Proiect calculul si constructia autovehiculelor

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALA SI TEHNOLOGICA

CALCULUL SI CONSTRUCTIA AUTOVEHICULELOR

Echipamente electronice pentru imbunatatirea securitatii active si pasive a autovehiculelor

Initial, aceste concept s-a referit la siguranta ocupantilor din habitaclul automobilului, extinzandu-se apoi si la siguranta celorlalti participanti la trafic. Un automobil sigur este, in conceptul modern, un autovehicul care ofera securitate sporita atat ocupantilor habitaclului cat si pietonilor in caz de accident. Ajungem astfel la sistemele de siguranta. Specialistii le-au clasificat in doua sisteme: sistemele de siguranta pasiva si sistemele de siguranta activa.

Siguranta activa a autovehiculului reprezinta actiunea constructorului care urmareste imbunatatirea calitatii autovehiculului referitoare la evitarea producerii accidentelor de circulatie rutiera. Aceasta siguranta se obtine prin realizarea sistemului de directie, de franare, de rulare, de iluminare si semnalizare cu o fiabilitate maxima.

Siguranta pasiva reprezinta actiunea constructorului care urmareste diminuarea urmarilor accidentelor de circulatie rutiera chiar in timpul producerii acestora. In cadrul acestor actiuni se are in vedere evitarea accidentarii grave sau mortale a ocupantilor locurilor din autovehicul prin utilarea interiorului caroseriei cu piese si materiale usor deformabile la soc, testarea fixarii centurilor de siguranta, a tetierelor, dinamicitatea, fiabilitatea si comportarea diferitelor subansambluri in regimuri de exploatare severe etc.

I.    Siguranta activa

Din cadrul sistemelor de siguranta activa a autovehiculelor amintim: sisteme de franare cu dispozitive de antiblocare a rotilor - ABS, dispozitive antipatinare - ASR (controlul tractiunii), controlul dinamic al stabilitatii - ESP, sistemul de iluminare.

Sistemul ABS

ABS este denumirea prescurtat din termenul englezesc Antilock Braking System si inseamna in traducere libera Sistem Antiblocare la Franare. Sistemul pe scurt impiedica blocarea rotii atunci cand masina este franata. ABS-ul a fost inventat si folosit pentru prina oara in aviatia la avioane pentru a reduce distanta de franare si pentru a pastra directia chiar daca se frineaza e suprafete alunecoase. De la avioane a fost preluat de catre Mercedes si introdus pentru prima oara pe o masina de serie in anii '80 pe clasa S. Mercedes este unul din producatorii auto care tine aproape de tehnologia militara si cea aviatica. De-a lungul timpului au introdus sisteme in premiera care au fost preluate din aceste domenii.

ABS-ul este necesar dearece eficienta franarii este foarte strans legata de coeficientul de frecare dintre roata si suprafata de teren pe care evolueaza. Daca nu exista frecare sau daca aceata este foarte mica, franare nu se produce. Pe suprafetele alunecoase in momentul franarii roata se blocheaza si atunci se pierde aderenta cu suprafata de rulare, iar comportamentul masinii nu mai poate fi controlat. Daca reusim sa nu blocam roata, reusim sa controlam comportamentul ei. Acesta este lucrul important care a dus la dezvoltarea ABS-ului.
De ABS se leaga functionarea a foarte multe sisteme cum ar fi: sistemul de control al stabilitatii (DSA, ESP, etc), sistemul de control al tractiunii (ASR), sistemul de control al vitezei si de limitare al vitezei (CRUISE CONTROL) etc.

Istoric vorbimd exista mai multe sisteme ABS clasificate dupa mai multe criterii: sistem ABS cu doua, trei sau patru canale; sistem ABS de generatia II, II, IV sau V.

Prima clasificare se refera la numarul de senzori de turatie care sunt plasati pe rotile masinii. Cele cu 2 canale aveau plasati doar 2 senzori pe rotile din fata sau un senzor pe roata fata dreapta si unul pe roata fata stanga, cele cu trei canale aveau 2 senzori pe rotile fata si un senzor pe puntea spate care monitoriza toata puntea, iar cel cu 4 canale are 4 senzori, fiecare din senzori monitorizand cite o roata. Cel mai raspindit la ora actuala este sistemul cu 4 canale, iar la el s-au dezvoltat mai multe generatii in funtie de tipul de pompa si unitate de procesare.

