, viteza de deplasare, turația
și sarcina motorului, fiind capabil să adapteze schimbările treptei în funcție de cerințele
șoferului și de regulă, dispune de mai multe programe (normal, economic, sport etc.), iar
la funcționarea în regim manual „+/ -” asigură protecție față de man evrele greșite
(supratrăirea motorului sau introducerea treptei de mers înapoi în timpul deplasării).
De asemenea, centrala electronică poate comanda întreruperea fluxului de putere
al motorului, în momentul schimbării treptelor de viteză și ajustează turația acestuia, astfel
ca trecerea la un raport superior sau inferior să se facă lin, fără șocuri ]n timpul
funcționării.
Mecanismele de acționare pot fi electromecanice (se utilizează în general la
versiunile economice având avantajul simplității , fiabilității și costurilor reduse)
sau electrohidraulice , care se compun dintr -o pompă electrică, un acumulator de
presiune și actuatori hidraulici (sunt mai rafinate, cu o funcționare mai lină, mai rapidă și
mai precisă).

LUCRARE DE LICENȚĂ
20
3.5.2. Cutiile robotizate pot f i și cu ambreiaj dublu
Timpul global de efectuare a manevrei poate fi uneori deranjant de lung, acesta
fiind principalul motiv care a dus la apariția cutiilor robotizate cu ambreiaj dublu .
Practic, avem de -a face în acest caz cu un ansamblu format din două cutii de viteze,
fiecare cuplată prin intermediul unui ambreiaj, iar modul de funcționare presupune
cuplarea prealabilă a treptei următoare, în momentul schimbării propriu -zise efectuându –
se doar decuplarea unui ambreiaj și cuplarea celuilalt, timpul nec esar manevrei fiind astfel
vizibil redus.
Din punct de vedere constructiv, cei doi arbori primari sunt unul în interiorul celuilalt
iar cele două ambreiaje formează un pachet compact, montat pe volantul motorului. Acest
tip ce construcție o găsim la mai mu lte mărci sub diverse denumiri(tabelul 3), modul de
funcționare fiind același.

Producător Denumirea tehnologiei
Volkswagen DSG (Direct Shift Gearbox)
Porsche PDK (Porsche Doppel Kupplunggetriebe)
Ford, volvo Powershift
Fiat DDCT (Dual Dry Clutch Transmission)
Mercedes –
Benz Speedshift
Mitsubishi TC-SST (Twin Clutch Sport Shift
Transmission)
Renault EDC (Efficient Dual Clutch)
Tab. 3.1.Denumirile cutiilor de viteze automate în funcție de producător.

Din punct de vedere cinematic, o cuti e de viteze cu dublu ambreiaj este de fapt
compusă din două cutii de viteze manuale, dispuse în paralel . Practic în aceeași
carcasă avem două cutii de viteze, fiecare cu propriul ambreiaj, o cutie conținând treptele
impare (1, 3, 5 etc.) iar a doua treptele pare (2, 4, 6 etc.) (figura 3.2)

LUCRARE DE LICENȚĂ
21

Fig. 3. 9. Schema cinematică a cutiei cu dublu ambreiaj.
A – arborele de intrare în cutia de viteze (arborele cotit);
B – arborele de ieșire din cutia de viteze;
a1 – ambreiajul 1, pentru treptele impare 1, 3 și 5;
a2 – ambreiajul 2, pentru treptele pare 2, 4 și 6;
C – arborele de intrare 2 (tubular) ;
D – arborele de intrare 1

Acest tip de așezare a elementelor ce compun transmisia, are marele avantaj că
permite preselecția treptelor de viteze . De exemplu, când automobilul se deplasează
în treapta 1 de viteză, fluxul de putere este transmis de la motor la roți prin intermediul
ambreiajului 1, care este cuplat. După o anumită viteză treapta 2 se selectează, dar
puterea se transmite tot prin treapta 1 și ambreiajul 1, deoarece ambreiajul 2 este încă
decuplat. În ace astă fază avem două trepte selectate, 1 și 2, momenta n puterea fiind
transmisă prin intermediul ambreiajului 1. Când se trece în treapta 2 de viteză, ambreiajul
1 se decuplează și ambreiajul 2 este cuplat.
Acest avantaj de a avea posibilitatea de preselecție a treptei de viteză ce urmează
a fi utilizată, fac e ca timpul de trecere de la o treaptă de viteză la alta să fie redus cu până
la 0.2 secunde , fără a produce șocuri și vibrații în transmisie.
Modul de funcționare al cutiei de viteze cu dublu ambreiaj prezintă următoarele
avantaje:
 comparativ cu o cutie de viteze manuală :
– schimbarea treptelor de viteză este mult mai rapidă, datorită preselecției;
– schimbarea treptei de viteză are loc fără întreruperea flu xului de putere;
– schimbarea este lină și fără șoc a treptelor de viteză, lucru care se
datorează patinării controlate a ambreiajelor;
 comparativ cu o cutie automată clasică, cu hidrotransformator :
– schimbarea mai rapidă a treptelor de viteză, datorită preselecției;
– randament mai bun, datorită lipsei hidrotransformat orului.
În funcție de tipul ambreiajelor și de modul de acționare al acestora cutiile cu dublu
ambreiaj se clasifică în:
 cutii cu ambreiaje multidisc, umede, acționate hidraulic
 cutii cu ambreiaje monodisc, uscate, acționate electric

LUCRARE DE LICENȚĂ
22

Fig. 3. 10. Ambreiajul dublu DualTronic, cu frecare uscată.

Principalul criteriu de utilizare a unui ambreiaj multidisc umed sau a unuia
monodisc uscat este cuplul motor maxim transmis. Astfel, în cazul în care, cuplul motor
maxim depășește 250 Nm este de preferat să se utilizeze ambreiaje multidisc umede. Pe
lângă avantajul cuplului transmis, un ambreiaj multidisc umed, disipă căldura mai ușor,
nu se uzează iar cuplarea și decuplarea este mai lină și fără șocuri.
La automobilele la care propulsorul dezvoltă sub 200 – 250 Nm utilizarea unor
ambreiaje monodisc, uscate, acționate electric prezintă avantajul consumului mai scăzut
de combustibil, datorită lipsei pompei de ulei și a pierderilor prin frecări mai reduse.

Fig. 3. 11. Dublu ambreiaj cu frecare umedă.

Cutia de viteze directă sau DSG (direct -shift -gear)

Concepută de către compania BorgWarner și implementată pe modelele
Volkswagen și Audi la începutul anului 2003, transmisia DSG s -a dovedit a fi
revoluționară în industia automobilistică prin avantajele pe care le conferă: performanțe
dinamice deosebite, confort sporit în conducere, etc.
Avantajul continuității cuplului motor transmis, în timpul schimbării de treaptă, are
impact direct asupra performanțelor dinamice ale automobilului echipat cu cutie cu dublu
ambreiaj. Astfel, la cutia DSG, în timpul schimbării de traptă, nu se mai pierde viteză
deoarece cuplul motor este transmis continuu. Din acest motiv un automobil cu cutie
DSG, comprativ cu unul cu cutie manuală, va avea timp de demarare mai mic .

LUCRARE DE LICENȚĂ
23
Comparație profil viteză automobil în regim de demarare
(Vw)

Vv-viteza autovehiculului
Δt – diferența de timp de demarare

Fig.3.12.

Acest tip de transmisie DSG poate fi acționată de către conducător în modul
automat sau manual, prin intermediul levierului schimbătorului, respectiv al padelelor de
comutare de la nivelul volanului.
În figura 3. 13 se prezintă cele două seturi de ambreiaje și modul de cuplare a
treptelor de viteză pentru cutia DSG.

1. angrenare diferențial
2. treapta de mers înapoi
3. treapta 6
4. treapta 5
5. treapta 1
6. treapta 3
7. treapta 4
8. treapta 2
9. angrenare diferențial
10. diferențial
11. arbore de intrare 1
12. arbore de intrare 2
13. ambreiaj 2
14. ambreiaj 1

Fig.3.13. Cutia de viteze DSG

LUCRARE DE LICENȚĂ
24

Ambreiaj primar

Ambreiaj secundar

Neutru(scoasă din viteză)

LUCRARE DE LICENȚĂ
25

Viteza I

Viteza a II -a

LUCRARE DE LICENȚĂ
26

Viteza a III -a

Viteza a IV -a

LUCRARE DE LICENȚĂ
27

Viteza a V -a

LUCRARE DE LICENȚĂ
28

Viteza a VI -a
Fig. 3. 14. Modul de cuplare a treptelor cutiei DSG.

Avantajul acestei soluții constă în posibilitatea de a schimba vitezele fără
întreruperea puterii. În schimb apărea dezavantajul că cele două ambreiaje operau într –
o baie de ulei care avea rolul de a menține temperaturile la un nivel scăzut iar uleiul avea
nevoie de pompe de injecție mari care să mențină fluiditatea lichidului în sistem.
Pentru a înlătura acest dezavantaj, noua generație a pachetului BorgWarner se
bazează pe discuri de ambreiaj umede care au nevoie de pompe mai mici și de lubrifiere
mai scăzută. În plus, materiale le din care sunt construite discurile de ambreiaj au fost și
ele modificate pentru a permite schimbul de temperatură. Acestea nu se degradează la
frecare, permițând o durată de viață sensibil mai lungă.

În funcție de tipul ambreiajelor utilizate, de numă rul de trepte, precum și de cuplul
maxim de intrare, există trei tipuri constructive de cutii DSG:

Tip cutie DSG Caracteristici
Dq250  Cuplu maxim 350 nm
 Ambreiaje multidisc, umede
 6+1 trepte
Dq200  Cuplu maxim 250 nm
 Ambreiaje monodisc, uscate
 7+1 trepte
Dq500  Cuplu maxim 500 nm
 Ambreiaje multidisc, umede
 7+1 trepte

Avantajele cutiei DSG îmbină avantajele cutiei de viteze manuală (randament
ridicat, sportivitate) cât și avantajele unei cutii de viteze automate (confort, schimbare
treptelor de viteză fără întreruperea cuplului motor).

