Post on 03-Apr-2018
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 1/15
Căluianu Alin
65
Capitolul 11. Calculul ambreiajului
11.1. Aspecte generale
Se vor determina dimensiunile principale ale ambreiajului în funcţie de valoareamaximă a momentului motor şi se va efectua verificarea la rezistenţă a principalelor piesecomponente.[3]
11.2. Determinarea momentului necesar al ambreiajului
Se va adopta un moment mai mare decât cel maxim pentru dimensionarea
ambreiajului(momentul acesta se numeşte momentul de calcul al ambreiajului), pentru caambreiajul să poată transmite momentul maxim al motorului chiar şi când garniturile suntuzate.[3]
max M M a (11.1)
Nm M 401max
coeficient de siguranţă
Pentru valorile coeficientului de siguranţă se alege 75,1...3,1 pentru autoturisme
cu capacitate normală de trecere.[3]
Alegem 4,1
Nm M a 4,5614014,1
11.3. Presiunea specifică şi creşterea temperaturii pieselor ambreiajului
a) Presiunea specifică dintre suprafeţele de frecare ale ambreiajului este raportul dintre forţadezvoltată de arc F şi aria unei suprafeţe de frecare a ambreiajului A.[3]
A pF A
F p
oo (11.2)
Presiunea specifică se va considera în următoarele limite: MPa p 5,0...2,00 pentru garnituri din răşini sintetice impregnate cu fibre de kevlar sau de
sticlă MPa p 5,2...2,10 pentru garnituri metaloceramice [3]
22
2
22
212
3
2
22
1
tr
R
tr
r am p
p
m
tr
R
tr
r a
mi
I i
r
g
G
k k
M M
i I
i
r
g
G L
(11.3)
s Nmk / )50...30(
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 2/15
Căluianu Alin
66
30
2
3
2
260
2
30
22
2
2n
g
G
k G
k
Gn
g
G
i
r n L a
a
aa
tr
r
(11.4)
n - turatie motorului in momentul pornirii din loc a autovehculului;
r - raza de rulare a rotii;
itr - raportul de transmitere total;Ψ - coeficientul rezistentei totale a drumului;
Ga - greutatea totala a automobilului;
k - coeficient de proportionalitate.
n=1200 rot/min
r r =0,367m
=0,1
k=40 Nm/s
30
12005,3598
40
21,035985
3
2
402
1,035985
60
120025,3598
8,385,430
367,01200 22
22
2 L
L=48544 J
b) Creşterea temperaturii pieselor ambreiajului
Pe un traseu urban frecvenţa cuplărilor -decuplărilor este de 100..300 ori. În timpul
cuplării şi decuplării ambreiajului o parte din lucrul mecanic al motorului se transformă încăldură. O creştere a temperaturii în planul de alunecare a garniturilor de la 30 la 100 grade C
va mări uzura garniturilor de 2 ori. De aceea vom considera situaţia pornirii de pe loc. Vomconsidera că lucrul mecanic de patinare se află sub formă de căldură în discul de presiune şivolant.[3]
pmc
Lt
(11.5)
t -creşterea de temperaturăL-lucrul mecanic de patinare
5,0 -coeficient care exprimă partea din lucrul mecanic preluat de discul de presiune al
ambreiajului pm -masa pieselor ce se încălzesc
c=500J/kg grad C – căldura specifică
Ambreiajul se consideră bun din punct de vedere al încălzirii dacă creşterea de temperatură lapornirea de pe loc este între 8..15 grade C.[3]
Considerăm t =10 grade C. Astfel :
kg
t c
Lm
p 8,4
10500
485445,0
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 3/15
Căluianu Alin
67
11.4. Dimensionarea garniturilor de frecare
Garniturile de frecare fac parte din discul condus iar prin intermediul lor se stabileştelegătura de cuplare a ambreia jului.[3]
Momentul capabil al ambreiajului:
2
ie
macap
R RF i RF i M
(11.6)
i=2n – numărul suprafeţelor de frecare, i=2
n – numărul discurilor conduse ale ambreiajului, n=1
2
ie
med
R R R
- raza medie a suprafeţei de frecare (11.7)
ie R R , - razele exterioară şi interioară ale suprafeţelor inelare de frecare
- coeficientul de frecare dintre suprafeţele discurilor F-forţa normală de apăsare
A pF 0 (11.8)
22
ieR R A (11.9)
22
2ie
ieoacap R R R R pi M
(11.10)
Ambreiajul se consideră corect dimensionat dacă :
22
2ie
ie
om
acapa
R R R R
pi M
M M
mm
cc pi
M R m
e 12866,0166,013,023,0
4010004,12
11
23
23
2
0
(11.11)
c R R ei (11.12)
75,0...53,0e
i
R
Rc - influenţează uniformitatea de uzare radială a garniturilor
Aleg c=0,66 => e R =128 mm
Tabel 11.1. Dimensiunile garniturilor de frecare pentru ambreiaje[mm] [3]
De
150 160 180 200 225 250 280 300 305 310 325 350
Di 100 110 125 130 150 155 165 175 185 195
g 2,5...3,5 3,5 3,5...4,0
De, Di – diametrul exterior, interior al garniturii; g – grosimea garniturii
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 4/15
Căluianu Alin
68
Aleg din tabelul 11.1 e D =280 mm, i D =165 mm, g= 3,5 mm.
