Echipamente de transmisie pentru autovehicule - Cutia de viteze

Vineri, 02 ianuarie 2015, ora 08:19

O cutie de viteze sau un convertor de cuplu este un angrenaj care poate modifica cuplul și viteza măsurate pe arborele de acționare pas cu pas sau în mod continuu în funcție de capacitățile și nevoile sursei de alimentare și ale mașinii antrenate.

Transmisiile sunt utilizate în diverse scopuri. Motoarele cu ardere internă sunt capabile să ofere performanțe economice numai pe o gamă de turații relativ mică. Cu toate acestea, cerințele de viteză și cuplu ale mașinilor conduse (în majoritatea cazurilor o mașină, o motocicletă, o locomotivă diesel sau un tren cu motor) variază foarte mult. Pe de altă parte, mașinile-unelte trebuie adesea să mențină un anumit raport de transmisie între mișcarea principală și mișcările secundare (avans) (de exemplu, atunci când strungul taie un fir), caz în care este important să se păstreze relația cinematică precis, reglarea cuplului este secundară.

Transmisia poate fi transmisă (spur sau planetară), hidrodinamică sau hidrostatică. Transmisiile cu curea sau cu lanț sau cu frecare sunt utilizate mai rar. Sarcina poate fi realizată cu mai multe acționări electrice, dar aceste soluții nu sunt numite de obicei convertoare de cuplu.

Unul dintre avantajele motoarelor cu abur alternativ a fost ușurința lor de manevrare. Motorul cu aburi a reușit să pornească locomotiva cu abur dintr-o poziție de încărcare maximă, cu posibilele câteva zeci de trenuri conectate la aceasta. Motoarele cu ardere internă (motoarele Otto și diesel), pe de altă parte, pot fi pornite numai fără sarcină, nu pot fi acționate când staționează și trebuie să funcționeze la turație minimă (la ralanti) pentru a fi încărcate. Puterea livrată de motor depinde puternic de viteza acestora. Puterea motorului, cuplul arborelui și consumul specific depind în mare măsură de turație. Ar fi benefic pentru propulsia vehiculelor cu roți terestre dacă puterea motorului ar putea fi maximizată la toate turațiile.

Deoarece performanța poate fi descrisă ca:

Unitatea ideală ar realiza această relație. În acest caz, dacă ar fi necesar un cuplu ridicat (de exemplu, pentru a conduce un vehicul pe o pantă abruptă sau când accelerați vehiculul), acesta ar fi disponibil în detrimentul vitezei. Cu toate acestea, cuplul furnizat arborelui motoarelor cu ardere internă este prezentat în figură. Cuplul necesar vehiculului condus ar putea fi astfel atins numai prin intermediul unei cutii de viteze. Acest lucru ar permite cuplului pe roți să fie disponibil la valoarea necesară la o turație aproape constantă a motorului. În mod strict vorbind, această sarcină poate fi rezolvată numai utilizând transmisii variabile continuu. Cu toate acestea, în practică, este de obicei suficient să folosiți o cutie de viteze cu mai multe trepte, care are o structură mai simplă și, prin urmare, este mai ieftină. Transmisiile au 4 până la 7 trepte de viteză și, de obicei, o treaptă de mers înapoi.

Cutii de viteze spur

Cutii de viteze

Cea mai simplă este structura angrenajelor. Bunurile și întreținerea lor sunt, de asemenea, cele mai ieftine și mai fiabile. Acestea funcționează după cum urmează:

Motorul este conectat la transmisie printr-o transmisie eliberabilă („ambreiaj”). Ambreiajul este necesar pentru a deconecta motorul de restul lanțului de acționare atunci când schimbă vitezele, astfel încât vitezele descărcate să poată aluneca una în cealaltă. În desenul simplificat (transmisia are doar două trepte de viteză), angrenajul arborelui de acționare conduce angrenajul arborelui de antrenare printr-un arbore de transmisie. Pe nervura de ieșire este montat un set deplasabil axial de două trepte. Când maneta schimbătorului este deplasată spre stânga cu maneta schimbătorului, angrenajul cu diametru mai mare al blocului este conectat la angrenajul mic al arborelui angrenajului. Aceasta este lentă, viteza 1. Când blocul roții glisante este glisat spre dreapta, angrenajul cu diametrul mai mic al blocului și angrenajul cu diametrul mai mare al arborelui angrenajului vin în contact și, astfel, viteza arborelui de ieșire crește. (Viteza 2) Pentru a menține conexiunile de transmisie în timpul deplasării („nu cădea din viteză”) se folosește o încuietoare pentru fiecare treaptă de viteză.

Dezavantajul transmisiilor cu mai multe trepte este că acestea necesită practică pentru a funcționa și o manipulare necorespunzătoare poate duce la deteriorări structurale, în special deteriorări ale dinților. Acest lucru se datorează faptului că dinții angrenajelor pot fi alunecați unul în celălalt cu ambreiajul decuplat numai dacă vitezele circumferențiale ale celor două angrenaje care trebuie conectate sunt aproape aceleași. Din acest motiv, schimbătoarele sunt acum rareori folosite.

Cutii de viteze ambreiaj

În aceste cutii de viteze, care sunt și angrenaje cu angrenaj, angrenajele sunt în contact constant, angrenajele neutilizate se rotesc liber pe arborele lor, în cazul schimbării angrenajului corespunzător este fixat pe arborele său de un ambreiaj eliberabil, în același timp slăbind ambreiajul angrenajului anterior. Inițial, au fost utilizate comutatoare simple cu gheare pentru a fixa angrenajul. Deși această soluție oferă protecție pentru dinte, nu facilitează procesul de comutare pentru operator.

Întrerupătoarele cu inel sincron sunt folosite acum aproape fără excepție în transmisiile auto. Partea nervurată a arborelui rotește odată cu acesta inelul sincron, care se află lângă angrenajul care trebuie conectat. Inelul sincron este format din două părți. Inelul interior din mijlocul figurii se rotește împreună cu arborele nervurat, inelul exterior este rotit împreună cu nervurile inelului interior, mișcarea sa axială una față de alta este împiedicată de zăvorul cu bile în poziția decuplată. (1) Când sunt oprite, cele două roți dințate albastre prezentate în figură se rotesc cu contra roțile dințate la viteze diferite față de arbore. Dacă operatorul dorește să cupleze angrenajul stâng la arbore, deplasați inelele spre stânga. (2) Apoi, pentru prima dată, cele două inele alunecă împreună spre stânga datorită blocării, carcasa conică a inelului interior este întinsă pe partea conică a angrenajului și frânează cele două părți împreună. În acest caz, nu este necesar un cuplu ridicat, deoarece ambreiajul („ambreiajul”) conectat la capătul arborelui de ieșire al motorului este apăsat. Operatorul deplasează apoi inelul exterior mai departe, zăvorul se eliberează, iar cuiele inelului exterior se cuplează cuie ale angrenajului din stânga. Ambreiajul poate fi apoi eliberat și noua treaptă cuplată. (3)

Unele cutii de viteze sunt prevăzute cu ambreiaje lamelare în locul inelelor lor sincrone, care sunt uneori atât de puternice încât ambreiajul principal încorporat în capătul arborelui motorului poate fi complet omis.

Cutii de viteze planetare

Funcționarea acestor transmisii se bazează pe faptul că un angrenaj planetar poate avea mai multe viteze de ieșire, în funcție de faptul dacă o structură de punte („stea”) care ghidează angrenajul solar, roata exterioară sau angrenajele planetei este fixă. O cutie de viteze cu mai multe viteze poate fi dezvoltată cu mai multe grupuri de angrenaje planetare conectate în serie. În partea dreaptă a secțiunii transversale a structurii prezentate în imagine sunt trei baloane conectate. Unul dintre primele și foarte reușite exemple de cutii de viteze planetare a fost structura utilizată în modelul Ford T. În acest caz, frânarea fiecărei axe a fost rezolvată prin intermediul unei frâne cu bandă acționate manual, astăzi se folosesc de obicei frâne cu disc și bandă și ambreiaje cu disc cu acționare hidraulică sau electrică.