LUCRARE DE LICENȚĂ
29
1.radiator ulei
2.pompa ulei transmiși
3.modul mecatronic
4.ambreaj multidisc

Cuplul motor este transferat, prin
intermediul celor două ambreiaj,
arborilor de intrare în cutia de viteze.
Un arbore de intrare transmite
mișcarea treptelor impare (1, 3 și 5) iar
cel de -al doilea treptelor pare (2, 4 și 6)
și treptei de mers înapoi (R).

Fig.3.15.

3.5.3. Cutia de viteze SMG sau Easy -tronic

Principiul de funcționare al acestor tipuri de transmisii este foarte asemănător cu
cel al transmisiilor manuale, diferența în acest caz fiind faptul că selectarea vitezelor se
face cu ajutorul unor actuatoare hidraulice. Spre deosebire de transmisia preze ntată mai
devreme, avantajul acestei transmisii este acela de a putea selecta secvențial , adică
poate sări direct la treapta necesară fără a fi necesară trecerea prin fiecare treaptă.
Un exemplu ar fi atunci când în cazul frânării bruște autoturismul se af lă în treapta
a cincea, iar pentru a continua drumul avem nevoie de a schimba în treapta a treia.
Aceste transmisii sunt practic cutii manuale acționate automat, ușor de utilizat și
care scad timpul de selectare și cuplare a treptelor.

Fig. 3. 16. Cutia de viteze SMG.

LUCRARE DE LICENȚĂ
30
3.5.4. Cutia de viteze cu variator mecanic cu lanț (Multitronic, CVT Continous
Variable Transmissions)

Transmisiile care au în componen ță cutii de viteze mecanice în trepte oferă maxim
cinci sau șase rapoarte de transmitere, ceea ce determină rezolvarea în mod incomplet,
discontinuu și frecvent neeconomic a adaptării motorului la cerințele autopropulsării
automobilului. Utilizarea cu eficien ță maximă a performanțelor sursei energetice este
posibilă nu mai prin utilizarea unei cutii de viteze cu variație continuă a raportului de
transmitere.
Transmisiile cu variație continuă a raportului de transmitere, denumite
CVT(Continous Variable Transmission), pe lângă mecanismele clasice de adaptare și
transfer al fluxului de putere, au în componen ța lor și convertizoare mecanice de cuplu
cu variație continuă a raportului de transmitere.
Variatoarele mecanice ce intră în componența cutiilor de tip CVT sunt bazate pe
principiul transmiterii fluxului de putere între unitatea de intrare și cea de ieșire printr -un
element de legătură, rigid sau flexibil, care prin modificarea poziției față de aceste două
elemente determină modificarea raportului de transmitere. Singura soluție aplicabilă în
producția de serie este cea a convertizoarelor cu fulii de diametru variabil, cu element
intermediar flexibil, continuu sau articulat.
În figura 3.8 se poate vedea cureaua metalică făcută din oțel extra rezistent care
angrenează pe cele două role cu diametru variabil. Una este montată pe arborele
conducător, care primește mișcarea de la motor prin ambreiaj și o altă rolă care este
montată pe arborele condus, conectat la diferențial .

Fig. 3. 17.Variator mecanic.

O altă consecință pozitivă este sporirea gradului de confort: urcarea unei pante
mai lungi este însoțită inevitabil de demultiplicări repetate, pe măsură ce motorul încearcă
să găsească puterea necesară. Datorită transmisiei CVT, rotațiile motorului rămân
constante, autoreglându -se uniform pentru a asigura menținerea momentului mecanic.
Acest tip de transmisie reduce pierderile de putere în mai mare măsură decât transmisiile
automate convenționale , rezultatul constând în ameliorarea eficienț ei și accelerației .
Utilizarea CVT asigură:
 îmbunătățirea performanțelor dinamice și de consum, în special în
regimurile tranzitorii, prin adoptarea din domeniul de reglare a raportului optim de
transmitere;
 sporirea duratei de utilizare a motorului prin t ransmiterea fluxului de putere
în mod continuu;

LUCRARE DE LICENȚĂ
31
 ameliorarea confortului în conducere prin automatizarea cuplării
ambreiajului și a schimbării rapoartelor de transmitere;
 îmbunătățirea controlului emisiilor poluante și reducerea nivelului de
zgomot.
Pentru a fi adaptabil la autoturisme, acest tip de transmisie trebuie să răspundă
următoarelor cerințe :
 să ofere o gamă de reglare comparabilă sau superioară transmisiilor
clasice, mecanice în trepte cu comandă manuală sau automată;
 să transmită puteri mari în condiții de randament maxim;
 să fie compacte, pentru ca într-un ansamblu de transmisie monobloc să
poată echipa autoturisme cu echipamentul de tracțiune organizat în varianta totul pe față
transversal;
 să ofere ansamblului transmisiei o fiabilitate compatibilă cu soluțiile clasice;
 să implice costuri minime de fabricație și întreținere ;
 să necesite un sistem de comandă și de reglare simplu, fiabil și compatibil
cu celelalte sisteme incluse în construcția autoturismelor: injecția de benzină, sistemul de
prevenire a blocării roților la frânare (ABS), etc.
Tipurile de variatoare sunt prezentate în figura 3.9.

Fig. 3. 18. Tipuri de transmisii ale CVT.

În funcție de sarcina motorului aceste role își modifică diametrul astfel încât se
modifică și raportul de transmitere, motorul rămânând la turație constantă.
Sistemul multitronic folosește o transmisie prin lanț, un ambreiaj multiplu cu
răcire prin ulei, inițial din șase pârți, mai târziu din șapte pentru a -i permite să facă mai
bine față cuplului motoarelor turbodiesel mai mari și electronica complexă pentru a depăși
lipsurile tradiționale ale mecanismului de transmisie variabilă continuă CVT.
Multitronic oferă de asemenea un număr de raporturi fix e, de acționare selectabile
care sunt acționate , fie din pârghia mecanismului de acționare într-un mod secvențial , fie
prin comandă prin buton opțional .
Multitronic se folosește doar la modelele cu tracțiune față, de exemplu la Audi A4
și A6. Nu este comp atibil la Quattro sau la mașinile cu motor transversal.

LUCRARE DE LICENȚĂ
32
Dacă la început cuplul maxim era de maxim 310Nm acum acesta este adus la
400Nm datorită îmbunătățirilor aduse acestui tip de transmisie.

Fig. 3.1 9. Cutie de viteze CVT.

3.5.5. Cutia de viteze Hydra -Matic sau Tiptronic

Hydra -Matic sau Tiptronic(figura 3.11) sunt cutii automate cu posibilitatea de a
selecta treptele manual, această denumire îi aparține grupului VAG dar genul acesta de
cutie este larg folosită în industria automobilistică, fiecar e producător dându -i un alt nume
(BMW -Steptronic, Mercedes -TouchShift, Volvo -Geartronic, etc.)
Prin comutarea fără întrerupere a forței de tracțiune , în orice moment este posibilă
trecerea de la funcționarea automată la acționarea manuală. La atingerea l imitei de
turație din motive de siguranță , tiptronic trece la faza superioară automat și în modul
manual ( depășirea în tracțiune nu este întreruptă prin utilizarea limitatorului de turație ).
Transmisia tiptronic permite conducerea sport și utilizarea contr olată a frânei de
motor prin coborârea într -o treaptă inferioară înaintea unei curbe.

Fig. 3. 20. Cutia de viteze Tiptronic

LUCRARE DE LICENȚĂ
33
Un aspect dinamic important al transmisiilor planetare îl constituie circulația de
putere care reprezintă distribuția puterii de intrare pe ramurile transmisiei împreună cu
sensul de transmitere dat de sensul vitezelor unghiulare ale arborilor.
Cutiile de viteze automate, în denumirea populară mai sunt numite și cutii
„hidramate”. Această denumire se datorează cutiilor d e viteze automate produse de
compania General Motors sub denumirea de Hydra -Matic(figura 3.12). Cutiile „hidramate”
sunt de fapt cutii automate clasice cu hidrotransformator și mecanisme planetare.

Fig. 3. 21. Cutia automată Hydra -Matic .

LUCRARE DE LICENȚĂ
34
4. Materiale utilizate in construcț ia cutiei de viteze

Roțile dinț ate se execut ă din oț eluri aliate.
Pentru mărirea duratei de funcționare , roțile dințate sunt supuse unui tratament
termochimic (cementare sau cianurare), urmat de tratamentul termic corespunzător . În
cazul roților dințate care se cementează , se utilizează oțelurile aliate de tipul 15 CO 8,18
MC 10, 18 MoCN 13X, 21 MoMc 12X, 13 CN 30 X, 21 TMC 12 sau 28 TMC 12 (STAS
791-66). Pentru ro țile din țate care se cianureaz ă se folosesc, în general, oțelurile aliate
cu Cr -Ni-Mo.
Arborii cutiei de viteze sunt executați , în general, din o țeluri aliate. Pentru arborii
executați dintr-o bucat ă cu ro țile din țate, se recomand ă același material ca și roțile
dințate, iar pentru ceilalți arbori, o țeluri aliate cu un conținut mediu de carbon, de tipul: 41
MoC 11X, 40 C 10,50 VC 11 etc.
Carterul cutiei de viteze este executat, de obicei, din font ă cenușie , nealiat ă de
rezisten ță medie. Pentru reducerea greutății se utilizează și cartere din aliaje de aluminiu
(Dacia, Oltcit).

