Trebuie să amintim numele lui Louis Renault, care în 1898 a inventat cutia de viteze la automobile, priza directă la automobile, amortizoarele… [308549]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIȘOARA
FACULTATEA DE MECANICA

Departamentul MMUT/Colectiv

SPECIALIZAREA: Autovehicule Rutiere

LUCRARE DE LICENȚĂ
CUTIA DE VITEZE AUTOMATA

Conducător de proiect: Prof.dr.ing.Veronica Argeșanu

Absolvent: [anonimizat]
2019

1. [anonimizat].

Arhitectura automobilului a fost o [anonimizat] i-[anonimizat].

[anonimizat] 1898 a [anonimizat], amortizoarele hidraulice și multe altele în domeniul automobilistic.

[anonimizat], fabricate din aliaje ușoare.

Cutia de viteze este un ansamblu de roți dințate care servește la transformarea forței și transmiterea mișcării de rotație la diferite vehicule.

Fiind o [anonimizat], [anonimizat]. La autovehiculele construite după soluția „totul în față” sau „totul în spate” transmisia longitudinală dispare astfel încât cutia de viteze se interpune între transmisia centrală și ambreiaj.

[anonimizat] a [anonimizat]([anonimizat] o rotație cât mai mică). [anonimizat], între motor și roțile automobilului se montează o [anonimizat], dar care măresc și cuplul transmis în același timp.

1.1. Rolul cutiei de viteze.

[anonimizat]:

Preia și modifică cuplul generat de motor și îl transmite spre roțile motoare;

Modifică și transmite spre roțile motoare turația motorului făcând posibilă deplasarea automobilului cu viteze reduse în raport cu turația motorului;

Permite modificarea forței de tracțiune în funcție de variația rezistențelor de înaintare;

[anonimizat] a inversa sensul de rotație al arborelui cotit al motorului;

Realizează întreruperea legăturii dintre motor și restul transmisiei în timp ce motorul funcționează (dar automobilul stă pe loc).

În figura 1.1 putem vedea locul unde este amplasată cutia de viteze în cadrul ansamblului:

Fig. 1.1. Amplasarea cutiei de viteze.

1.2. Funcțiile cutiei de viteze.

[anonimizat]:

Schimbarea raportului de transmitere

Această funcție este una dintre cele mai importante făcând posibilă modificarea vitezei de deplasare și a forței de tracțiune în funcție de variația rezistențelor la înaintare și/sau de regimul de circulație al automobilului; un alt rol deosebit de important este faptul că deplasarea automobilului nu se poate realiza cu viteze reduse deoarece motorul cu ardere internă nu este capabil să genereze o astfel de turație minimă, de aceea avem nevoie de o cutie de viteze pentru a micșora rotația motorului si pentru a o transmite la roțile motoare.

Inversor al sensului de mers al automobilului

Din construcție este cunoscut faptul că sensul de rotație al motorului este unic, de aceea, pentru a face posibil mersul înapoi al automobilului este necesar un ansamblu de roți dințate care să facă posibilă inversarea sensului de rotație al arborelui de ieșire de la motor.

Decuplează motorul termic de roțile motoare

Decuplarea motorului termic de roțile motoare, este posibilă prin aducerea într-o anumită poziție a elementelor mobile din interiorul cutiei de viteze; astfel este întreruptă conexiunea dintre motor și roțile motoare.

1.3. Condițile impuse unei cutii de viteze

În scopul asigurării unei bune adaptabilități ale automobilului, condițiilor concrete în care are loc deplasarea, cutiile de viteze trebuie să răspundă la o serie de cerințe:

Să asigure realizarea unui număr mare de rapoarte de transmitere în concordanță cu puterea dezvoltată de motorul termic;

Mărimea lor să fie determinată în așa fel încât să asigure o utilizare rațională a puterii în condițiile unor performanțe economice, dinamice și de poluare, optime pentru caracteristica motorului cu care se conlucrează;

Construcția să fie simplă, robustă, ușoară, iar manevrarea să fie simplă, precisă și comodă;

Să prezinte siguranță în funcționare (să nu cupleze sau să decupleze fără intervenția conducătorului auto);

Să asigure automobilului calități dinamice și economice bune;

Să funcționeze fără zgomot și să aibă un randament mecanic cât mai ridicat;

Să prezinte rezistență mare la uzură și să fie mentenabile.

1.4. Clasificarea cutiilor de viteze

Cutiile de viteze folosite la automobile se grupează după posibilitatea de schimbare a raportului de transmitere și după modul de schimbare a treptelor de viteză.

După posibilitatea de variație a raportului de transmitere, acestea se împart în cutii de viteze:

Cu trepte(cu etaje) la care raportul de transmitere variază discontinuu;

Continue sau progresive, care între anumite limite bine stabilite realizează o variație continuă a raportului de transmitere;

Combinate, care este o îmbinare între o cutie de viteze în trepte și una progresivă

Cutiile de viteze în trepte se pot clasifica în funcție de poziția axelor arborilor și în funcție de posibilitatea realizării unui număr cât mai mare de trepte pentru mersul înainte.