Principiul de functionare

Fiecare senzor monitorizeaza cate o roata si cand sesizeaza ca aceasta nu se mai invarte trimite semnal la calculator, care slabeste stangerea pe care o exercita placutele de frana asupra discului sau tamburului permitand rotii sa se invarta si astfel sa-si pastreze aderenta dupa care cand sesizeaza din nou miscare placute se strang din nou pe disc sau tambur franand roata. Daca senzorul sesizeaza din nou blocarea rotii se reia procesul. Dupa cum se vede procesul este unul pulsatoriu, iar pe anumite intervale de timp pulsatiile sunt neregulate. Fiecare etier de frana este comandat hidraulic printr-o conducta separata care vine din unitatea centrala de control. Avand cite un senzor pe fiecare roata si fiecare roata fiind comandata separat, atunci fiecare roata este controlata individual si poate avea comportament diferit. De ex: daca senzorul de ESP sesizeaza in timpul unei franari ca masina are tendinta de a se roti in jurul axei proprii datorita unor forte care apar, el va comanda frinarea rotilor din fata si spata pe diagonala astfel incit sa creeze un cuplu de forte de sens contrar celui care a destabilizat masina astfel anuland acel cuplu si restabilind traiectoria masinii

Senzorii trimit semnale sub forma de impulsuri la unitatea centrala de control. In unitatea centrala de contrul exista un computer si o serie de electrovalve care camanda fiecare deschiderea sau inchiderea conductei care alimenteaza cu lichid de frana etierul rotii. Tot in aceasta unitate de comanda exista o pompa hidraulica care are rolul de a produce presiune in sistem.

Sistemul fuctioneaza astfel: la apasarea pedalei de frina se actioneaza in mod direct asupra etierului si incepe rocesul de franare. In functie de informatiile primite de la senzori electrovalvele blocheaza conductele de franare si nu mai permit lichidului sa circule catre etier, in aceste fel etierul nu mai este sub presiune si sistemul se deblocheaza. Odata cu blocarea conductei de alimentare a etierului de deblocehaza un circuit de retur al lichidului. Totul se intimpla la nivel de unitate centrala si este controlat automat de computer in funtie de: forta de apasare a pedalei de frina, de cit timp este mentinuta pedala de frina si de informatiile primite de la senzori sau de la alte sisteme ale masinii. La sistemele de generatie mai noua un parametru important de care tine seama computerul de ABS este viteza cu care se apasa pedala de frana. In feleul acesta el sesizeaza situatiiele de urgenta si atunci cand viteza de apasare a pedalei este mare computerul mentine si mareste presiunea in instalatia de franare pentru perioada chiar daca s-a luat piciorul de pe frana. Acesta este sistemul BAS Brake Assistant System in traducere Sistem de Asistare la Franarea de Urgenta.

Sistemul ESP

Unul dintre cele mai importante sisteme de siguranta din domeniul auto, cunoscut de cei mai multi sub numele de ESP, devine din ce in ce mai mult o obisnuinta a masinilor zilelor noastre, dar pretul inca mare si lipsa informatiilor pentru marele public fac ca raspandirea sistemului sa nu fie semnificativa.

Denumirea tehnica a sistemului este ESC, adica Electronic Stability Control, denumire ce sugereaza destul de bine utilitatea sa. Faptul ca cele mai multe astfel de sisteme instalate pe autovehicule sunt fabricate de Bosch a determinat insa popularizarea sa sub numele ESP, cel pe care producatorul de dispozitive electronice auto l-a instituit inca din 1987, cand a inceput sa-l dezvolte alaturi de Mercedes-Benz.

Si BMW a creat cam in aceeasi perioada un Sistem de Control al Tractiunii care avea acelasi rol. Din punctul de vedere al echiparii modelelor de serie, putem vorbi despre o noua similitudine, anul 1992 fiind cel in care atat Mercedes, cat si BMW au introdus ESP-ul, ambele fiind realizate cu ajutorul companiei Robert Bosch GmbH, cea care si-a inregistrat marca ESP.