LUCRARE DE LICENȚĂ
35
5. Construcție și funcționare

5.1. Alegerea tipului constructiv

Cutia de viteze realizează, prin valori diferite ale rapoartelor de transmitere numite
trepte de viteză, acordarea posibilităților energetice ale motorului la cerințele energetice
ale automobilului în mișcare cu asigurarea unor performanțe dinamice, de consum de
combustibil și de poluare cât mai bune. Cutiei de viteze, a cărei necesitate este
determinată de incapacitatea motorului de a satisface diversitatea condițiilor de
autopropulsare, îndeplinește următoarele funcțiuni :
 schimbarea raportului de transmitere :
– este funcția principală a unei cutii de viteze; se realizează astfel modificarea forței
de tracțiune și a vitezei de deplas are în funcție de variația rezistențelor la înaintare și/sau
de regimul de circulație al automobilului; în plus oferă posibilitatea autopropulsării
automobilului cu viteze reduse, ce nu pot fi asigurate în mod direct de motorul cu ardere
internă care are turația minimă stabilă relativ mare;
 inversor al sensului de mers al automobilului :
– cum sensul de rotație al motorului este prin concepție unic, cutia de viteze conține
elemente a căror dispunere permite, când este necesară inversarea sensului de rotație a
arborelui de ieșire ;
 decuplează motorul termic de roțile motoare (punct mort ):
– deoarece prin concepție , ambreiajul nu poate fi decuplat decât temporar, pentru
situațiile în care este necesară funcționarea motorului cu automobilul imobilizat, lanțul
cinematic este întrerupt prin aducerea elementelor mobile de cuplare într -o poziție neutră.

5.2. Organizarea cinematică a mecanismului reductor
5.2.1. Arborii cutiei de viteze

Arborii cutiile de viteze se montează pe carter ținând seama de organizarea
ansamblului și de particularitățile de funcționare ale fiecăruia dintre arbori. Ei sunt
considerați arbori lungi. Lungimea lor este determinată de soluția constructivă aleasă, de
numărul de trepte de viteză, de dimensiunile elementelor de cuplare și de felul etanșărilor .
De aceea, la proiectare trebuie realizată posibilitatea dilatărilor termice, pentru a nu se
influen ța mărimea jocurilor din lagăre.
Luând în considerare deformațiile termice precum și necesitatea preluării
eforturilor axiale, rezultate din u tilizarea angrenajelor cu roți dințate cu dantură înclinată
și din mecanismele de cuplare, rezultă ca regul ă generală faptul că lagărele pe care se
sprijină arborii se montează unul fix în direcție axial, pentru preluarea forțelor axiale, iar
celălalt libe r în direcție axială, pentru preluarea deformațiilor termice.
Asamblarea componentelor ce urmează a fi solidarizate cu arborii ( roți dințate ,
butuci ai sincronizatoarelor etc.) se realizează prin caneluri. Cel mai utilizat tip de caneluri
este cel cu profil evolventic. Centrarea elementelor asamblate pe arbori se face pe
canelurilor sau pe diametrul exterior. Centrarea pe flancuri este utiliza tă pentru
componentele fără mișcare relativă față de arbore ( roți fixe); centrarea pe diametrul
exterior se utilizează în cazul roților montate liber.

LUCRARE DE LICENȚĂ
36
Arborele primar primește mișcarea de la arborele cotit al motorului prin
intermediul ambreiajului, în ca zul cutiilor de viteze transversale, sau prin intermediul
ambreiajului și arborele primar are o construcție similară arborelui intermediar al cutiilor
de viteză cu trei arbori.
În cazul cutiilor de viteze pentru autoturisme de talie mică și medie, roțile dințate
sunt fixate pe arbore. Dacă diametrele roților și arborelui sunt compatibile cu tehnologia
de forjare, ele fac corp comun; dacă diametrele sunt foarte diferite, roțile dințate sunt
fixate prin frec are sau prin sudură prin fricțiune .
În cazul cutii lor de viteze încărcate de momente de torsiune mari numai roțile
treptelor inferioare (I, II) și mers înapoi – caracterizate de diametre mici – fac corp comun
cu arborele, celelalte fiind montate liber.
De regulă lagărul anterior preia numai sarcinile radi ale, iar lagărul posterior și
sarcinile axiale. În funcția de mărimea sarcinii axiale, lagărul posterior poate fi realizat cu
rulmentul radial -axial cu bile (în cazul cutiilor de viteze transversale), sau cu rulment
special dublu, cu bile sau role conice, ce poate prelua eforturile în ambele sensuri.
În partea din față antrenarea arborelui primar de către discul condus de ambreiaj
sau de către arborele ambreiaj se face prin caneluri evolventice.
Arborele secundar al cutiilor de viteze destinate autoturism elor organizate după
soluția totul față transversal sau longitudinal face corp comun cu pinionul cilindric sau
conic al angrenajului transmisiei principale.
Pe arborele secundar sunt montate liber roțile dințate conduse ale angrenajelor și
fix radial și a xial elementele imobile ale sincronizatoarelor.
Arborele secundar se sprijină pe carter pe două lagăre, al căror tip constructiv
depinde de tipul transmisiei principale (cilindric conic) și de momentul de încărcare.
Lagărul anterior, situat în imediata v ecinătate a pinionului transmisiei principale,
este un lagăr radial
Lagărul posterior este un lagăr ce poate prelua în ambele sensuri și sarcinile axiale
dezvoltate în angrenajele treptelor și angrenajul transmisei principale.

5.2.2. Lagărele cutiei de viteze

Sunt componente prin intermediul cărora arborii mecanismului reductor se sprijină
pe carter pentru a le permite: fixarea și ghidarea, rotația și preluarea eforturilor în timpul
funcționării .
Principalele cerințe funcționale sunt: funcționarea silențioasă , capacitate portantă
mare la un gabarit minim, durabilitate, reglaje minime în exploatare și să permită variațiile
de lungime ale arborilor.
În construcția cutiilor de viteze sunt utilizate lagăre cu alunecare (lagăre fluide) și
lagăre cu rostogo lire (rulmenți ).
Alegerea tipului de lagăr se face în funcție de:
– organizarea transmisiei – carter comun al cutiei de viteze și al punții motoare;
– poziția motorului (transversal sau longitudinal), ce implică utilizarea unui angrenaj
cilindric sau conic pentru transmisia principală;
– poziția cutiei de viteze – în prelungirea motorului sau în partea inferioară a
acestuia;
– tipul și mărimea încărcărilor – radiale, radial -axiale.

Lagărele cu alunecare (fluide) pentru sprijinirea arborilor mecanismului reductor
pe carter sunt utilizate în construcția cutiilor de viteză, deoarece necesită o ungere din
abundență (sub presiune), realizabilă, obligatoriu prin uti lizarea unei pompe de ulei.

LUCRARE DE LICENȚĂ
37
Avantajele acestui tip de lagăr sunt: suportă sarcini radiale foarte mari la un gabarit
minim (0,001 față de 0,0015 în cazul rulmenților cu bile, sau 0,003…0,005 pentru rulmenți
cu role).
Utilizate cu preponderență ca lagăre l a arborele cotit al motorului au fost adoptate
și în construcția cutiilor de viteze amplasate transversal, în partea inferioară ale acestora.
Ungerea comună a motorului și cutiei de viteze se realizează de către pompa de ulei.

Lagărele cu rostogolire (rulmenți ) sunt cele mai răspândite în construcția cutiilor
de viteze, deoarece se adaptează perfect ungerii prin barbotare.

Rulmenții au în componen ță elemente de rostogolire – bile, role, ace – montate
între inelul interior și inelul exterior. Inelele s unt solidarizate cu elemente fixe, respectiv
mobile, ale lagărului.
În cazul în care gabaritul disponibil este minim, unul dintre inele rulmenților cu role
cilindrice sau cu ace poate să lipsească, astfel încât corpurile de rostogolire sunt în
contact dir ect cu un element exterior (ex. roată liberă), sau interior (ex. arbore
secundar).În acest caz aceste căi de rulare neconvenționale îndeplinesc cerințele severe
de calitate și duritate necesare bunei funcționări .
Montarea rulmenților este dependentă de ti pul lor. La rulmenții cu bile sau cu role
cilindrice nu se montează niciodată cu strângere ambele inele, deoarece există riscul
deteriorării lagărului prin diminuarea jocului de funcționare . Pentru arbore (cazul general
al rulmenților cutiei de viteze) ine lul interior se montează cu “strângere”, iar inelul exterior
cu “cu alunecare”.
Rulmenții cu role conice, în general, se montează pe arbore în pereche și în
opoziție , în ”X”.
Forțele axiale pot fi preluate și printr -un rulment compus – rulment biconic.
Concepția acestui tip de rulment simplifică construcția ansamblului. Jocul de funcționare ,
determinat constructiv, este marcat pe rulment, fără a se putea intervenii asupra mărimii
lui.

Clasificarea rulmenților cutiilor de viteze și caracteristicile lor ge nerale sunt
cuprinse în tabelul 7.1.

Tipul rulmentului Capacitatea de a prelua forța
Axiale Radiale Rulmenți simplii
Rulmenți
radiali cu bile pe un
rând cu calea de
rulare adâncă Depinde
de adâncimea
canalelor din
căile de rulare Medie

Rulmenți
radiali -axiali cu bile
cu simplu efect Medii
într-un singur
sens Medie

LUCRARE DE LICENȚĂ
38

Rulmenți
radiali -axiali cu role
conice pe un singur
rând Mari,
într-un singur
sens Mari

Rulmenți
radiali cu role
cilindrice pe un
singur rând Nule Foarte mari
Rulmenți
radiali cu ace Nule Mari Rulmenți compuși
Rulmenți
radiali -axiali cu bile
cu dublu efect Medii, in
ambele sensuri Mari
Rulmenți
radiali cu role
cilindrice pe două
rânduri Foarte
mari, in ambele
sensuri Mari

Tabelul 5.1. Tipuri de rulmenți utilizați în cutiile de viteză

5.2.3. Roțile dințate

Roțile dințate utilizate la cutiile de viteze au dantură înclinată, cu profil în elocven ță.
Roțile dințate cu dinți drepți sunt simple și ieftine dar funcționează zgomotos și se uzează
rapid. Utilizarea lor este limitată de realizarea treptei de mers înapoi, când se folosesc
angrenaje decuplabile cu roți baladoare .
Dantura înclinată se folosește întotdeauna când roțile dințate sunt în angrenare
permanentă. Față de cele cu dinți drepți sunt mai rezistente, permit micșorarea distanței
între axe, funcționează uniform și cu zgomot redus. Ca dezavantaje utilizarea danturii
înclinate determină apariția forțelor axiale cu necesitatea preluării lor, iar în utilizarea
angrenajelor permanente determină apariția reducerea randamentului, prin frecările
suplimentare dintre roți și arbore, și lungimea cutiei, prin introducerea elementelor de
cuplare. Unghiul de înclinar e are valori cuprinse între 20…300, crescătoare de la prima
spre ultima treaptă de viteză.