În funcție de poziția axelor arborilor, în timpul funcționării, cutiile de viteze în trepte pot fi clasificate în cutii:

Cu axe fixe (simple), la care axa geometrică a arborilor este fixă;

Planetare, la care axele unor arbori realizează o mișcare de rotație în jurul unui ax central.

În funcție de numărul treptelor de viteză, cutiile de viteze manuale pot avea trei, patru, cinci sau mai multe trepte.

Cutiile de viteze progresive se împart după principiul de transformare a momentului în:

Mecanice, de tipul cu fricțiune și cu impulsuri;

Hidraulice, de tipul hidrodinamice sau hidrostatice;

Electrice.

Cutiile de viteze combinate în general acestea reprezintă o asociere între un hidro-transformator și o cutie de viteze în trepte, de obicei planetară.

În funcție de modul de schimbare a treptelor de viteză, cutiile de viteze sunt de următoarele tipuri:

Cu acționare directă, la care comutarea treptelor se face de regulă manual sau cu ajutorul unui servo-mecanism;

Cu acționare semiautomată, la care pentru a putea trece la o treaptă superioară, numărul necesar de operații efectuate de către conducător este redus (stabilirea treptei de viteze se face de către conducător dar schimbarea se efectuează de către un servomecanism);

Cu acționare automată, la care schimbarea treptelor de viteză se realizează în mod automat, prin anumite mecanisme, în funcție de viteza automobilului și de sarcina motorului, toate acestea ducând la o creștere a calităților dinamice sau economice.

Cele mai răspândite cutii de viteze sunt cele cu variație în trepte a raportului de transmitere, cu arbori, cu axe fixe și cu acționare mecanică. Aceste cutii de viteze permit obținerea variației raportului de transmitere în limitele necesare pentru o construcție nu prea complicată.

Cutiile de viteze cu variație în trepte a raportului de transmitere, cu arbori, cu axe fixe și cu acționare mecanică, sunt cele mai răspândite deoarece acestea fac posibilă obținerea unei variații de transmitere în limitele stabilite pentru a nu complica foarte mult construcția acestora.

Părțile principale ale unei cutii de viteze clasice sunt:

mecanismul reductor;

mecanismul de comandă;

mecanismul de fixare;

mecanismul de zăvorâre a treptelor.

Mecanismul reductor se utilizează pentru transmiterea momentului motor și permite modificarea raportului de transmitere. El se compune, în general, din patru arbori (primar, intermediar, secundar și cel de mers înapoi) și un anumit număr de perechi de roți dințate cu care se face transmiterea momentului între arbori.

Mecanismul de comanda, fixare si zavorare a treptelor cutiei de viteze permit efectuarea următoarelor comenzi:

comanda cuplării și decuplării treptelor;

fixarea treptelor (nepermițînd decuplarea sau cuplarea decât la intrevenția conducătorului auto);

zăvorârea treptelor (împiedicând cuplarea simultană a două trepte de viteză).

Condiția esențială pe care trebuie să o îndeplinească acest mecanism, este ca roțile dințate să cupleze pe toată lungimea dinților, pentru evitarea uzurii neuniforme.

În figura 1.2 vom găsi prezentată schematic, clasificarea cutiilor de viteze.

Fig. 1.2. Clasificarea cutiilor de viteze.

2. CUTII DE VITEZE MANULE – Construcție și funcționare

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 mecanisme de cuplare a treptelor.

Pentru a comanda cuplarea unei trepte de viteză, selectarea acesteia se face cu ajutorul mecanismul/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.

Mecanismul reductor este compus din trei arbori, asamblați într-un carter:

arbore primar;

arbore intermediar;

arbore secundar.

Pentru a face posibilă transmiterea momentului motor intre cei trei arbori avem nevoie de mai multe perechi de roți dințate.

Descrierea soluției adoptate, schema cinematica. Descrierea sumară a componentelor pe baza unui desen ales din bibliografie (angrenaje, arbori, lagăre , sincronizatoare , cartere, etc.).

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.

Fig. 2.1. Cutie de viteze manuală pentru ansamblu transversal.

Elementele componente ale acestei cutii de viteze sunt urmatoarele:

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;

Pentru a ne putea face o imagine de ansamblu privind cutile de viteze, in figura 2.2 va fi prezentata o imagine in care se pot vedea foarte clar elementele componente ale cutiei de viteze cu doi arbori și patru trepte de mers înainte, a autoturismului ARO.

Fig. 2.2. Cutia de viteze a autoturismului ARO – secțiune longitudinală.