De altfel, in 1995 Bosch a creat primul ESP complet, pus la dispozitia producatorilor de autovehicule.

Functionarea ESP ( ELECTRONIC STABILITY CONTROL )

Electronic Stability Control este de fapt un sistem destul de inteligent, care lucreaza insa integrat cu dispozitivele electronice computerizate ce controleaza un automobil.

Respectand legile ciberneticii, ESC-ul foloseste ca surse de informatii o serie de senzori amplasati pe diferite componente dinamice ale unui vehicul. In acest fel, in fiecare moment sunt cunoscute viteza de rotatie a fiecarei roti, directia imprimata de volan si masura in care caroseria masinii respecta intocmai aceasta directie.

Pentru componenta de tractiune exista si sisteme mai simple care doar impiedica una sau mai multe roti sa derapeze. Un ESC integrat va verifica nu doar diferentele dintre viteza unghiulara a rotilor, ci si deplasarea laterala a masinii. Timpul de raspuns este de obicei de ordinul milisecundelor, astfel ca interventia poate fi considerata destul de prompta. Numai pentru tractiune, actiunea se rezuma la impiedicarea rotii/rotilor care patineaza sa se mai invarta, astfel fiind posibil un control al directiei, similar cu ceea ce face un ABS la franare. In cazul ESC, in clipa in care se constata derapajul masinii, sistemul proceseaza informatiile si actioneaza acolo unde trebuie: franele intervin pe una sau mai multe roti, individual, pentru a corecta traiectoria, iar motorul este impiedicat sa mai genereze cuplu, eliminandu-se astfel fortele care au generat deplasarea.

De exemplu, daca rotile din fata incep sa derapeze in timpul virajului, producand ceea ce numim subvirare (deplasarea catre exteriorul curbei), ESC franeaza roata spate de pe interior, astfel ca traiectoria se corecteaza. Daca derapeaza rotile din spate, adica masina supravireaza (incepe sa se rasuceasca spre interiorul curbei), ESC franeaza roata fata din exterior, ajustand traiectoria. De fiecare data acceleratia este redusa automat pana la atingerea scopului. Simultan, la bordul vehiculului se aprinde intermitent becul corespunzator ESC, care avertizeaza soferul ca sistemul se afla in plin proces de functionare. Aproape orice vehicul dotat cu ESC permite decuplarea acestuia de la un buton, becul-martor fiind aprins in acest caz permanent. Decuplarea ESC este utila, de exemplu, in cazul vehiculelor 4x4 care au de depasit un obstacol dificil, functionarea sistemului fiind de natura sa reduca puterea motorului si sa impiedice deplasarea. Suprafetele pe care poate fi observata cu usurinta interventia sistemului de control al stabilitatii sunt asfaltul ud si zapada/gheata.

Denumiri multiple pentru ESP - ELECTRONIC STABILITY CONTROL

In ultimii ani, toti producatorii si-au achizitionat sau creat propriile sisteme de control al stabilitatii, denumirile acestora diferind de la o marca la alta. Uneori si functionarea si eficienta lor difera, insa existenta unui astfel de sistem pe masina este mult mai importanta pentru siguranta pasagerilor decat numele sub care este comercializat. Costul unui ESC poate afecta pretul final al masinii, fiind situat intre 500 si 600 euro si chiar 1.000-1.500 euro, insa poate fi considerata o investitie mult mai importanta decat cea in aerul conditionat automat sau intr-o vopsea metalizata. Dintre marcile care utilizeaza altceva decat ESP, putem nota Mitsubishi, cu Active Stability Control (ASC), Volvo - Dynamic Stability and Traction Control (DSTC), Mazda si BMW - Dynamic Stability Control (DSC), Honda - Electronic Stability Control (ESC).

Derapajul - cauza accidentelor

Comisia UE a anuntat intentia de a impune folosirea obligatorie a sistemului de stabilitate incepand cu 2011, in timp ce in SUA a fost deja adoptata o lege care prevede ca includerea ESP in dotarea-standard a tuturor autoturismelor este obligatorie incepand cu anul de fabricatie 2012.