11.5. Calculul arcurilor de presiune
ie
m
med
m
R Ri
M
Ri
M F
2(11.13)
mm R R
R ie
med 25,1112
5,82140
2
(11.14)
N F 4,8410
5,821403,02
4010004,12
La ambreiajele cu arc diafragmă forţa dată de relaţia 11.13 trebuie să fie dezvoltată dearc în starea cuplată a ambreiajului. [3]
a) Calculul arcului diafragmă
Fig. 11.1. Elemente geometrice ale unui arc diaf ragmă [3]
În fig 11.2 se observă forţele ce acţionează asupra arcului diafragmă în situaţiaambreiat şi debreiat.
Fig. 11.2. Forţe ce acţionează asupra ambreiajului [3]
Arcul diafragmă are două elemente funcţionale : partea tronconică plină, şi lamelele
care sunt pârghii cu rol de debreiere încastrate în disc.[3]
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 5/15
Căluianu Alin
69
Fig. 11.3. Modelul constructiv al arcului diafragmă [3]
1d , 2d , 3d , S, H, h- dimensiunile arcului diafragmă
z – numărul de braţe - unghiul sectorului care revine unui braţ, z / 360
F – forţa de ambreiereQ – forţa de debreiere
11 ,QF - forţele de ambreiere şi debreiere ce revin unui sector al modelului
zF F / 1 (11.15)
zQQ / 1 (11.16)
Aleg z=18
F şi Q determină în arcul disc momentul radial 1 M şi forţa tăietoare 1T şi în pârghii momentulde încovoiere 2 M şi forţa tăietoare 2T .[3]
Fig. 11.4. Principale dimensiuni ale arcului – desen luat din proiectul lui Marius Zediu, proiect predat în 2011
[10]
- F1, forţa cu care arcul apasă pe discul de presiune;- F2, forţa necesară pentru decuplarea ambreiajului, exercitată de rulmentul de
presiune;
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 6/15
Căluianu Alin
70
- b=De /2 (11.17), raza cercului după care arcul diafragmă apasă pe discul de presiune;
- a≈0.7·b (11.18), raza pana la care este tăiat arcul pe generatoare;
- c≈0.75·b (11.19), raza inelului de sprijin al arcului;
- e≈0.2·b (11.20), raza cercului prin care va trece arborele ambreiajului.
Astfel: b=140 mm => 1d =280 mm
a=98 mm => 2d =196 mm
c=105 mm
e=28 mm => 3d =56 mm
Solicitări maxime:
Nmd d F
M 2,3531962802
4,8410
2211 (11.21)
Nmd d F
d d Q
M 2,35322
12322 (11.22)
F T 1 (11.23)
QT 2 (11.24)
Calculul de rezistenţă al arcului se face folosind relaţia:
sk
f hk
d k
f E t 322
11
2max21
4
(11.25)
unde: E – modulul de elasticitate al materialului
- coeficientul lui Poisson
f – deformaţia arcului în dreptul diametrului2
d
s – grosimea discului
k1, k2, k3 – coeficienţi de formă cu valorile:
4.0
196
280ln
2
196280
196280
280
1961
1
ln
2
11
2
2
121
21
2
1
2
1
d
d d d
d d
d
d
k (11.26)
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 7/15
Căluianu Alin
71
07.11
196
280ln
1196
280
196
280ln
61
ln
1
ln
6
2
1
2
1
2
12
d
d
d
d
d
d k (11.27)
14.11196
280
196
280ln
31
ln
3
2
1
2
13
d
d
d
d k (11.28)
Aleg s=3,2 mm
H=15 mm
2
22
H h (11.29) => h=8,78 mm
Pentru f=h =>
)30.11(314,1
2
78,878,807,1
2804,03,01
78,82100004
21
422322
11
2max sk f
hk d k
f E t
Mpat 09,2max
Deformaţia arcului disc încărcat cu sarcină uniform distribuită pe circumferinţele dediametre d1 şi d2:
2
2
11
2 21
4s
f h f h
d k
f s E F
(11.31) - caracteristica de elasticitate a arcului
disc în timpul cuplării [3]
Pentru calculul deformaţiilor în timpul debreierii:
21 qqq (11.32)
21
321
d d
d d f q
(11.33)
I E z
d d Qq
24
)( 3
322
(11.34)
Am ales mmbb
b10;5,0;160,1 1
1
32
21
d d
d d F Q