Elementele din care este compusă această cutie sunt următoarele:

1 – carter; 2, 4, 5 si 19 – roți solidare cu arborele intermediar; 3 – pinion pentru treapta III-a; 6 și 6’ – conuri sincronizatoare pentru treptele I-a și a II-a; 7 – pinion ax pentru mers înapoi ; 8 – pinion antrenare reductor-distribuitor; 9 – pinion pentru treapta I; 10 și 18 – pinioane pentru treapta de mers înapoi; 11 – pinion pentru treapta a II-a; 12 – capac cu mecanism de acționare și dispozitive de fixare și zăvorâre a treptelor; 13 – arbore primar; 14 – manșon de ghidare; 15 – arbore secundar; 16’ și 16 – sincronizator treptele a III-a și a IV-a; 17 – bușon de golire; 20 -arbore intermediar; 21 – pinion arbore primar; 22 – sincronizator treptele a III-a și a IV-a.

În cazul cutiilor de viteze care au trei arbori, arborele primar pe care este și ambreiajul, primește mișcarea de la motor si o transmite mai departe arborelui secundar, cu ajutorul unor roți dințate. Aceste roți dințate culisează pe arbore prin intermediul manșonului si sunt ghidate pe caneluri. De regulă arborele intermediar este așezat paralel cu cel secundar, pe el fiind fixate alte perechi de roți dințate.Adesea, roțile dințate ce au un diametru mic sunt executate împreună cu arborele, iar cele de diametru mai mare sunt fixate prin pană.

În momentul în care automobilul va sta pe loc și motorul este încă în funcțiune, arborele intermediar este permanent cuplat cu arborele primar, cu ajutorul roților corespunzătoare dar arborele secundar nu va primi mișcarea deoarece nici una din perechile de roți de pe acesta nu se afla in angrenare cu vreo roată de pe arborele secundar, așadar mișcarea nu poate fi transmisă mai departe. În acest caz cutia este in poziție neutră.

Un avantaj al cutiei de viteze cu trei arbori este faptul că poate fi realizată o cuplare directa a arborelui primar cu cel secundar cu ajutorul manșonului. În acest caz, vom avea o funcționare mai silențioasă a cutiei de viteze dar în același timp și un randament mai ridicat.

La cutiile de viteze cu doi arbori, momentul este transmis prin una din perechile de roți, de la arborele primar la cel secundar. Pinionul conic al arborelui secundar (pinionul de atac) angrenează direct cu coroana dințată a diferențialului. Cuplările diferitelor viteze se fac cu ajutorul mecanismelor de cuplare, precum și cu roata mobilă. 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 față avem exemplul din figura 2.1 și cu tracțiune pe puntea spate cutia de viteze are trei arbori ca în figura 2.3 (unul de intrare, unul intermediar și unul de ieșire).

Fig.2.3.Cutie de viteze longitudinală

Fig. 2.4. Cutie de viteze manuala cu trei arbori, NVG cu cinci trepte pentru automobile cu tracțiune spate

(motor dispus longitudinal)

Fig. 2.5. Cutie de viteze și diferențial cu șase trepte pentru automobile

cu tracțiune față(motor dispus transversal).

Organizarea arborilor cutiei de viteze cuprind:

arborele primar sau arborele de intrare ce primește mișcarea de la arborele cotit al motorului prin intermediul ambreiajului și include sau susține pinioanele conducătoare ale angrenajelor;

arborele secundar sau arborele de ieșire ce susține sau include roțile conduse ale angrenajelor și transmite mișcarea direct sau indirect către puntea motoare.

Caracteristicile cutiei de viteze cu doi arbori sunt:

intrarea și ieșirea se face la o anumită distanță (distanța între axele angrenajelor) de aceeași parte, în cazul soluțiilor de organizare a transmisiei de tip totul față, în situața în care în cutia de viteze se găsesc înglobate transmisia principală și diferențialul.

funcționarea cutiei de viteze pentru mers înainte într-o treaptă oarecare are loc astfel: de la ambreiaj fluxul de putere se transmite arborelui primar, roții dințate conducătoare , roții dințate conduse și arborelui secundar.

legătura între roata liberă și arborele pe care aceasta se sprijină se face prin dantura de cuplare a sincronizatorului la deplasarea manșonului acestuia din poziția neutră.

Fig. 2.6. Arbori cu roți dințate și sincronizatoare.

14-pinionul secundar al treptei I

15-furca de cuplare a treptelor I-II

16-pinionul secundar al treptei II

17-pinionul secundar al treptei III

18-senzor de viteză

19-pinionul secundar al treptei IV

20-pinionul secundar al treptei V

21-tijă de selecție

De reținut este faptul că pinioanele primare a fiecărei trepte sunt fixate pe arbore, adică nu se pot mișca liber față de acesta. În cazul arborelui secundar, pinioanele sunt independente de arbore, ceea ce înseamnă că se rotesc liber pe acesta. Aceste mecanisme cu roți dințate sunt acționate permanent, , cuplarea și decuplarea unei trepte de viteză se realizează prin intermediul unor manșoane de cuplare.