Aceste decizii nu sunt intamplatoare, avand in vedere ca studiile asupra accidentelor rutiere demonstreaza ca cel putin 40% din totalul celor soldate cu decese sunt cauzate de deraparea autovehiculelor si, mai mult, aproximativ 80% din totalul acestor accidente ar fi putut fi evitate prin utilizarea sistemului ESP. Potrivit cercetatorilor de la Universitatea Köln, in Europa ar fi putut fi evitate, in 2007, prin folosirea pe scara larga a ESP, un numar de 4.000 de decese si 100.000 de raniti. Autoritatea rutiera a SUA, NHTSA, apreciaza ca prin folosirea ESP s-ar putea evita 10.000 de decese pe soselele SUA.

Sistemul AFU

AFU, sistemul Asistare de Franare de urgenta este extrem de precis in caz de pericol si mai ales atunci cand conditiile de aderenta se degradeaza. Functia sa este aceea de a asista soferul in cazul unei franari dificile.

Daca AFU va determina daca forta de apasare a franei nu este suficienta si o va creste pentru a acoperi lipsa detectata.

In cazul unei situatii de urgenta numerosi soferi nu exercita instantaneu o presiune suficienta pe pedala de frana. Sistemul de asistare de urgenta accentueaza franarea in functei de viteza de apasare a pedalei de frana. AFU permite atingerea aproape instantanee a presiunii de franare maxime.

Alerta la depasirea involuntara a liniei de marcaj - AFIL

Alerta la depasirea involuntara a liniei de marcaj (AFIL) este un nou sistem de asistare a condusului detectand o schimbare de banda neintentionata, pe autostrada sau pe sosea nationala si pornind de la viteza de 80 km/h.

Acest sistem intra in actiune atunci cand soferul, distrat, schimba banda de mers sau fara o semnalizare prealabila.

Principiul de functionare este urmatorul: atunci cand marcajul la sol este depasit (linia continua sau discontinua) si cand semnalizatorul nu este actionat, senzorii infrarosii ai sistemului AFIL, implantati in bara de protectie fata, detecteaza anomalia si calculatorul previne soferul. Acesta din urma este alertat prin declasarea unui sistem de vibratii situat scaunul sau, pe partea corespunzatoare depasirii liniei. Astfel soferul poate corecta traiectoria.

Sistemul AFIL poate fi activat printr-un push situat pe plansa centrala. Starea este memorata la oprirea vehiculului.

Mai exact pentru a detecta banda sase senzori pe baza de infrarosu se afla sub bara de protectie fata a masinii, cate trei de fiecare parte. Fiecare dintre ei regrupeaza o dioda ce emite infrarosii si o celula de detectare. Variatiile de reflectie ale fasciculului de infrarosii emise de catre dioda se afla pe sosea asigurand detectarea.

Gradul de sofisticare al senzorilor permite detectarea la fel de bine a benzilor albe cat si a celor galbene, rosii sau albastre, care semnaleaza benzile provizorii in unele tari europene. Sistemul este de asemenea capabil sa faca distinctia intre marcajul longitudinal (continu sau discontinu) si alte tipuri de marcaje la sol: sageti inscriptionate (mai putin cele speciale neomologate).

Alerta la depasirea involuntara a liniei de marcaj permite avertizarea soferului in caz de schimbare neintentionata a benzii.

Adaptive Cruise Control

Sistemul Adaptiv Cruise Control (ACC) dezvoltat de Bosch vine in ajutorul soferului, fiind capabil sa recunoasca un autovehicul care ruleaza inaintea sa, sa-i inregistreze viteza si sa mentina o distanta de siguranta fata de acesta, cu ajutorul sistemului de franare si managementului motorului.

Precedentele sisteme au fost dezvoltate pentru viteze mai mari de 30 km/h, iar in viitor vor putea fi utilizate si la viteze mai mici. Noul ACC pastreaza distanta de siguranta in raport cu autovehiculul din fata, chiar la viteze mici si franeaza automat pana la oprirea definitiva, in conditii de trafic 'bara la bara'. Cand masina din fata se pune in miscare, soferul este atentionat, fie printr-un semnal optic, fie - in functie de aplicatie - printr-un semnal sonor. Decizia de demarare in cazul unei opriri complete a autovehiculului apartine soferului. Daca acesta doreste sa urmeze masina din fata sa, trebuie doar sa actioneze ACC-ul sau sa apese pedala de acceleratie.