LUCRARE DE LICENȚĂ
39
Profilul utilizat pentru dantură este profilul în elocventă , deoarece asigură sporirea
capacității portante a danturii, permite corectarea danturii și realizează funcționarea fără
zgomot.
Toate angrenajele cutiei de viteze sunt corectate pe înălțime prin deplasarea
profilului sculei în raport cu cercul de divizare al roții. În acest caz, înălțimea totală a
dintelui rămâne neschimbată, schimbându -se numai raportul în tre înălțimea capului și a
piciorului dintelui. În cazul angrenajului, deplasarea pozitivă a sculei se aplică roții dințate
de diametru mai mic. În raport cu deplasarea normală, la care linia mediană a înălțimii
profilului sculei este tangentă la cercul de divizare al roții, la dantura corectată scula este
depărtată cu distan ța m de cercul de divizare, spre exterior. Coeficientul m, care exprimă
raportul dintre deplasarea radială a liniei mediane a sculei și modulul danturii, se numește
coeficient de depl asare specifică. Prin deplasare specifică pozitivă, la aceeași înălțime
totală a dintelui, ca în cazul danturii normale, crește înălțimea capului dintelui; în schimb
înălțimea piciorului dintelui se reduce. În consecință , razele cercurilor interior și exte rior
s-au mărit; dintele este flancat de alte porțiuni de elocventă , mai depărtate de cercul de
bază, cu raze de curburi mai mari, respectiv cu formă mai plată. În felul acesta dintele a
devenit mai robust la bază și mai îngust la periferie, iar grosimea d intelui măsurată pe
cercul de divizare a devenit mai mare decât jumătatea pasului. Rezultă că la corijarea
prin deplasarea pozitivă a sculei se obține un dinte mai rezistent.
La roata dințată cu diametrul mai mare se aplică deplasarea negativă a sculei, l a
care linia ei mediană se apropie de centrul roții rămânând distanțată cu m față de cercul
de divizare. În acest caz rezultă un dinte mai gros la periferie, însă piciorul slăbit.
La roțile dințate ale treptelor superioare, unde rapoartele de transmitere sunt
reduse și roțile au dimensiuni apropiate, se folosește uneori corectarea danturii prin
modificarea unghiului de angrenare de la 200 la 17030’ sau la 140. Prin reducerea
unghiului de angrenare ,
gradul de acoperire crește iar
presiunea normală pe dinte
scade.
În construcția cutiei de
viteze, roțile dințate pot fi
montate dependente de
rotația arborelui, sau
independente (libere) de
aceasta. S -a arătat că roțile
dependente pot fi executate
împreună cu arborele, sau se
montează pe arbori prin
îmbinări demontabile sau
nedemontabile.
Roțile dințate libere,
care prin rigidizare cu arborele
secundar formează diferitele
trepte de viteză, se montează fie rezemate dire ct pe arbore, fie rezemate prin lagăre de
alunecare, sau lagăre de rostogolire (fig.5. 1.). În figura 5.1.a. se prezintă soluția de
montare a roții libere direct pe canelurile arborelui intermediar. Pentru diminuarea
frecărilor, zona de rezemare a roții pe arbore este unsă forțat de uleiul centrifugal din
canalele din arbore la rotirea arborelui. La soluția din figura 5. 1.b., roata liberă se
montează pe arborele intermediar prin lagăr de alunecare. Între roata dințată și arbore se
introduce o bucșă de bronz, care înlătură fiecare dintre piesele de oțel. În figura 5. 1.c.
roata liberă se montează pe arbore prin intermediul unui rulment cu ace într -o soluție
a) b) c)

Fig.5. 1. Soluții de montare a roților libere

LUCRARE DE LICENȚĂ
40
constructivă asemănătoare cazului precedent. Ungerea lagărului este făcută printr -un
sistem de canale practicat în roți.
Deoarece roțile libere participă la realizarea treptelor de viteză prin solidarizarea
lor cu arborele de susținere prin intermediul mecanismelor de cuplare, roțile libere sunt
prevăzute cu danturi de cuplare. În vederea unei cupl ări ușoare , danturile de cuplare se
execută cu module mici, astfel cala diametre de divizare reduse să se dispună de un
număr cât mai mare de dinți.
Roțile dințate din cutiile de viteze se execută din oțel aliat, respectiv oțel aliat
superior, la care se aplică diferite tratamente termice sau termochimice. Miezul dintelui
trebuie să fie tenace, pentru a suporta sarcinile mari de șoc, și suficient de rezistent la
încovoiere, iar suprafețele de contact să fie dure, spre a rezista la uzură.

5.2.4. Carterul cutiei de viteze

Carterul mecanismului reductor reunește elementele ansamblului cutiei de viteze
și le menține în poziția de funcționare ; protejează organele interne de mediul exterior și
conservă uleiul necesar ungerii și răcirii elementelor aflate în mișcare relativă; permite
fixarea ansamblului transmisiei pe carterul motorului în cazul grupului motopropulsor
compact; în cazul transmisiilor organizate după soluția totul față, înglobează
mecanismele centrale ale punții motoare: transmisia principală și diferențialul .
Carterul cutiei de viteze trebuie să îndeplinească următoarele cerințe : să fie rigid
și ușor, etanș , dar bine ventilat pentru a evita suprapresiunea internă la creșterea
temperaturii în funcționare , puțin mai zgomotos prin evitarea amplifi cării vibrațiilor
provenite de la angrenaje și de motor, să evacueze rapid căldura în timpul funcționării .

Concepte tehnologice

Concepția carterului cutiei de viteze se face ținând seama de: satisfacerea rolului
funcțional ; tipul de organizare a echipamentului motopropulsor și poziția cutiei
(longitudinală, transversală); seria de fabricație ; posibilitățile tehnologice; derivatele
opționale ale cutiei de bază (4×2 față, spate sau integrală).
Deși carterul poate satisface p oate diferite cerințe de fabricare, el poate fi
necorespunzător din punct de vedere al zgomotului în funcționare . Aceasta se datorează
în general vibrațiilor emise de angrenaje, vibrații care pot fi amplificate prin efectul de
“membrană” al unora dintre pârțile laterale ale carterului.
Diminuarea zgomotului se face printr -o nervurate corespunzătoare a pereților
ansamblului.
În stare de proiect, carterul cutiei de viteze nu satisface decât rolurile principale
enumerate. Tehnologia adoptată de constructor poa te sa -i confere în plus un raport de
calitate/ preț optim.
Complexitatea, forma și aspectul pieselor variază în funcție de: materialele utilizate
(aluminiu sau fontă) procedeul de turnare a semifabricatelor.
Alegerea materialului depinde atât de aspecte funcționale – încărcare, zgomot, cât
și de aspecte tehnologice – producția zilnică, procedeul de turnare și tehnologia de
uzinare disponibilă etc. De regulă, în construcția unui carter al cutiei de viteze, datorită
dificultăților de obținere a calităților suprafețelor la uzinare cu aceeași viteză de așchiere
și modificării diferențiate a formei și dimensiunilor la creșterea temperaturii, se utilizează
un singur tip de material.

LUCRARE DE LICENȚĂ
41
Carterele cutiilor de viteze ale autoturismelor și autoutilitarelor ușoare se toarn ă
din aliaje de aluminiu. Compoziția chimică depinde de procedeul de turnare. Astfel se
utilizează aliajul:
AS10U4 la turnarea sub presiune a pieselor de serie mare;
AS9U4 la turnarea statică în cochilă metalică a pieselor de serie medie;
AS5U3 la turnarea în formă de nisip a pieselo r prototip și serie foarte mică.

Ventilația carterului

Frecările dintre elementele aflate în mișcare relativă sporesc temperatura internă,
ceea ce determină dilatarea aerului și creșterea presiunii; la valori mari creșter ea presiunii
poate deforma garniturile de etanșare , provocând pierderi de ulei. Temperatura poate
urca până la 1500C și poate atinge chiar 1700C (la nivelul suprafețelor de frecare ale
sincronizatoarelor).
Pentru a evita scurgerile de ulei, cutiile de viteze sunt echipate cu o supapă de
aerisire, ce permite ieșirea sau intrarea aerului, dar oprește trecerea particulelor solide
sau lichide.
Amplasarea supapei se face în partea superioară a carterului, într -o zonă în acre
aceasta este protejată de stropii de ulei.

Etanșarea carterului cutiei de viteze

La asamblarea elementelor ce constituie cutia de viteze există două tipuri de
etanșări :
– etanșări între elementele statice (ce formează carterul cutiei de vi teze);
– etanșări între elementele cu mișcare relativă (arbori, axe și carter).
Tipul de etanșare între elementele statice depind de abaterile admise între
componentele ansamblului.
În cazul preciziei necesare mari (ex.: semi cartere ) se utilizează o pas tă de
elastomer, ce formează un filtru etanș între micro neregularitățile suprafețelor frezate
aflate în contact.
În cazul etanșării capace/carter se utilizează garnituri din:
– hârtie (ex.: carter ambreiaj/carter cutie de viteze la DACIA 1310);
– elastomer de formă toroidală (ex.: capac treapta a V -a/carter cutie de viteze la
DACIA Nova);
– mastic de etanșare în cazul unor capace din tablă ambutisată.
Când este necesară etanșarea arborilor de transmisie intrare – ieșire sau a axelor
de comandă se apelează la manșetele de etanșare cilindrice cu una sau cu două margini
de etanșare .
Materialele utilizate în construcția acestora sunt dependente de regimul termic
maxim al ansamblului cutiei de viteze: nitril (900C), poli acrilat (1200C) etc.