Raportul de transmitere este cel care influențează fluxul de putere transmis. Acest raport reprezintă valoarea cu care este convertit cuplul motor și turația motorului într-o anumită treaptă de viteză.

Raportul de transmitere depinde de mărimea pinioanelor si numărul de dinți, ce compun treapta de viteză. Dacă se cunosc numărul de dinți sau diametrul fiecărui pinion se poate calcula raportul de transmitere:

z – numărul de dinți

d – diametrul

Cuplarea unei trepte de viteză este posibilă cu ajutorul a două etape:

selecție: reprezintă etapa de selectare a manșonului de cuplare pentru treapta de viteză dorită (mișcarea levierului de viteze în stânga sau dreapta);

angajare: reprezintă cuplarea efectivă a treptei de viteză dorită (mișcarea levierului de viteze înainte sau înapoi).

Sincronizarea se face în etapa de angajare a treptei de viteză in treapta ce dorim să o selectăm. Această sincronizare presupune ca turația arborelui de intrare să aibă aceeași turație cu cea a arborelui de ieșire.

Acest proces de sincronizare este insesizabil de către conducătorul auto deoarece o schimbare a treptei de viteză durează în medie 0,7 secunde, perioadă in care are loc și selecția treptei și angajarea.

Fig. 2.7. Manșon de cuplare în poziția neutră.

În timp ce se efectuează angajarea treptei de viteză (9) manșonul de cuplare (5) acționat de furca (6) împinge inelul sincronizator (7) pe coroana dințată (8). Contactul dintre inelul sincronizator și coroana dințată se realizează pe o suprafață conică interioară și are ca efect încetinirea turației arborelui primar care este solidar cu pinionul (9). Când diferența de turații dintre arborele primar și inelul sincronizator tinde spre zero, aceste piese se rotesc cu aceeași turație, manșonul de cuplare (5) se va deplasa peste inelul sincronizator (7) și coroana dințată (8) rigidizându-le. Astfel se realizează cuplare unei trepte prin sincronizare.

Dacă înțelegem modul de funcționare al unei cutii de viteze manuale ne putem face anumite idei despre funționarea unei cutii de viteze și ne va fi mai ușor să înțelegem funcționarea cutiilor automatizate sau cu dublu ambreiaj.

Roțile dințate

La cutiile de viteze roțile dințate utilizate au dantură înclinată, cu profil în evolventă. Utilizarea roților dințate este limitată de realizarea treptei de mers înapoi, când se folosesc angrenaje decuplabile cu roți baladoare.

Se folosește dantura înclinată atunci când roțile dințate sunt în angrenare permanentă. Față de cele cu dinți drepți permit micșorarea distanței între axe, sunt mai rezistente, funcționează uniform și cu zgomot redus. Utilizarea danturii înclinate implică și anumite dezavanteje și anume: 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 înclinare are valori cuprinse între 20…300, crescătoare de la prima spre ultima treaptă de viteză.

Profilul utilizat pentru dantură este profilul în evolvență, deoarece asigură sporirea capacității portante a danturii, permite corectarea danturii și realizează funcționarea fără zgomot.

Dispozitivul de fixare a treptelor exclude posibilitatea autocuplării și autodecuplării treptelor și de a asigura angrenarea roților pe toată lungimea dinților. La automobile, dispozitivele de fixare cele mai răspândite sunt cele cu bile.

Pentru fixarea treptelor, fiecare tijă culisantă are pe partea superioară 3 locașuri semisferice în care intră bila, apăsată de un arc. Locașurile extreme ale tijei corespund celor două trepte pe care le realizează furca respectivă, iar cel din mijloc, poziției neutre.

Bila de fixare trebuie să permită deplasarea tijei culisante doar sub efortul depus de conducător, iar în timp ce roțile dințate angrenează această bilă are rolul de a menține pe poziție tija schimbătorului.

Dispozitivul de zăvorâre a treptelor exclude posibilitatea cuplări concomitente a mai multor trepte.

Zăvorârea treptelor de viteză se obține prin practicarea unui locaș lateral în fiecare tijă astfel încât bolțul (zăvorul) să împiedice cuplarea simultană a două trepte. Unele scheme de organizare prevăd în locul bolțului, câte două bile. În poziția neutră, toate locașurile se află pe aceeași linie iar între locașuri există un mic joc.

Dacă tija centrală este deplasată, ea acționează asupra bilelor care vor ieși din locașuri și le va obliga să intre în locașurile tijelor. Astfel, tijele extreme se vor zăvorî și nu se vor elibera până când tija centrală este readusă în poziția neutră.

În cazul deplasării tijei extreme, se va acționa asupra bilelor, scoțându-le din locașul ei și obligându-le să intre în locașul tijei centrale. În momentul în care bilele au intrat în locașul tijei centrale ele vor deplasa știftul din locaș în locașul din cealaltă parte a tijei.