Un alt produs Bosch asteptat in viitor este ACC Full Speed Range (FSR). Sistemul proceseaza atat semnale provenite de la senzorii unui radar cu raza mare de actiune, cat si informatii de la camera de luat vederi, iar uneori de la un radar cu raza mica de actiune. Aceste functii permit folosirea lui ACC FSR pentru traficul urban. Informatiile aditionale provenite de la camera de luat vederi permit demararea automata a autovehiculului, fara a mai fi nevoie de actiunea soferului, odata ce masina dinaintea sa a plecat de pe loc. Din motive legale, functia este activa doar o perioada scurta de timp - aproximativ 10 secunde de la oprirea masinii. Dupa expirarea perioadei, soferul demareaza fara ajutorul sistemului.

Sistemele de siguranta viitoare, care, spre exemplu vor frana autovehiculul in cazul unei posibile coliziuni, vor avea nevoie de o retea video si senzori radar. Daca intr-o prima faza, ACC va fi montat pe automobilele de lux, va urma introducerea lui ulterioara si in segmentele inferioare.

Siguranta pasiva

Sistemele de siguranta pasiva sunt:

- structura sasiului sau caroseriei care este astfel proiectata astfel incat, in caul unei coliziuni, sa se deformeze controlabil, astfel incat unele zone sa absoarba energia de impact si sa se deformeze, iar alte zone sa ramina cat mai putin deformabile oricare ar fi forta si directia impactului. Marea majoritate a autovehiculelor de azi sunt construtie astfel incat la loviturile frontale sau din spate, partea frontala sau cea din spate sa se deformeze foarte tare. Totodata se declanseaza si capsa pirotehnica din centura care o bloceaza. si sa absoarba impactul, iar habitaclul sa fie foarte putin afectat. Sistemul de iluminare, sistemele de vedere pe timp de noapte duc de asememena la imbunatatirea sigurantei pasive.

- Structura de rezistenta a habitaclului si elementele suplimentare de rigidizare a anumitor componente (de exemplu barele de titan introduse in usi pentru a oferi protectie sporita la loviturile laterale);

- Gemuri si parbrize cu spargere controlata intr-un anume interval de timp de la producerea coliziunii.

- Materialele din care sunt contruite elementele de interior ale autovehiculului (bord, volan, fata de usa etc);

- Sistemele de retinere suplimentara (aceste sisteme sunt in principiu denumite Airbag sau SRS);

Airbag.
Acest sistem a aparut in timpul celui de-al doilea razboi mondial, cand unele avioane au fost dotate cu perne care se umflau in caz de prabusire.

Sistemul a fost preluat de industria auto dupa anii "70 si a inceput sa fie dezvoltat. In 1998 incepuse sa fie un standard ca toate masinile noi sa aiba airbag sofer si pasager.

Sistemul este foarte simplu si este compus din urmatorele componente:

- senzori de decelerare;

- unitate de control electronica;

- perna de aer.

- centurile pretensionate.

Senzorii de decelerare au rolul de a oferi unitatii de control electronice informatii despre valorile decelararii. Decelerarea ofera sistemului informatia referitoare la iminenta producere a unei coliziuni. Senzorii pot fi unidirectioali sau bidirectionali. Senzorii unidirectionali inregistreaza decelarari pe directia inainte, pe cand senzorii bidirectionali inregistreaza decelerari atat pe directia inainte cat si pe directia inapoi. In funtie de directiile pe care se doreste monitorizarea decelerarii se pot folosi mai multi senzori uni sau bidirectionali.

Unitatea de control electronica este cea care receptioneaza informatiile de la senzori, le prelucreaza si comanda declansarea sau nu a sistemului de protectie. Semnalele de la senzori sunt prelucrate in functie de mai multe criterii. In principiu semnalele sunt prelucrate si filtrate deoarece senzorii de deceleratie inregistreaza si acum cand se franeaza extrem de puternic, iar in acea situatie sistemul nu trebuie sa se declanseze. Iar in functie de acestea unitatea de control decide ce perne declanseaza si in ce stadiu de umplere (deoarece sistemele noi au 2 stadii de umplere, iar in functie de gravitatea coliziunii se declanseaza doar primul stadiu de umplere sau ambele stadii), astfel in functie de directia loviturii pot fi declansate numai pernele din fata sau cele din fata si cele laterale. Tot aceasta unitate comanda si blocarea centurilor pretensionate.