Construc ția carterului cutiei de viteze

Carterul asamblat (fig.5.2.) reprezintă o soluție specifică transmisiilor
autoturismelor și autoutilitarelor ușoare organizate după soluția totul față, cu motorul
amplasat longitudinal sau transversal. Uzinarea este mai c omplexă decât cazul carterului
monobloc, deoarece se are în vedere existenta unor suprafețe suplimentare – cele de
asamblare și cele de centrare a elementelor componente. Este compus din mai multe
elemente, care sunt uzinate împreună pentru a forma ” carter ul asamblat ”.

LUCRARE DE LICENȚĂ
42
Carterul asamblat reprezintă o altă soluție ce poate fi obținut prin turnare sub
presiune a elementelor componente. Turnarea sub presiune conferă pieselor finite:
precizie mare, rigiditate satisfăcătoarele și masă redusă.
Carterul asamblat al cutiilor de viteze longitudinale (fig. 5.2.a.) satisface toate
soluțiile de organizare a transmisiei care sunt folosite când motorul este amplasat
longitudinal: clasică, totul față sau integrală. Construcția este realizată din două semi
cartere ce conțin în planul de asamblare axele arborilor.

a) b)
Fig.5.2. Construcția carterului asamblat

Fixarea pe motor a cutiei de viteze se face fie printr -o flanșă ce delimitează carterul
ambreiaj, fie printr -un carter ambreiaj separat.
Carterul asam blat al cutiilor de viteze transversale (fig. 5.2.b.) este constituit din
două sau din trei elemente care au suprafețele de asamblare perpendiculare pe axele
arborilor.
Soluția cu două elemente este specifică cutiilor de viteze cu doi arbori și cinci trept e
(ex. DACIA Nova), sau trei arbori și șase trepte (VOLVO M56, OPEL Calibra). Soluția cu
trei elemente este specifică cutiilor de viteze cu doi arbori și șase trepte (FIAT Punte ).
Elementele ansamblului sunt: carter ambreiaj și mecanismele centrale ale punții
motoare; carter mecanism reductor cutie de viteze și capac treapta a V -a (doi arbori, cinci
trepte) sau carter treptele a V -a și a VI -a (doi arbori, șase trepte).

5.2.5. Ungerea cutiei de viteze

Ungerea componentelor cutiei de viteze este necesară pentru diminuarea
pierderilor de energie prin frecare și a uzurii componentelor cutiei de viteze și pentru
evacuarea căldurii.
Modul în care se realizează ungerea în cutiile de viteze este dependent de poziția
cutiei de viteze în raport cu motorul.
Unger ea mixtă, sub presiune -barbotare, se folosește în cazul cutiei de viteze
montată sub motor, când ungerea este asigurată de uleiul motor și se efectuează mixt
prin presiune și barbotare.
Ungerea prin barbotare se folosește în cazul cutiei de viteze independentă de
motor, situația majorității automobilelor, când nu dispune de o pompă de ulei.
Pentru asigurarea ungerii, roțile dințate ale arborelui (arborilor) inferior sunt parțial
imersate în ulei, asigurând în acest fel un gerea danturii aflate în contact. Centrifugarea
uleiului provoacă o pulverizare a acestuia asupra tuturor organelor interne și proiectarea
unei cantități pe pereții carterului. Acest contact cu carterul contribuie în mare parte la
răcirea uleiului.

LUCRARE DE LICENȚĂ
43
În plu s, centrifugarea antrenează o circulație de ulei din centru către periferia
pinioanelor. Pentru a valorifica acest fenomen, un alezaj practicat în interiorul arborilor
permite aspirarea uleiului prin centrul arborelui, realizând astfel ungerea alezajelor roților
libere.
Ungerea părților frontale ale pinioanelor libere se face frecvent prin practicarea
unui canal circular excentric pe fața opusă mecanismului de cuplare, canal care asigură
o circulație de ulei satisfăcătoare.
Nivelul uleiului în baia de ule i a cutiei de viteze este controlat frecvent prin
poziționarea bușonului de umplere pe unul din pereții laterali la o înălțime precis
determinată de constructor prin teste complexe.
La partea inferioară a carcasei se găsește un bușon de golire, care este prevăzut
de cele mai multe ori cu un magnet ce colectează particulele metalice.

5.3. Predimensionarea angrenajelor de roți dințate

Calculul cutiilor de viteze urmărește determinarea parametrilor acestora pentru
obținerea , din faza de proiectare, a unor calități dinamice și economice optime pentru
automobilul respectiv.
Calculul cutiilor de viteze cuprinde dimensionarea și verificarea angrenajelor,
dimensionarea și verificarea arborilor, calculul rulmenților , dispozitivelor de cuplare a
treptelor și cal culul elementelor mecanismului de acționare .
Etapele de calcul la dimensionarea angrenajelor presupune dimensionarea
geometric ă-cinematică, verificarea de rezistență și verificarea durabilității .

5.3.1. Dimensionarea geometric ă-cinematică

Această etapă cuprinde determinarea numărului de dinți ai roților care compun
angrenajele, predimensionarea modulului danturii, determinarea distanței între axe și a
elementelor geometrice ale roților și angrenajelor.
Proiectarea cutiei de viteze este precedată de un studiu al soluțiilor similare de
cutii de viteze, utilizate la automobilele din segmentul concurențial în care urmează a se
include automobilul proiectat. În aceste condiții, pentru calculele de predimensionare se
recomandă ca pentru modulul danturii roțil or dințate să se adopte valori similare celor ale
tipurilor similare, existente și care s -au dovedit corespunzătoare. Momentul se determină
funcție de momentul la arborele secundar M s pentru treapta a I -a:

mN iM Mcv cv M s   67,56795,023,3 1851 1
(5.1)

unde:
– MM=185 Nm : momentul maxim al motorului;
– icv1=3,23 : raportul de transmitere a treptei întâi de viteze;
– cv=0,95 : randamentul cutiei de viteze.

Valorile spre limita inferioară se vor alege la cutiile de viteze de autoturisme, unde
se impun dimensiuni de gabarit cât mai mici și funcționare cât mai silențioasă, iar valorile
superioare (datorită capacității mărite de încărcare a dinților) se vor alege pentru
automobilele ce funcționează în condiții grele de exploatare (automobile de teren).

LUCRARE DE LICENȚĂ
44
Adopt conform ST AS 821 -82 modulul normal:

mn=2,5 mm

Determinarea distanței dintre axe și a numerelor de dinți ai roților dințate se face
ținând seama de:
– realizarea, pe cât posibil, a rapoartelor de transmitere determinate din condițiile
de conlucrare motor -transmis ie, având în vedere faptul că roțile dințate au un număr
întreg de dinți;
– obținerea dimensiunilor minime de gabarit prin alegerea, pentru roata cu cel mai
mic diametru, a numărului minim de dinți;
Pentru roțile dințate ale cutiilor de viteze cu doi arbo ri, numerele de dinți ale roților
de pe arborele primar sunt date de relația

cvkk
ki mAz1cos 2 
(5.2)

iar pentru cele ale arborelui secundar:

cvkcvk k
ki mi Az1cos 2! 
(5.3)

unde icvk este raportul de transmitere al treptei k de viteze.
Cunoscând modulul normal, unghiul de înclinare al danturii și numărul de dinți, se
pot determina elementele geometrice ale roților dințate și ale angrenajelor.

Nr.
poz. Denumirea elementului Simbol Indicația de
adoptare Standarde
aferente
1 Numărul de dinți:
– la pinion
– la roată z1 15
z’2 z’1= z 1icv1=48
2 Modulul normal mn 2,5 STAS 822 -82
3 Unghiul de înclinare de divizare  200
4 Unghiul de presiune de referință
normal n n=200 STAS 821 -82
5 Coeficientul normal al capului de
referință h*an h*an=1 STAS 821 -82
6 Coeficientul normal al jocului de
referință la capul dintelui c*n c*n=0,25 STAS 821 -82
7 Coiefifientul normal al adâncimii de
flancare a capului dintelui *aFn Recomandări în
STAS 821+82 Se folosește ca
dată inițială
numai la danturi
flancate
8 Coieficientul normal al adâncimii de
flancare a capului dintelui Se indică prin
temă Se folosește ca
dată inițială
numai la danturi
flancate
Tabelul 5.2. Date inițiale

LUCRARE DE LICENȚĂ
45
Calculul geometric și cinematic se efectuează conform STAS 12223 -84 referitor la
angrenaje paralele cilindrice exterioare, cu danturi înclinate în evolventă. Simbolurile și
termenii folosiți în continuare sunt conform STAS 915 -80(tabel 5.2).
Pe baza datelor inițiale necesare, specificate în tabelul 5.2, calculul elementelor
geometrice ale angrenajelor sunt prezentate în tabelul 5.3. calculele geometrice și
cinematice ale angreenajelor trebuie efectuate, de regulă, cu precizie relativ mare. Pentru
a evita erori dimensionale de calcul mai mari decât 0,0 01mm, se recomandă exprimarea
funcțiilor trigonometrice cu precizie de mai puțin 6…7 cifre zecimale și realizarea
calculelor, în general, cu precizie similară.
În tabelul 5.4. sunt prezentate valorile obținute în calculul geometric și cinematic
pentr u fiecare treaptă de viteză.
După ce s -a adoptat numărul de dinți ai pinionului și roții corespunzătoare treptei
întâi de viteze, se poate calcula distanța dintre axe cu formula:

mmzzman604,8320cos2)4815(5,2
cos201 1
(5.4)