(11.35)
Pentru trasarea caracteristicii elastice a arcului diafragmă:
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 8/15
Căluianu Alin
72
- se va verifica efortul tangenţial maxim maxt când discul este aplatizat , f=h, şi se compară
cu MPaad 20
- se calculează mărimile F, Q pentru valori ale săgeţii cuprinse între f=0 şi f=1,7h. [3]
Tabel 11.2. Mărimea caracteristicii elastice a arcului diafragmă
f [mm] F Q q1 q2 q
0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
0.5 3808.56 2285.14 0.84 1.60 2.43
1 7032.19 4219.31 1.67 2.95 4.62
1.5 9706.21 5823.73 2.51 4.08 6.58
2 11865.95 7119.57 3.34 4.98 8.32
2.5 13546.72 8128.03 4.18 5.69 9.863 14783.85 8870.31 5.01 6.21 11.22
3.5 15612.66 9367.60 5.85 6.56 12.40
4 16068.47 9641.08 6.68 6.75 13.43
4.5 16186.61 9711.96 7.52 6.80 14.31
5 16002.39 9601.43 8.35 6.72 15.07
5.5 15551.13 9330.68 9.19 6.53 15.72
6 14868.17 8920.90 10.02 6.24 16.26
6.5 13988.82 8393.29 10.86 5.88 16.73
7 12948.40 7769.04 11.69 5.44 17.13
7.5 11782.23 7069.34 12.53 4.95 17.47
8 10525.64 6315.38 13.36 4.42 17.78
8.5 9213.95 5528.37 14.20 3.87 18.06
9 7882.47 4729.48 15.03 3.31 18.34
9.5 6566.54 3939.93 15.87 2.76 18.62
10 5301.48 3180.89 16.70 2.23 18.93
10.5 4122.59 2473.56 17.54 1.73 19.27
11 3065.22 1839.13 18.37 1.29 19.66
11.5 2164.67 1298.80 19.21 0.91 20.11
12 1456.28 873.77 20.04 0.61 20.65
12.5 975.35 585.21 20.88 0.41 21.28
13 757.22 454.33 21.71 0.32 22.03
13.5 837.21 502.33 22.55 0.35 22.90
14 1250.64 750.38 23.38 0.53 23.91
14.5 2032.82 1219.69 24.22 0.85 25.07
15 3219.09 1931.45 25.05 1.35 26.40
Fig.11.5. Caracteristica elastică a arcului diafragmă
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 9/15
Căluianu Alin
73
Caracteristica elastica
0.00
2000.00
4000.00
6000.00
8000.00
10000.00
12000.00
14000.00
16000.00
18000.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5
f [mm]
F ,
Q [ N
]F
Q
11.6. Calculul părţii conducătoare
a) Dimensionarea discului de presiune
Discul de presiune se va predimensiona în funcţie de căldura din timpul patinării fărăîncălziri periculoase. [3]
- Raza exterioară: red=Re+(3...5) mm (11.36);
- Raza interioară: rid=Ri-(3...5) mm (11.37);
- Înălţimea discului :
22
id ed
d r r t c
Lh
(11.38)
red=Re+(3...5)=140 +5=145 mm
rid=Ri-(3...5)=82,5-5=77,5 mm
2222 5,77135108,7500
5,048544
id ed
d r r t c
Lh =16,2 mm
b) Calculul elementelor de legătură
Discul de presiune va fi legat permanent de carcasa ambreiajului şi se va roti cu turaţiaacesteia. [3]
Vom alege soluţia fixării cu bride deoarece este o soluţie folosită la ambreiajul
modelului similar Iveco Daily, cu z=3 bride.
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 10/15
Căluianu Alin
74
Fig.11.6. Fixarea prin bride
R=159 mm
Calculul niturilor de fixare ale bridelor de carcasă şi de discul de presiune:
MPa Rgd z
M
R A z
M
s
as 38,65
159363
104,561 3max
(11.39)
MPa Rd z
M
R A z
M
f
a f 15,1
15963
104,561444
3
4
max
(11.40)
11.7. Calculul părţii conduse
a) Calculul arborelui ambreiajului
3max
2,0at
i
M D
(11.41) diametru de predimensionare
MPac
c
at 1092,2
4006,06,0
(11.42)
mm Di 53,29
1092,0
5614003
Dimensiunile nominale ale arborilor şi butucilor canelaţi cu profildreptunghiular de uz general sunt impuse prin următorul standard: STAS 1770-86 - serie grea.