La multe din masini senzorii si unitatea centrala se afla montate in aceiasi carcasa care se monteaza direct pe sasiu si are pe carcasa o sageata care ii indica pozitia corecta de montare (astfel de sisteme mai simple se regasesc de obicei pe autoutilitarele de marfa).

Perna de aer este confectionata dintr-un material special si care este impaturita in volan, in bord, in scaune, in usi sau in stilpi. Tot modulul este format dintr-o capsula de initializare si acesta perna speciala. Capsula este comandata electric de catre unitatea electronica de control, iar in urma primirii acestui semnal electric se activeaza capsa pirotehnica care declanseaza umflarea rapida a pernei. Umflarea se poate face in cel mult 2 stagii in functie de forta loviturii. Pe acelasi principiu lucreaza si capsa pirotehnica  de blocare a centurilor care este actionata de un semnal electric trimis de unitatea electronica de control.

Explozia acestei capse provoaca blocarea centurii. Impulsul de declansare al capsei pirotenhice este dat de semnal electric provenit de la unitatea electronica de control care provoaca apoi o reactie chimica intre acidul de sodiu si nitratul de potasiu. Reactia provoaca degajarea masiva de nitrogen care umfla perna cu o viteza de aproximativ 320 km/h. Perna se desumfla apoi rapid datorita gaurilor cu care este prevazuta. Timpul de umflare si desumflare este foarte strict calculat.

Tot acest proces are loc cam in 125 de milisecunde.  Fiecare din acesti pasi este riguros calculat si trebeie sa se intimple exact atunci cand trebuie. Ca sa va faceti o idee cam cat de riguros este calculat totul trebuie ca perna sa se umfle si sa se desumfle in 125 de milisecunde- nu mai mult nu mai putin, geamul lateral de la sofer trebuie sa se sparga in 600 de milisecunde de dupa impact si sa se sparga in bucati care sa nu fie mai mari de 5 milimetri.

Sistemul este prevazut cu un sistem de alimentare cu energie electrica paralel cu ce l standard de la baterie, asta pentru a putea functiona si in cazul in care bateria autovehiculului este distrusa in accident, De aceea are un condensator de capacitate mare care poate inmagazina si furniza curentul necesar functionarii intr-o perioada scurta de timp. Sitemul necesita respectarea unor instructiuni de siguranta pentru a minimiza efectele unui accident si ranile provocate.

Sistemele moderne de airbag detecteaza daca sunt pasageri in masina pentru a sti daca porneste sau nu sistemul. Aceasta in cazul in care va aflati cu masina stationati si sunteti loviti de un alt autovehicul. Detectarea prezentei pasagerilor in masina se face prin senzori de greutate care sunt montati in scaune. Este recomandat ca atunci cand sunteti cu masina stationati sa pastrati cheia in contact pe pozitia 1. Airbagul este activ atunci cand cheia este pe pozitia 1 si el se va declansa chiar daca masina sta pe loc.

Durata medie de functionare a unui sistem airbag este de 10 ani. Dupa 10 ani este bine sa inlocuiti sistemul. Astefle de elemente de atenionare se gasesc si la bordul autovehiculului.

Tema de proiect

Sa se proiecteze un ambreaj mecanic pentru un autovehicul cu urmatoarele caracteristici:

Tipul: autoutilitara

Momentul maxim efectiv: 1280 Nm

Turatia de moment maxim : n=1080 rot/min

Sarcina utila: G=17800 kg

Studiul comparativ al autovehiculelor asemanatoare cu cel din tema de proiect

MEMORIU DE CALCAUL

1. DETERMINAREA MOMENTULUI DE CALCUL AL AMBREAJULUI

Raportul de transmisie al transmisiei principale:

Raportul de transmitere ale cutiei de viteze:

Masa totala maxima autorizata a autovehicolului: 17800kg

Tipul si dimensiunile anvelopei: 315/80 R22.5

Pentru ca ambreajul sa transmita momentul maxim dezvoltat de motor fara sa patineze, pe toata durata lui de functionare chiar si dupa uzarea garniturilor de frecare cand valoare fortei de apasare a arcurilor de presiune scade, este necesar ca momentul de frecare al ambreajului sa fie mai mare decat momentul maxim al motorului .