N
Nr.
poz. Denumirea elementului S
imbol Formula de calcul
1
1 Distanța între axe de
referință a

cos21 1
mzza

2
2 Unghiul de presiune de
referință frontal 
t


cos2n
ttgarctg
3
3 Unghiul de angrenare
frontal 
tw

 . cos arccost
wtwaa 
4
4 Involuta unghiului t i
nv t
t t ttg inv 
5
5 Involuta unghiului tw i
nvtw
wt tw twtg inv  
6
6 Coeficientul normal al
deplasărilor de profil însumate x
ns
 t tw
nns inv invtgzzx 22 1
7
7 Coeficientul frontal al
deplasărilor de profil însumate x
ts
cosns tsx x
8
8 Coeficientul normal al
deplasărilor x
n1 xn1
x
n2 xn2
9
9 Coeficientul frontal al
deplasărilor de profil x
t1 xt1
x
t1= xt2
1
10 Modulul frontal m
t
cosn
tmm
1
11 Diametrul de divizare d
1
tmzd1 1
d
’1
tmzd1 1

LUCRARE DE LICENȚĂ
46
1
12 Raportul de transmitere i
12
21
12zzi
1
13 Diametrul de rostogolire d
w1
2 11
12
zzzadw
w
d
w2
2 12
22
zzzadw
w
1
14 Coeficientul normal de
modificare a distanței între axe y
n
nw
nma ay
1
15 Coeficientul normal de
micșorare a jocului de referință la
cap 
yn
n ns n y x y
1
16 Diametrul de picior
d
f1
 a nn anf mx c h d d 1* *
1 1 2
d
f2
 a nn anf m x c h d d 2* *
2 2 2
1
17 Înălțimea de referință a
dintelui h
 nn an m c h h * *2
1
18 Diametru de cap de
referință d
a1
h d df a  21 1
d
a2
h d df f  22 2

Tabelul 5.3. Calculul elementelor geometrice

Angrenajele cutiilor de viteze se verifică prin calculul la încovoierea dinților și la
presiunea de contact .

Nr.
crt. Param.
calculat Tr. I Tr. II Tr. III Tr. IV Tr. V
z1 z!1 z2 z!2 z3 z!3 z4 z!4 z5 z!5
1  20 24,514 29,139 31,767 37,764
2 a 83,804
3 t 10,96 11,31 11,68 11,31 12,51
4 tw 10,96 11,31 11,68 11,31 12,51
5 invt -10,77 -11,11 -11,48 -11,11 -12,28
6 invtw -10,77 -11,11 -11,48 -11,11 -12,28
7 xns 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
8 xts 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
9 xn 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
10 xt 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
11 mt 2,66 2,75 2,84 2,75 3,05
12 d 37,25 130,36 49,46 118,15 65,34 102,27 82,43 85,18 91,41 76,18
13 i’ 3,50 2,38 1,56 1,03 0,83
14 dw 37,25 132,97 49,46 119,99 66,36 103,86 83,71 86,5 92,84 77,37
15 yn 0 0 0 0 0
16 yn 0 0 0 0 0
17 df 31 124,11 43,21 111,9 59,09 96,02 76,18 78,93 85,16 69,93
18 h 5,63
19 da1 42,25 135,36 54,46 123,15 70,34 127,27 87,43 90,18 96,41 81,18

Tabelul 5.4. Rezultatele calcului de geometric

LUCRARE DE LICENȚĂ
47
5.4. Calculul de rezistență și verificare angrenajelor de roți dințate
5.4.1. Forțele din angrenaje

Angrenajele cutiilor de viteze se verifică prin calcul la încovoierea dinților și la
presiunea de contact, în condițiile solicitării sub acțiunea sarcinilor de regim și sarcinilor
dinamice (sarcini de vârf).
Pentru calculul danturii există mai multe metode, dintre care cea mai frecvent
folosită este m etoda lui Lewis.
Această metodă consideră că întregul moment se transmite prin intermediul unui
dinte, considerat ca o grindă încastrată și că asupra dintelui acționează forța normală F n
după linia de angrenare N -N și este aplicată la vârful dintelui.
Forța nominală se distribuie pe fâșia de contact dintre dinții aflați în angrenare
producând ca solicitare principală presiuni specifice de contact.
Funcție de momentul de torsiune M c al arborelui, forța tangențială se determină cu
relația:

dc
tRMF
(5.5)

unde:
– Mc : momentul la arborele roții conducătoare a angrenajului.

Fig. 5.3. Definirea forțelor din roțile dințate cilindrice cu dantură înclinată

LUCRARE DE LICENȚĂ
48
Forța nominală se calculează cu formula:

cos cost
nFF (5.6)

Componenta radială se calculează cu formula:


costgFFt r (5.7)

și solicită dintele la compresiune.
Componenta axială, care se calculează cu formula:

tgFFt a (5.8)

nu determină solicitări asupra dintelui.
În tabelul 5. 5. sunt prezentate valorile pentru forțele din angrenaje.

Nr. crt. Parametru Tr. I Tr. II Tr. III Tr. IV Tr. V
1 Mc
516.4362 338.5044 221.3298 144.66 117.7532
2 Ft
9361.446 7155.992 5519.22 4537.435 4073,536
3 Fn
10499.21 8288.851 7499.572 5624.572 5430.627
4 Fr
3623.73 2770.019 2233.549 1756.4 1598.079
5 Fa
3405.412. 2603.134 2690.332 1650.582 1664.893

Tabelul 5.5. Valorile forțelor din angrenaje

5.4.2. Calculul de rezistență la încovoiere

Pe baza ipotezelor arătate, efortul unitar efectiv de încovoiere este dat de relația:

i
fc
efzmM

  32cos 2 (5.9)

unde:
– z : numărul de dinți ai roții conducătoare;
– =1,85 :
– i : coeficient de repartizare al efortului.
Coeficientul de repartizare al efortului ține cont de gradul de acoperire, iar pentru
aceasta calculăm gradele de acoperire frontal și suplimentar.

Pentru calculul gradului de acoperire frontal se utilizează relația:

LUCRARE DE LICENȚĂ
49

  cossinsin sin22
22
2 12
12
1
ofrf r b e rf r b e
fmR R R R R R (5.10)

iar pentru gradul de acoperire suplimentar, utilizăm relația:

 cossinmBo
s (5.11)

unde:
– Re1, Re2 : razele cercurilor de vârf ale roților din angrenajul de calculat;
– Rb1, Rb2 : razele cercurilor de bază;
– rf : unghiul frontal de angrenare;
– rf : unghiul frontal al profilului de referință
Pentru calculul la sarcini nominale de regim, la determinarea valorii efe ctive a
efortului unitar de încovoiere, momentul de calcul este determinat de momentul maxim al
motorului Mmax și de raportul de transmitere de la motor la angrenajul calculat prin relația:

t c i M M max (5.12)

În cazul metodei Lewis, când se consideră că întreg momentul de torsiune se
transmite printr -un singur dinte și se neglijează efectul compresiunii axiale dat de
componenta radială a forței normale, rezultă o supradimensionare a danturii. Pentru
evitarea supradimensionării , în calculul de verificare valorile efective ale efortului unitar
se compară cu eforturile admisibile la încovoiere pentru materialul utilizat; efortul admisibil
de încărcare ai se adoptă, în mod convențional, cu valori mai ridicate celor definite din
condiția de rezistență la valoarea nominală a momentului:

cr
ai ef (5.13)

unde:
– c=1,5 : coeficient de siguranță.
La calculul de verificare al roților dințate la sarcini dinamice maxime (care apar la
cuplarea bruscă a ambreiajului și la frânarea bruscă cu ambreiajul cuplat), momentul de
calcul M c se determină cu relația:

t M d c iMk M  (5.14)

unde:
– MM : momentul maxim al motorului;
– i’t : raportul de transmitere de la motor la angrenaj;
– kd=1,5 : coeficientul dinamic.
Valorile efective ale efortului unitar ef se compară în acest caz cu efortul unitar de
curgere c al materialului roților dințate.
În tabelul 5.6 sunt prezentate valorile efortului unitar efectiv de încovoiere pentru
toate treptele din cutia de viteze

LUCRARE DE LICENȚĂ
50

5.4.3. Calculul de rezistență la presiunea de contact

Sub acțiunea solicitărilor de contact de pe flancurile dinților poate apărea oboseala
straturilor de suprafață (sub formă de ciupituri, sfărâmări și mai rar cojire) și deformarea
plastică a flancurilor din ților (sub formă de laminare, ciocănire, încrețire, ridare).
Determinarea presiunii de contact la sarcini nominale (de regim) se face utilizând
relația lui Hertz:

acc
c fc m efc pii
BM
iAiyyy p 21 1
 (5.14)

unde:
– ym : coeficientul de material;
– yfc : coeficient de formă în punctul de rostogolire;
– yc : gradul de acoperire asupra capacității flancurilor.
Deformarea permanentă a flancurilor dinților la solicitările de contact are loc când
eforturile unitare de contact, fie datorită unor suprasa rcini, fie datorită ungerii sau
randamentului termic necorespunzător, depășesc limita de curgere.
Pentru calculul de rezistență la presiunea de contact sub acțiunea sarcinilor de
vârf, momentul M c se înlocuiește cu momentul dinamic M d.