Unități hidrostatice

Acționarea hidrostatică constă dintr-o pompă și motor cu deplasare pozitivă, precum și o conductă și elemente de control care leagă cele două. Există pompe cu piston al căror volum de livrare pe minut poate fi variat continuu. Dacă acesta este conectat la un motor cu debit constant, poate fi creat un motor cu viteză variabilă. Această soluție este utilizată pe scară largă pe mașinile de mutare a pământului, mașinile de construcție de drumuri (cum ar fi grapere, role de rulare, macarale autopropulsate pe pavele de asfalt) unde mișcarea diferitelor echipamente ale mașinii și propulsia vehiculului pot fi rezolvate cu un motor diesel . Desenul brevetului din imagine prezintă o secțiune longitudinală a unei transmisii hidrostatice care poate fi încorporată într-o transmisie convențională pentru automobile. În transmisie sunt instalate o pompă cu piston axial cu deplasare variabilă și un motor.

Lăstari hidrodinamici

Secțiunea transmisiei hidrodinamice

Ambreiajul hidrodinamic este format dintr-o pompă vortex și o turbină încorporată într-o carcasă comună. Pompa este cuplată la arborele motorului, turbina la arborele antrenat. Lichidul (uleiul hidraulic) acționat de pompă rotește pompa și accelerează până când acestea se rotesc cu o viteză aproape constantă. Spre deosebire de ambreiajele de frecare convenționale, comutarea este netedă și automată, dar la o funcționare constantă face pierderi, iar ambreiajul necesită răcire constantă. Astfel de comutatoare sunt încorporate în cutii de viteze, dar în funcționare continuă contactul se face printr-un ambreiaj mecanic.

Dacă un inel rotativ de ghidare cu unghi variabil este, de asemenea, construit între pompă și turbină, viteza (și cuplul) arborelui acționat de turbină pot fi reglate infinit. Aceasta este transmisia hidrodinamică. În acționările practice, transmisiile automate, transmisia hidrodinamică este combinată cu un angrenaj convențional, adesea o transmisie mecanică planetară.

Angrenaje de frecare

Transmisie fără autosandal

Cu acționarea prin frecare, pot fi construite transmisii variabile continue simple și ieftine. Astfel de transmisii sunt concepute doar pentru a transmite mai puțină putere, versiunea construită cu mașina prezentând un exemplu de monovolum Autosandal fabricat în anii 1950. Dezavantajul lor este că eficiența lor este mai mică decât acționările dințate și sunt sensibile la murdărie (apă, ulei, praf).

Transmisii cu curea

Soluție rar utilizată. Fabrica DAF din Olanda a construit o transmisie variabilă continuă cu curea trapezoidală Variomatic în autoturismul său cu preț redus, construit între 1967 și 1974. Centura trapezoidală largă rulează pe două scripete deplasabile axial. Poziția jumătăților fulii a fost ajustată: dacă distanța unei perechi de jumătăți fulii a fost mărită, cealaltă a fost redusă cu aceeași cantitate, astfel încât, în ciuda schimbării, tensiunea curelei V a rămas, dar transmisia s-a schimbat.

Dr. Zoltán Lévai: Ingineria structurală a autovehiculelor Editura manualului 1978 ISBN: 9631725189

Manual al inginerilor mecanici și electrici cu snaps Volumul 4. Editura Tehnică, Budapesta, 1961.

György Zinner: Echipamente de transmisie pentru autovehicule Editura manualelor Editura 2008 ISBN: 9639668222

Tibor Bercsey, László Tuskó: Automotive Technology (2012) Editura Typotex