Momentul de calcul al ambreajului reprezinta momentul fata de care se dimensioneaza elementele ambreajului.

Acestea se determina cu relatia:

Valoarea coeficientului maxim de siguranta se allege in functie de tipul ambreajului si conditiilor de exploatare in felul urmator

Se adopta β=2

DETERMINAREA DIMENSIUNILOR GARNITURILOR DE FRECARE

Raza exterioara a garniturii de frecare se determina cu relatia:

Se adopta :

pentru ambreaje bidisc

Pentru autovehicule, valoarea c Se adopta c=0,50.

Deoarece dimensiunile garniturilor de frecare ale ambreiajelor sunt standardizate, se adopta conform STAS 7793-83 valorile superioare cele mai apropiate de valoarea calculata.

Dimensiunile garniturilor de frecare alese din standard sunt:

diametrul exterior al garniturii: D_e=450 mm

diametrul interior al garniturii: D_i=225 mm

grosimea garniturii: g=5 mm

Raza exterioara a garniturii de frecare .

Raza interioara a garniturii de frecare:

Raza medie a suprafetei de frecare se determina cu relatia:

3. DETERMINAREA FORTEI NECESARE DE APASARE A ARCURILOR ASUPRA DISCURILOR DE PRESIUNE

Din conditia ca momentul de calcul al ambreiajului M_c sa fie egal cu momentul de frecare al ambreiajului M_a, relatia de calcul a fortei de apasare asupra discului de presiune este:

=(0,40 . 0,45) pentru frecarea metale ceramice.

Se adopta μ

- coeficientul ce tine seama de frecarea dintre butucul discului condus si arborele ambreajului.

Pentru ambreaje bidisc c_f=(0,80 . 0,85).

Se adopta c_f=0,825

VERIFICAREA GARNITURII DE FRECARE

4.1.Verificarea presiunii specifice dintre suprafetele de frecare

Presiunea specifica dintre suprafetele de frecare se determina cu relatia:

Pentru garniturile de frecare din ferodou, valoarea admisibila a presiunii specifice este: p_a=1,5 . 3,5 .

CONCLUZIA

Deoarece pp_a garniturile rezista la presiune specifica

Verificarea la uzura a garniturilor de frecare

Aprecierea solicitarii la uzura a garniturilor de frecare se face utilizand lucrul mecanic specific de frecare la patinare Ls in regimul pornirii de pe loc.

Aceasta se determina cu relatia:

L este lucrul mechanic de freacare la patinare al ambreajului

r_r - raza de rulare a rotilor motoare

r₀ - raza libera a rotii

unde din 315/80 R22.5 => H=315 mm

H/B=80 %

D_j=22.5 inchi

Valoarea admisibila a lucrului mecanic specific la patinare a ambreiajului este:

.

CONCLUZIA

Deoarece L_S<L_Sa (0.42<0.75) abreiajul rezista la uzura.

Verificarea ambreiajului la incalzire

Incalzirea ambreiajului se produce numai in timpul patinarii datorita transformarii lucrului mecanic din frecare in caldura. Verificarea la incalzire se face pentru discul cel mai solicitat termic si se apreciaza prin cresterea de temperatura Δτ.

In cazul ambreiajului bidisc se verificarea la incalzire atat discul de presiune cat si discul conducator intermediar.

Cresterea de temperatura se determina cu relatia:

γ=0,25 - pentru discul de presiune al ambreiajului bidisc

c - caldura specifica a materialului piesei.

Pentru otel sau fonta

Calculul grutatii se face in ipoteza ca discul de presiune este o placa circulara din fonta, iar marginile acesteia trebuie sa le depaseasca pe cele ale garniturii de frecare cu 2.3mm.

m_p - masa piesei care se verifica

unde: ρ - densitatea materialului, pentru fonta

h_p - grosimea discului de presiune.

Se adopta m=14mm.