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 11/15
Căluianu Alin
75
Tabel 11.3. Dimensiunile nominale ale arborilor şi butucilor canelaţi cu profil dreptunghiular [10]
Alegem pe baza tabelului arborele canelat de dimensiunile 10x32x40.
Lungimea butucului: L = 1.4*D = 1.4 * 40 = 56mm (11.43)
b) Calculul îmbinării dintre butucul discului condus cu arborele ambreiajului
Calculul î mbinării arbore butuc se face pentru strivire pe flancurile canelurilor: [3]
z=10 caneluri
MPa L zh D
M k
d
s 84,275610436
56140022
2 max
(11.44)
mm D D
D ied 36
2
3240
2
c) Calculul arcurilor elementului elastic suplimentar
Nmii
r G M
cv
d ad c 6,522
85,48,3
106,3348,05,3598 3
01
(11.45)
N R z
M F
med
cc 6,3262
04,04
6,522
(11.46)
mm R f med 56,58sin40sinmax (11.47)
indice arc c=4..5diametrul sârmei de arc d=2,5..4mm
numărul total de spire 65 t n
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 12/15
Căluianu Alin
76
Dimensionarea ferestrelor:
mml f 27..25
a=1,4...1,6mm
înclinare capete 1..1,5 grade
tăietura în butuc mr d B (11.48), d-diametrul limitatorului=8..10mmmr , =2...2,5mm
4 D
d c , coeficient al arcului (11.49)
mm f G
ncF d c 6,3
8 2
(11.50) diametrul sârmei de arc
Fig.11.7.Ferestre [3]
D=20mm
mm Re 40
mml f 26
a=1,5mm
înclinare 1 grad
B=10+2+2=14mm
11.8. Calculul sistemului de acţionare a ambreiajului
Se efectuează în condiţiile în care forţa de acţionare asupra pedalei ambreiajului şicursa pedalei trebuie să se situeze în limite ergonomice.[3]
11.8.1. Dimensionarea cinematică a sistemelor de acţionare
a) Acţionarea mecanică
Raportul de transmitere al mecanismului cu acţionare mecanică:
4
3
2
1
L
L
L
L
iii d pm (11.51)
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 13/15
Căluianu Alin
77
Deplasarea totală a manşonului de decuplare:
6
5
L
LhS S S S am (11.52)
iS h
(11.53), S
-distanţa dintre 2 suprafeţe de frecare, i-numărul suprafeţelor defrecare
Cursa totală a pedalei:
4
3
2
1
6
5
L
L
L
L
L
LiS S S p
(11.54)
5,1...75,0S pentru ambreiaj monodisc
Forţa de apăsare pe pedală necesară decuplării complete:
pam
a
m
m p
ii
F
i
F F
(11.55), Fm-forţa necesară la manşon, Fa-forţa de apăsare a arcurilor în
starea decuplată a ambreiajului
Raportul de transmitere al pârghiilor de debreiere:
5
6
L
Li pa (11.56)
Pentru arc diafragmă:
Qi
F F
p
am (11.57)
m
pi
QF (11.58)
b) Acţionarea hidraulică
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 14/15
Căluianu Alin
78
Fig.11.8. Sistem cu acţionare hidraulică (desen din îndrumarul de proiect)
Forţa necesară ce trebuie dezvoltată de tija pistonului din cilindrul receptor este dată derelaţia:
4
32
L
LF F m (11.59)
N QF m 48,4729
Fm – forţa necesară la manşon pentru realizarea decuplării ambreiajului
Forţa de apăsare asupra pistonului din cilindrul pompei centrale este:
2
11
L
LF F p (11.60)
Fp – forţa de apăsare asupra pedalei
Conform principiului lui Pascal:
h
p
c i D
D
F
F
2
2
2
1 (11.61)
ih – raportul de transmitere al părţii hidraulice
N ii
F F
hm
m p 91,168
47
48,4729
(11.62)
725,34
3
2
1 L
L
L
Liii d pm (11.63)
44
2
2
2
2
c
p
h
p
c
D
Di
D
D(11.64)
pcD D 2 (11.65)
7/29/2019 Capitolul 11-Calcul Ambreiaj
http://slidepdf.com/reader/full/capitolul-11-calcul-ambreiaj 15/15
Căluianu Alin
79
Cursa pedalei:
hmm piiS S (11.66)
Cursa totală a pedalei este între 120...150 mm.Raportul de transmitere are valori între 15...20 mm.
Lucrul mecanic necesar debreierii se recomandă să nu depăşească 15...20mm.[3]
Am ales acţionarea hidraulică deoarece permite apăsarea mai uşoară a pedalei deambreiaj.