Prin această deplasare, știftul va deplasa bilele să intre în locașul tijei. În acest fel, tijele sunt zăvorâte în poziția neutră.

În exploatarea cutiei de viteze putem avea defectări ale acesteia, care se manifestă sub următoarele forme:

Blocarea cutiei de viteze: aceasta rămîne blocată într-o treaptă, fără a avea posibilitatea de a mai cupla alta; Defectul se manifestă mai ales, la pornirea din loc sau la mersul înapoi, ca urmare a deteriorării dispozitivului de zăvorâre a treptelor sau din cauza ruperilor de dantură;

Autodecuplarea cutiei de viteze: în termeni populari spunem că “sare din viteză”;

Schimbarea cu zgomot a treptelor la demaraj cu ambreiajul decuplat complet;

Zgomot continuu mai puternic la mersul în plină sarcină;

Asemănător unui huruit puternic sau unei trosnituri cu intenții de blocare a cutiei de viteze;

Schimbarea greoaie a treptelor;

Defectarea dispozitivului de zăvorâre a treptelor poate duce la cuplarea a două trepte în același timp rezultând o blocare a cutiei de viteze. Defectul se elimină prin înlocuirea pieselor uzate;

Ruperea dinților pinioanelor conduce la blocarea cutiei de viteze, atunci când fragmente din dantura spartă se înțepenesc între dinții pinioanelor;

Cauzele ruperii dinților pinioanelor pot fi: solicitări mari datorită ambreierilor bruște, manevrări greșite ale manetei de comandă, oboseala materialului și uzuri avansate. Înlăturarea defectului se poate face numai într-un atelier de reparații prin înlocuirea pinioanelor cu dinții rupți;

Rămânerea cutiei de viteze într-o treaptă, fără posibilitatea de a mai cupla alta. Defectul se datorează mai multor cauze, mai importante fiind: ruperea manetei de schimbare a treptelor, ruperea furcilor de cuplare sau tijelor culisante, defectarea dispozitivului de zăvorâre și congelarea uleiului pe timp de iarnă;

Ruperea manetei de schimbare a treptelor de viteze se poate datora oboselii materialului său manevrărilor bruște, îndeosebi iarna când uleiul de transmisie din carter este prea vâscos.

Dacă maneta s-a rupt deasupra articulației sferice, pentru a se putea continua drumul până la atelierul de reparație mecanică se poate folosi o cheie tubulară ori o țeavă, introdusă pe capătul manetei, prin intermediul căreia se vor schimba treptele.

Dacă maneta s-a rupt sub articulația sferică, capacul cutiei de viteze trebuie demontat și capătul rupt al manetei trebuie scos, pentru a preveni producerea unei avarii: se introduce apoi în treapta întâi sau a doua de viteză cu ajutorul unui levier, după care se montează la loc capacul și debreind, se pornește motorul continuându-se apoi drumul până la atelierul de reparație mecanică, fără a se mai schimba treapta.

Din cauza schimbărilor bruște sau manevrărilor forțate când uleiul este congelat, furcile de cuplare sau tijele culisante se pot rupe datorită oboselii materialului. Acest defecet se manifestă prin faptul că deși maneta se poate manevra, totuși nu se realizează cuplarea treptelor. Trebuie avut grijă atunci când se produce ruperea unor bucăți din furcă, deoarece acestea pot cădea în carterul cutiei de viteze, putând să pătrundă între roțile dințate, distrugând dantura sau chiar fisurând carterele. Când întâlnim o astfel de situație, la imposibilitatea cuplării pinioanelor se debreiază și se oprește motorul.

Autodecuplarea cutiei de viteze („sare din viteză”) defectul se poate datora următoarelor cauze: defectarea dispozitivului de fixare a treptelor, danturilor pinioanelor și danturilor de cuplare (craboții) uzate accentuat, rulmenți cu jocuri mari, jocuri axiale mari ale pinioanelor pe arborele secundar.

Defectarea dispozitivului de fixare a treptelor se produce ca urmare a slăbirii arcurilor sau a ieșirii bilelor din locașurile lor, precum și uzării tijelor culisante. Defecțiunea conduce la autodecuplarea treptei. Defectul se elimină înlocuindu-se părțile uzate ale dispozitivului de fixare.

Uzura excesivă a rulmenților conduce la jocuri mari care determină neparalelismul cutiei de viteze. Defectul se datorează unui număr mare de cauze: ungerea insuficientă, existența unor impurități în ulei, montaj prea strâns, centrarea incorectă a cutiei de viteze față de motor etc.