Treapta I Treapt a II Treapta III Treapta IV Treapta V
Z=15 Z=48 Z=19 Z=42 Z=21 Z=32 Z=28 Z=29 Z=30 Z=24
ym 8,57
yfc 17,2 16,8 16,6 16,4 15,9
ys 0,820 0,825 0,830 0,87 0,791
pefc [Mpa] 157,88 282,43 180,6 268,52 222,84 270,74 257,68 262,24 300,46 285,95
Tabelul 5.7. Valorile efortului unitar efectiv de încovoiere
Treapta I Treapta II Treapta III Treapta IV Treapta V
Z=15 Z=48 Z=19 Z=42 Z=21 Z=32 Z=28 Z=29 Z=30 Z=24
f 1,486 1,438 1,148 1,317 1,183
s 0,648 0,830 1,262 1,053 1,225
yf 3,35 2,33 3 2,44 2,85 2,5 2,6 2,59 2,6 2,7
y 1,13 1,3 1,32 1,3 1,22
ef [Mpa] 62.60 90.00 60.03 73.81 48.56 55.36 41.56 41.72 35.16 33.86

Tabelul 5.6. Valorile efortului unitar efectiv de încovoiere

LUCRARE DE LICENȚĂ
51

5.4.4. Verificarea la durabilitate a angrenajelor

În afara unei rezistențe insuficiente la sarcini nominale sau de vârf, scoaterea din
funcțiune a angrenajelor în exploatare apare frecvent datorit ă depășirii limitei de
rezistență a materialului, provocată de sarcini periodice variabile. Durabilitatea
angrenajelor este caracterizată de capacitatea de funcționare îndelungată până la
atingerea valorilor maxime permise ale uzurilor și până la apariția oboselii materialului.
Pentru efectuarea calcului de durabilitate se consideră că motorul dezvoltă un
moment mediu echivalent M ech, la o turație medie echivalentă ech.
Momentul mediu echivalent se calculează cu relația:

t cvm edrm ed
echiMM (5.15)

unde:
– Mrmed : momentul mediu la roțile motoare;
– icvmed : raportul de transmitere mediu al cutiei de viteze;
– t : randamentul mecanic al transmisiei.
Pentru calculul momentului mediu la roțile motoare se utilizează relația:

0irG
GFMr a
aar
rm ed


 (5.16)
unde:
–
04,0



m edar
GF : forța specifică medie la roțile motoare;
– Ga : greutatea automobilului;
– rr : raza de rulare a roții;
– i0 : raportul de transmitere al transmisiei principale.
Raportu l de transmitere mediu al cutiei de viteze i cvmed se determină cu relația:





nk
kknk
kcvk k
cvm edi
i
11
 (5.17)
unde:
– k : timpul relativ de utilizare a treptei de viteze;
– icvk : raportul de transmitere în treapta k de viteză;
– n : număru l de trepte ale cutiei de viteze.
Turația medie echivalentă se calculează cu relația:

cvm ed
ram ed
ech iirv0  (5.18)

unde:
–
max 45,0a am ed v v  : viteza medie de deplasare a automobilului.

LUCRARE DE LICENȚĂ
52
Numărul de solicitări la care este supus u n dinte, pe durata exploatării între două
reparații capitale (considerat ca durabilitate necesară), se determină cu relația:

rt
echriSN
21000 (5.19)
unde:
–  : timpul relativ de utilizare a treptei respective;
– S : spațiul parcurs de automobil între două reparații capitale;
– i”t : raportul de transmitere de la roțile motoare până la angrenajul calculat;
– rr : raza de rulare a roții.
5.4.5. Calculul la solicitarea de oboseală la încovoiere

Determinarea efortului unitar efectiv de încovoiere la solicitarea de oboseală se
determină din relația ( 5.9), prin înlocuirea momentului M c cu M echi’t, M ech fiind determinat
de relația ( 5.15) și i’ t raportul de transmitere de la motor la angrenajul calculat.
Eforturile unitar e efective obținute la calculul la oboseală a danturii se compară cu
efortul unitar la oboseală la încovoiere după ciclul pulsator N, dat de relația:

061
7
1
1102





N
N (5.20)
unde:
– -1 : efortul unitar pe ciclu simetric;
–
r1
0
– r : efortul unitar de rupere;
– N : numărul de cicluri pentru roata dințată care se calculează;
Angrenajele verificate sunt considerate corespunzătoare din punctul de vedere al
rezistenței la oboseală dacă este satisfăcută inegalit atea:

kN
ef (5.21)
unde:
– k’ : coeficientul de siguranță la calculul la oboseală; coeficientul k’ se poate
calcula cu relația:

dkck (5.22)

unde:
–
25,1dk : coeficient de dinamicitate;
– c : coeficientul de siguranță, se determină cu relația:
2 1 3 2 1 cckkkc

– k1 : coeficient ce ține seama de concentrația sarcinii pe lungimea
dintelui;
– k2 : coeficient care ține seama de siguranța necesară de fu ncționare;
– k3 : coeficient care ține seama de precizia metodelor de calcul;

LUCRARE DE LICENȚĂ
53
–

21
cc : coeficienți care țin seama de precizia de prelucrare și de calitatea
suprafețelor flancurilor dinților
În tabelul 5.8 sunt prezentate valorile efortului unitar efectiv de încovoiere la
solicitarea de oboseală la încovoiere pentru fiecare treaptă din cutia de viteze.
5.4.6 Calculul la oboseală la solicitarea de contact

Efortul unitar efectiv de contact, p efc, se de termină, în acest caz cu relația ( 5.14),
unde forța tangențială F t=Ft ech, care se ia în calcul, corespunde momentului mediu
echivalent, M ech, dezvoltat la o turație medie echivalentă ech.
Valorile eforturilor unitare efective de contact p efc calculate nu trebuie să
depășească efortul unitar admisibil de contact p ac pentru asigurarea durabilității impuse.
Efortul unitar admisibil la contact este dat de relația:

'cppNC
ac (5.23)

unde:
– pNc : efortul unitar de contact la oboseală, pentru un anumit număr de cicluri
echivalente N ech;
– c’ : coeficient de siguranță;
Efortul unitar de contact pentru calculul de oboseală se determină cu relația:

6
echb
NcNNHk p  (5.24)
În cazul în care sunt cunoscute eforturile admisibile de contact, p ac ale oțelurilor
din care sunt executate roțile dințate, pentru calculul la oboseală al flancurilor dinților,
aceste eforturi trebuie corectate cu ajutorul coeficientului durabilității la solicitarea de
contact k nc,dat de relația:

6
echb
ncNNk (5.25)

unde:
– Nb : numărul ciclurilor durabilității de bază;
– Nech : numărul de cicluri de solicitare corespunzătoare durabilității cerute.
Treapta I Treapta II Treapta III Treapta IV Treapta V
Z=15 Z=48 Z=19 Z=42 Z=21 Z=32 Z=28 Z=29 Z=30 Z=24
kni 1,028 0,822 0,822 0,806 0,881
efc [Mpa] 98,1 89,1 75,41 58,53 51,06

Tabelul 5.8. Solicitarea de oboseală la încovoiere

LUCRARE DE LICENȚĂ
54
În tabelul 5.9. sunt prezentate valorile efortului unitar efectiv de încovoiere la
solicitarea de oboseală la contact pentru fiecare treaptă din cutia de viteze.

5.5. Calculul arborilor și calculul recțiunilor

Arborii sunt solicitați la torsiune și la încovoiere sub acțiunea forțelor din organele
susținute (roți dințate și elemente de cuplare) și organele de susținere (lagăre).
Metodologia de calcul al arborilor cutiilor de viteze cuprinde determinarea schemei
de încărcare a arborilor, calculul reacțiunilor, calculul momentelor de torsiune și
încovoiere, determinarea mărimii secțiunilor și verificarea la rigiditate.

5.5.1. Determinarea schemei de încărcare a arborilor și calculul reacțiunilor

Încărcările arborilor cutiilor de viteze sunt determinate de forțele din angrenarea
roților dințate susținute de arbori și din lagărele de montare în carterul cutiei. În figura
5.11. se prezintă schema de încărcare pentru arborii cutiei de viteze cu doi ar bori, în cazul
obținerii treptei k de viteză.
Forțele din angrenare se determină cu relațiile ( 5.5), ( 5.6), ( 5.7) și ( 5.8). Ținând
seama de faptul că asupra arborilor acționează forțe în planuri diferite, pentru ușurarea
calculelor, aceste forțe se descom pun în componente conținute în planul format de arborii
mecanismului reductor și în componente perpendiculare pe acest plan. Datorită faptului
că la schimbarea treptelor de viteză se modifică atât forțele, cât și poziția roților active în
raport cu reazeme le, se schimbă și reacțiunile din lagăre, motiv pentru care se impune
determinarea lor prin cuplarea fiecăreia din treptele cutiei de viteze.

Treapta I Treapta II Treapta III Treapta IV Treapta V
Z=15 Z=48 Z=19 Z=42 Z=21 Z=32 Z=28 Z=29 Z=30 Z=24
knc 2 1,430 1,214 1,388 1,588
efc [Mpa] 53,337 61,031 75,281 87,69 96,603

Tabelul 5.9. Solicitarea de oboseală la contact

LUCRARE DE LICENȚĂ
55

Fig.5.4. Scheme de încărcare a arborilor din cutiile de viteze

Dacă se consideră arborii în echilibru stat ic sub acțiunea forțelor din modelul
mecanic din figura 5.4, pentru calculul reacțiunilor din lagărele cutiei de viteze se
recomandă relațiile de calcul din tabelul 5.6.
5.5.2. Dimensionarea arborilor la rezistență

Cunoscând forțele care solicită arbor ii și punctele de lor de aplicație, se determină
pentru fiecare treaptă de viteză valorile momentului de încovoiere M i și de torsiune M t.
Momentul încovoietor echivalent, calculat după teoria a III -a de rupere (ipoteza
efortului tangențial maxim):

2 2
t i ech M M M  (5.26)

Diametrul arborelui în secțiunea calculată se determină cu relația:

332
echechMd (5.27)

unde:
– a ech : efortul unitar echivalent admisibil.
La calculul arborilor se stabilesc momentele M i și M t pentru fiecare treaptă de
viteză, luându -se în considerație situația cea mai dezavantajoasă.
În scopul asigurării unei rigidități suficiente, efortul unitar admisibil se adoptă în
funcție de efortul corespunzător limitei de elasticitate în relația /ai=5…7.