Schimbarea cu zgomot a treptelor la demaraj, cu ambreiajul complet decuplat :

cauza defecțiunii o poate constitui uzura sau deteriorarea sincronizatoarelor: îndeosebi se uzează inelele de blocare.

datorită funcționării necorespunzătoare a sincronizatoarelor, cuplarea treptelor se face cu zgomot datorită faptului că vitezele unghiulare ale elementelor, în momentul cuplării, nu mai sunt egale.

Zgomot continuu mai puternic la mersul în plină sarcină.Manifestarea se datorează uzurii sau deteriorării rulmenților arborilor. De asemenea, ea poate apărea și la montajul prea strâns, fiind urmată de încălziri locale ale lagărelor și eventual de griparea rulmenților.

Zgomot asemănător unui huruit puternic sau unei trosnituri cu intenții de blocare a cutiei de viteze. Aceste manifestări se datorează spargerii corpurilor de rostogolire a rulmenților.

Bătaia ritmică. Defecțiunea se datorează ruperii danturii roților dințate. Dacă zgomotul este la fel de puternic în oricare dintre trepte, înseamna că s-a produs ruperea danturii roților dințate permanent angrenate fixe pe arbori. În cazul în care ruperea danturii s-a produs la o roată dințată liberă pe arbore și care se cuplează cu ajutorul unui sincronizator, bătaia apare numai într-o anumită treaptă, când se cuplează roata respectivă. Continuarea drumului se va face cu automobilul remorcat până la atelierul de reparații.

Avantaje:

Este o bună alegere pentru a exploata optim puterea motorului dar și pentru a obține un consum de combustibil cât mai scăzut. (aceasta depinde de experiența fiecăruia)

prețul mai mic la achiziție

costul întreținerii mai mic (doar ulei)

greutate scăzută față de cea automată

un posibil consum mai redus de carburant

Dezavantaje:

Solicitarea continuă a șoferului care este nevoit să apese de fiecare dată ambreiajul atunci când dorește să schimbe viteza și în același timp, să selecteze treapta de viteză optimă pentru fiecare situație apărută în trafic. Poate să reducă atenția la trafic și devine obositor la mersul în trafic aglomerat. În cazul unei folosiri incorecte a ambreiajului apar foarte des probleme cu acesta.

confortul scăzut

cost suplimentar de înlocuire a ambreiajului

număr limitat de viteze

performanță scăzută

3. CUTII DE VITEZE AUTOMATE.

3.1. Clasificarea cutiilor de viteze automate.

Cutiile de viteze automate sunt de mai multe tipri. În funcție de producător sunt diverse variante constructive, fiecare din ele încercându-se a fi cât mai durabilă, cât mai eficientă si nu în ultimul rând să aibă un consum cât mai redus de carburant.

Cutiile automate au urmatoarele avantaje:

posibilitatea variației raportului de transmitere realizat între elementele transmisiei, în

funcție de condițiile reale de rulare, fără a fi necesară intervenția conducătorului auto;

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.

Începând cu anul 2007, numărul mașinilor dotate cu transmisie automată a depășit pentru prima dată pe cel al mașinilor cu transmisie manuală pe plan mondial, datorită avantajelor pe care acestea le prezintă. Transmisia automată este cea mai răspândită în America de Nord și Japonia, dar în ultimii ani a pătruns câte puțin în Europa de Est și Occidentală. În țările europene prețul are o deosebită importanță pentru clienții, iar mașinile cu transmisie manual au avantajul că sunt cu mult mai ieftine.

De remarcat faptul că există și transmisii care îmbină caracteristicile transmisiilor mecanice cu cele ale transmisiilor automate, cum este cazul transmisiei cu ambreiaj dublu prezentă pe LancerEvo X. Acest tip de transmisie a fost construită din necesitatea unei schimbări mai rapide a treptelor, așadar pentru a crește performanțele inginerii au combinat cutia manuală cu funcționabilitatea unei transmisii automate.

Acest tip de cutii cu dublu ambreiaj realizează o schimbare mai rapidă a treptelor fără a avea pierderi de putere esențiale în timpul schimbării.

3.2. 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 sa utilizeze un anumit tip de transmisie automată, din cele ce urmează a fi prezentate.

3.2.1. 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.3.1).

Fig. 3.1. 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 manevrele greșite (supraturarea 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).

3.2.2. Cutiile robotizate pot fi 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 necesar 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 multe mărci sub diverse denumiri(tabelul 3), modul de funcționare fiind același.

Tab. 3. Denumirile cutiilor de viteze automate în funcție de producător.

Din punct de vedere cinematic, o cutia 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)

Fig. 3.2. 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 acestă fază avem două trepte selectate, 1 și 2, momentan 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, face 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 fluxului 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 hidrotransformatorului.

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

Fig. 3.3. 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. 3.4. 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. În figura 3.5 se poate observa fluxul de putere al acestui tip de transmisie.

Fig. 3.5. Secțiune longitudinală cutie de viteze DSG

Părți component ale cutiei 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;

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 3.6 se prezintă cele două seturi de ambreiaje și modul de cuplare a treptelor de viteză pentru cutia DSG.

Ambreiaj primar

Ambreiaj secundar

Neutru(scoasă din viteză)

Viteza I

Viteza a II-a

Viteza a III-a

Viteza a IV-a

Viteza a V-a

Viteza a VI-a

Fig. 3.6. 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, materialele 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.

3.2.3. 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 prezentată 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 examplu ar fi atunci când în cazul frânării bruște autoturismul se află în treapta a cincea, iar pentru a continua drumul avem nevoie de a schimba în treapta a treia. Acest lucru se va face direct fără a fi necesară o trecere prin treapta a .

Aceste transmisii sunt practic cutii manuale acționate automat, ușor de utilizat și care scad timpul de selectare și cuplare a treptelor.

Fig. 3.7. Cutia de viteze SMG.

3.2.4. Cutia de viteze cu variator mecanic cu lanț (Multitronic, CVT Continous Variable Transmissions)

Transmisiile care au în componență 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 eficiență maximă a performanțelor sursei energetice este posibilă numai 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 componența lor și convertizoare mecanice de cuplu cu variație continuă a raportului de transmitere.

Variatoarele mecanice ce intră în componențacutiilor 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. 3.8.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 eficienței 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 transmiterea fluxului de putere în mod continuu;

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 caîntr-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. 3.9. 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 părți, 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.

Transmisia este monitorizată și reglată prin programul de reglare dinamică a lui Audi

DRP, care urmărește alimentarea dispozitivului de acționare, condițiile de acționare și sarcina motorului pentru a calcula raportul optim de transmisie pentru eficiența carburantului sau performanța maximă așa cum este pretins de utilizator. Mecanismul de transmisie poate selecta antrenarea inferioară preprogramată a unui motor pentru creșterea performanței sau antrenarea superioară/supraîncărcarea pentru îmbunătățirea economiei.

Din anul 2004 cutiile de viteze au oferit o selecție manuală a unui mod sportiv de preselectare a aplicației de performanță. Sistemul electronic include de asemenea senzori pentru a detecta dacă vehiculul se deplasează pe pantă și asigură frânarea suplimentară a motorului în asemenea circumstanțe.

Multitronic oferă de asemenea un număr de raporturi fixe, de acționare selectabile care

sunt acționate, fie din pârghia mecanismului de acționare într-un mod secvențial, fie prin comandă prin buton opțional. Versiunile mai timpurii au oferit 6 rapoarte, din anul 2004 acestea au crescut la 7. Câteva variante de Audi A6 care caracterizează cutia de viteze sunt acuma dotate cu comandă prin buton ca standard. Aceste comenzi pot să treacă, de asemenea, la modalitatea semiautomată când se activează una din pedale, totuși ele revin la comandă, complet automată după câteva secunde. Multitronic se folosește doar la modelele cu tracțiune față, de exemplu la audi A4 și A6. Nu este compatibil la Quattro sau la mașinile cu motor transversal.

Dacă la început cuplul maxim era de maxim 310Nm acum acesta este adus la 400Nm

datorită îmbunătățirilor aduse acestui tip de transmisie.

Prin avantajele pe care le oferă CVT, constructorul japonez a reușit să măreasca numărul de modele echipate cu acest tip de transmisie de la 250.000 în 2004 la 1.088.000 în anul 2007. Momentan transmisiile de tip CVT (Continuously Variable Transmission) ocupă un procent de 28,6% din totalul vânzărilor globale, însă în Japonia și America de Nord se bucură de o popularitate mult mai mare, cu o rată de 43,8% Japonia respectiv 47,4% America de Nord.

Fig. 3.10. Cutie de viteze CVT.

3.2.5. 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, fiecare 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 limitei 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 controlată a frânei de motor prin coborârea într-o treaptă inferioară înaintea unei curbe.

Fig. 3.11. Cutia de viteze Tiptronic

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 de 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. 3.12. Cutia automată Hydra-Matic.

3.3. Mod de funcționare și componente

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 acclerație, de viteza automobilului și de viteza cu care pedala de accelerație este apăsată. Toate aceste informații sunt citite cu ajutorul unor senzori de mare precizie.

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 comandă și control(8,9,10).