LUCRARE DE LICENȚĂ
56

5.5.3. Verificarea rigidității

Solicitările de încovoiere și de răsucire ale arborilor determină apariția unor
deformații elastice, care conduc la suprasolicitări ale dinților roților în angrenare, modifică
legile angrenării și reduc gradul de acoperire.
În cazul unor deformații mari ale arborilor, polul angrenării execută o mișcare
oscilatorie în jurul unei poziții teoretice, determinând, pentru arborele condus, o mișcare
de rotație neuniformă și o funcționare zgomotoasă pentru cutia de viteze.
Din aceste considerente, după dimensionarea arborilor din condiția de rezistență
la solicitări compuse (torsiune și încovoiere) se face și verificarea rigidității (calculul
deformațiilor). Pentru calculul săgeții arborilor se consideră arborele de secțiune
constantă, încărcat cu o singură forță. Folosind rel ațiile de calcul din tabelul 5.7., se pot
determina săgețile în plan orizontal, f y, și în plan vertical f z. În cazul în care asupra
arborelui acționează simultan mai multe forțe, săgeata rezultantă, în secțiunea și în planul
considerat, este dată de suma a lgebrică a săgeților ce apar sub acțiunea forțelor luate
individual.
Cunoscând valoarea săgeții în plan orizontal și vertical se determină săgeata
rezultantă cu relația:

max2 2
max a z y fff f  (5.28)
unde:
Arbore Schema de încărcare a
arborelui Relații pentru calculul reacțiunilor X
Prima r la
cutii de
viteze cu
doi arbori

ak BF X;
12
LlFYtk
A
11
LlFYtk
B
;
12
LrFlFZk ak rk
A
11
LrFlFZk ak rk
B

Secundar
la cutii de
viteze cu
doi arbori

ak a D FF X ;

23 2 5
LllFlFYt rc
C
23 4
LlFlFYt tc
D


23 2 5
LrFllFrFlFZdm a r k ak rk
C

23 4
LrFlFrFlFZdm a r k ak rk
D

Tabelul 5.10. Relații pentru calculul reacțiunilor din lagărele cutiilor de viteză

LUCRARE DE LICENȚĂ
57
–
mm fa 15,0…13,0max : săge ata maximă admisibilă pentru treptele
superioare;
–
mm fa 25,0…15,0max : săgeata maximă admisibilă pentru treptele inferioare.

5.6. Calculul de alegere a lagărelor cutiei de viteze

În majoritatea cazurilor lagărele cutiilor de viteze sunt lagăre de rostogolire. În
calculul de determinare a rulmenților se ține seama de caracterul sarcinilor, de condițiile
de montaj și de durata de funcționare.
Dependența dintre aceste mărimi este dată de relația:

p
eD FC (5.29)

unde:
– C : capacitatea de încărcare dinamică necesară a rulmentului;
– D : durabilitatea necesară rulmentului;
– Fe : forța echivalentă medie;
– p : exponent ce ține cont de tipul rulmentului (p=3, pentru rulmenți cu bile;
p=10/3, pentru rulmenți cu ro le).
Durabilitatea necesară a rulmentului, egală pentru toate lagărele cutiei de viteze,
se dă în kilometrii parcurși. Pentru obținerea durabilității în milioane de rotații se utilizează
relația:

ii iD
rDm edcv
r0
410 21  (5.30)

unde:
– icv med : raportul de transmitere mediu al cutiei;
– D : durabilitatea necesară a rulmentului;
– i0 : raportul de transmitere al punții motoare;
– i : raportul de transmitere de la motor la arborele al cărui lagăr se
calculează
– rr : raza de rula re a roții motoare.
La determinarea forței echivalente medii F e se ține seama de forțele axiale și
radiale ce apar în lagăre în fiecare treaptă a cutiei de viteze. Ea se determină cu relația:

 pnk
k echk k p
k e F F
 
1 (5.31)

unde:
– Fk : forța echivalentă corespunzătoare treptei k de viteză;
– k : timpul relativ de utilizare a treptei k de viteză;
– ech : viteza unghiulară echivalentă a motorului.
Forța F k se determină cu relația:

K k k xYRVXF  (5.32)

LUCRARE DE LICENȚĂ
58

unde:
–
2 2
k k K yz R  : forța radială din lagăr, corespunzătoare treptei k de viteze;
– zk, yk : reacțiunile din lagăr;
– xk : forța axială din lagăr;
– X : coeficientul de transformare a sarcinii locale R k în sarcină
circumferențială;
– X : coeficientul de transformare a sarcinii axiale în sarcină
radială
– V : coeficientul de rotație.
Coeficienții X și Y se aleg din cataloagele de rulmenți, în funcție de tipul rulmentului
și de încărcarea lagărului.
Valorile forțelor radiale sunt date în tabelul 5.11.

În tabelul 5.12. sunt prezentate valorile pentru capacitățile de încărcare
corespunzătoare fiecărui lagăr în parte.

Ra
[N] Rb
[N] Rc
[N] Rd
[N]
I 740.049 7965.783 3830.023 6005.146
II 1752.611 2247.95 5384.297 1763.211
III 2576.522 1832.73 4038.409 2545.041
IV 1409.629 213.4172 5946.481 426.7442
V 260.2251 3278.582 5220.62 3260.421

Tabelul 5.11. Forțele radiale din lagăre

p Fe D C
A 3.33 10366.42 54.5255 2440,377
B 3 22349.96 54.5255 1520,124
C 3.33 18177.72 66.98464 5400.053
D 3 10519.26 66.98464 3272.123

Tabelul 5.12. Capacitățile necesare rulmenților

LUCRARE DE LICENȚĂ
59
6. Concluzii

Cutiile automate sunt utile pentru traficul în ora ș iar cele manuale sunt bune la
drum întins. Cutiile automate au treaptă de viteză pentru sarcini constante, la drum întins,
care este mai economică. Nu este nicio diferență la drum întins, nici la consum și nici la
turație sau ținuta de mers. O mașină cu t ransmisie automată consumă mai mult, doar
dacă este folosită necorespunzător.
Un consum mai redus apare atu nci când accelerezi și eliberezi pentru scurt timp
pedala de accelerației înainte să ajungă la turația la care cutia de viteze schimbă
automat, atunc i se va schimba treapta la o turație mai mică. Așadar, consum mai redus,
adică normal și la fel ca cea manuală.
În concluzie, putem spune cu siguranță un singur lucru: cutiile de viteze automate
au anulat toate dezavantajele cutiei manuale. Mai mult, nu a u absolut nimic mai prejos
decât cele manuale.
Transmisiile automate sunt caracterizate printr -un grad ridicat de confort, unde
schimbarea treptelor se face fără întreruperea fluxului de putere. Tot ca un avantaj, se
remarcă diminuarea șocurilor din trans misie în perioada cuplării sau a decuplării treptelor
de viteză.
Ca dezavantaj , transmisiile automate oferă, în general, eficiență redusă și
sportivitate diminuată, precum și un preț mai ridicat de achiziție și întreținere.

LUCRARE DE LICENȚĂ
60
BIBLIOGRAFIE

Carte de autor
1. Borozan, Ion Silviu. Determinarea parametrilor cutiilor de viteze automate în scopul
îmbunătățirii caracteristicilor tehnico -funcționale ale acestora. Timișoara: Editura
Politehnica, 2014.
2. Cruciat, Petru. Mașini -unelte : îndrumar de proiectare. Vol. 1. Proiectarea cinematică a
cutiilor de viteze. Brașov: Reprografia Universității "Transilvania" Brașov, 1992.
Rapoarte ale organizațiilor/Documente interne
1. Oficiul de Documentare și Publicații Tehnice, Institutul de Documentar e Tehnică,
București. Mecanizarea și modernizarea procesului tehnologic de rodare în sarcină a
reductoarelor și cutiilor de viteză. București: Institutul de Documentare Tehnică, 1965.
Materiale fără autor specificat
1. Reductoare și cutii de viteze cu roți di nțate. București: Institutul de Documentare Tehnică.
Pagini web
1. http://www.e -automobile.ro/categorie -transmisii/68 -cutia-automata.html
2. http://www.e -automobile.ro/categorie -transmisii/77 -cutie-dublu -ambreiaj.html
3. http://www.qdidactic.com/stiinta -tehnica/tehnica -mecanica/materiale -defecte -si-
intretinerea -cutiilor -de-viteze183.php
4. https://autoama.blogspot.com/2016/09/defecte -in-exploatare -ale-cutiei -de.html
5. http://www.scritub.com/tehnica -mecanica/Calculul -si-constructia -cutiei53828.php
6. https://forum.softpedia.com/topic/912988 -intrebare -legata -de-cuplu -maxim -raportam -la-
turatie/
7. http://www.cutieautomata.ro/istorie -cutii-automate/
8. http://blog.autovit.ro/2013/10/cutia -de-viteze -automata -tipuri -de-functionare/
9. http://www.cutii -automate.info/tipuri -de-cutii-automate/
10. http://www.e -automobile.ro/categorie -trans misii/108 -cutie -dsg-vw.html
11. http://www.referatele.com/diverse/CUTIA -DE-VITEZE922.php
12. http://w ww.rasfoiesc.com/inginerie/tehnica -mecanica/Cutii -de-viteze52.php
13. https://newpartsauto.wordpress.com/2012/12/07/rotile -dintate -ale-cutiei -de-viteze/
14. http://www.rasfoiesc.com/inginerie/tehnica -mecanica/TRANSMISII -AUTOMATE -CU-
HIDROTR18.php
15. https://motofocus.ro/4488/tipuri -de-cutii-automate -avantaje
16. http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica -mecanica/construcția -și-calculul –
cutiei73443.php
17. https://newpartsauto.wordpress.com/
18. http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica -mecanica/CONSTRUCTIA -SI-CALCULUL –
CUTIEI73443.php

Articole sau documente desc ărcate de pe internet

1. https://docslide.net/download/link/transmisii2
2. http://itee.elth.pub.ro/~chiorcam/TCP/TCP/Raport%20tehnic.doc
3. https://docgo.net/calculul -si-constructia -cutiei-de-viteze
4. https://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/ambreiajul -379682.html
5. https://docslide.net/download/link/cutie -viteze -opel-astra
6. http://www.cutieautomata.ro/simptomatica -defectelor -la-cutii-automate/
7. https://documents.tips/download/link/transmisia -automata -electro -hidraulica -secventiala –
pentru -autovehicule -rutiere -cutia -de-viteze -automata -cu-6-trepte -de-viteza

LUCRARE DE LICENȚĂ
61
8. https://biblioteca.regielive.ro/licente/mecani ca/stand -pentru -studiul -cutiilor -de-viteze –
automate -376761.html