Fig. 3.13. Cutia automată cu 7 trepte 7G-tronic.

arborele de intrare în cutia de viteze (legătura cu motorul termic)

ambreiajul de blocare a hidrotransformatorului cu alunecare controlată și elemente de amortizare

pompa de ulei pentru controlul presiunii de lucru

mecanismele planetare și actuatoarele de schimbare a treptelor (ambreiaje și frâne multidisc)

arborele de ieșire din cutia de viteze (legătura cu transmisia longitudinală, cardanică)

sistemul de blocare pentru parcare (poziția P a levierului de programe)

legătura mecanică cu levierul selector de programe

modul electro-hidraulic de control (conține senzori, supape electromagnetice și calculatorul cutiei de viteze)

modulul electronic de comandă și control (calculatorul cutiei de viteze)

supape cu electromagnet (solenoid) pentru acționarea ambreiajelor și frânelor multidisc

hidrotransformator (convertizor de cuplu)

3.3.1. Hidrotransformatorul – Convertorul de cuplu

Rol: Hidrotransformatorul este un cuplaj(ambreiaj) hidraulic care face legătura între motorul termic și transmisie, cu ajutorul unui fluid de lucru. Hidrotransformatoarele (convertor de cuplu, hidroambreiaj, ambreiaj hidrodinamic) sunt utilizate în industria automobilelor deoarece prezintă unele avantaje: permite demararea mai lină a automobilului, este posibilă amortizarea oscilațiilor de răsucire și deplasarea în priză directă chiar și la viteze foarte reduse.

Componente: 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. 3.14. Hidrotransformator – Convertor de cuplu.

În figura 3.12 sunt prezentate subansamblele din care este alcătuit hidrotransformatorul:

pompă

turbină

stator sau difuzor

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 este blocat pentru a crește randamentul transmisiei.

3.3.2. Mecanismele planetare

Realizarea unei trepte de viteză într-o cutie de viteze automată, se face prin intermediul mai multor mecanisme planetare (simple, Ravigneax sau Lepelletier). Comparativ cu o cutie de viteze manuală cu angrenaje simple la care o treaptă de viteze este formată de o singură pereche de roți dințate, o cutie de viteze automată realizează o treaptă de viteze utilizând mai multe mecanisme planetare. Prin blocarea elementelor componente ale mecanismului planetar (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 constructivă simetrică, circulară;

distribuirea cuplului și a puterii pe mai multe perechi de angrenaje în cadrul unui mecanism planetar;

permit automatizarea mult mai ușor.

Aceste avantaje implică o mai bună echilibrare dinamică a cutiei de viteze, cu efecte benefice asupra solicitărilor din lagăre, a zgomotului și vibrațiilor din timpul funcționării. În plus, la același cuplu transmis, datorită angrenării în trei sau patru puncte ale mecanismului planetar, rezultă roți dințate mai mici cu viteze și forțe de angrenare micșorate, construcții cu gabarite reduse, greutate și mase inerționale mai mici, utilizarea mai rațională a spațiului disponibil de amplasare.

Dezavantajele mecanismelor planetare sunt:

construcție mai complicată;

cost ridicat de producție.

Cutiile de viteze planetare se caracterizează prin aceea că unele dintre roțile dințate execută în același timp o mișcare de rotație în raport cu propria lor axă și o mișcare de revoluție în raport cu axa centrală a mecanismului. Roțile dințate sunt cilindrice și au dinții drepți sau înclinați. Schimbarea treptelor se face cu ajutorul unei frâne, al unui ambreiaj sau combinat, roțile dințate fiind permanent angrenate.

În raport cu cutiile de viteze normale, cele planetare prezintă avantajele:

trecerea de la o treaptă la alta se face mai ușor;

viteza medie a automobilului crește, schimbarea treptelor făcându-se fără pauze;

funcționarea silențioasă;

se pretează la automatizare;

permit obținerea unor rapoarte de transmisie mari, la dimensiuni de gabarit mic.

În același timp, însa, cutiile de viteze planetare au o construcție complicată care cere precizie mare de execuție, echilibraj perfect, montaj de precizie.

Pentru ca un mecanism planetar simplu să poată constitui o transmisie, trebuie ca unul din cei trei arbori să devină arbore conducător, altul arbore condus, iar al treilea să poată fi imobilizat (cu ajutorul unei frâne sau al unui ambreiaj).

Mecanismele planetare pot fi cu angrenare interioară și cu angrenare exterioară.

În mișcarea lor complexă, un punct de pe circumferința pinioanelor sateliți descrie o curbă epicicloidă (la angrenare exterioară) sau hipocicloidă (la angrenarea interioară).

3.3.3. Ambreiajele și frânele pentru cuplarea treptelor(ambreiaje multidisc)

Cu ajutorul ambreiajelor și a frânelor multidisc este realizată cuplarea sau mai bine spus formarea treptelor de viteză. Aceste plăcuțe 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.

Fig. 3.15. 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.

3.3.4. 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. 3.16. Modul electrohidraulic de comandă pentru o cutie de viteze automată.

Cutiile de viteze automate sunt utilizate 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 alta se face lin și fără șocuri;

funcționare mai silențioasă.

Pentru automobilele de la care se așteaptă confort sporit în timpul rulării (zgomote și șocuri reduse), conducere mai ușoară și forțe de tracțiune ridicate, este indicat să se folosească o cutie de viteze automată. Aceasta, comparativ cu o cutie manuală, îndeplinește foarte ușor aceste cerințe datorită principiului de funcționare.