- acceleratia gravitationala

unde: D_ep,D_ip - diametrul exterior/interior al discului de presiune

Valoarea admisibila a cresterii de temperatura pentru o cuplare la plecarea de pe loc este .

CONCLUZIA Deoarece Δτ_a>Δτ, ambreiajul rezista la incalzire.

5. CALCULUL ARCURILOR DE PRESIUNE

Arcurile de presiune ale ambreiajului sunt solicitate dupa un ciclu asimetric cu un coeficient de asimetrie R=0,80,9. Deoarece numarul ciclurilor de solicitare in conditii normale de exploatare nu depaseste 5∙10¹⁵ cicluri, distrugerea arcurilor de presiune nu se produce datorita oboselii materialului. Arcurile de presiune periferice elicoidale sunt arcuri cilindrice din sarma trasa de otel carbon de calitate pentru arcuri, sau otel aliat pentru arcuri si au o caracteristica liniara. Calculul acestora consta in determinarea diametrului sarmei, a diametrului de infasurare, a numarului de spire si lungimea arcului in stare libera.

Determinarea diametrului sarmei si a diametrului de infasurare

Se adopta numarul arcurilor de presiune ca multiplu de 3 astfel incat forta de apasare ce revine unui arc sa fie intre Farc= 4080 daN.

Se adopta Farc=60daN

Se adopta n'_a=15 arcuri.

Forta care este necesara sa o dezvolte un arc este:

O conditie necesara pentru ca manevrarea ambreiajului sa nu fie obositoare pentru conducatorul auto, este ca in momentul in care ambreiajul este decuplat, forta dezvoltata de fiecare arc sa fie cu maxim 10%-25% mai mare decat valoarea corespunzatoare pozitiei cuplate.

Diametrul sarmei arcului se determina din conditia de rezistenta la torsiune a acestuia in pozitia decuplata a ambreiajului cu relatia:

unde:

D - diametrul de infasurare al spirei arcului.

Pentru arcurile elicoidale ale ambreiajelor c

Se adopta c

k-este coeficient de corectie ce depinde de raportul c si se determina cu relatia :

τ_ta - rezistenta admisibila la torsiune a arcului

pentru materialul arcului.

Deoarece dimensiunile pentru sarma trasa din otel pentru arcuri sunt standardizate, se adopta conform STAS 893-67.

Se calculeaza diametrul de infasurare a spirei arcului cu relatia:

d=7,00 mm

D= D=49

Determinarea numarului de spire ale arcului de presiune

Din expresia de calcul a sagetii unui arc elicoidal din sarma cu sectiunea circulara rezulta relatia de calcul a numarului de spire active n_s.

G-modul de elasticitate transversala al sarmei arcului

pentru otel de arc.

rigiditatea arcului

- sageata suplimentara corespunzatoare deformatiilor arcului la decuplarea ambreajului

unde: -numarul de discuri conduse 2

j_d - jocul dintre o pereche de suprafete de frecare necesar pentru decuplarea completa a ambreiajului.

j_d=0,75 . 1,5 mm pentru ambreiaje monodisc .

Se adopta

j' - cresterea grosimii discului condus datorita elementului elastic axial.

j'=0,51,5 mm .

Se adopta

Numarul de spire trebuie sa fie un numar multiplu de 0,5 si mai mare decat 6. Se adopta n_s=6 spire. Deoarece spirele de la capatul arcului nu sunt spire active, numarul total de spire va fi:

5.3 Determinarea lungimii arcului in stare libera

Se determina cu relatia:

Arcul de presiune elicoidal

unde: L₁ - lungimea arcului comprimat in pozitia decuplata a ambreiajului.

sageata arcului corespunzator pozitiei cuplate

- determina din conditia distanta dintre spire in starea comprimata a arcului sa fie j_S=1 mm cu relatia:

Pentru a se evita flambajul arcurilor de presiune se recomanda ca

CONCLUZIA :

Deoarece arcurile rezista la flambaj.

5.4 Determinarea coeficientului de siguranta al ambreiajului dupa uzarea garniturilor

Datorita uzarii garniturilor de frecare arcurile de presiune se desting mai mult si forta de apasare scade de la valoarea la valoarea .

Momentul de frecare al ambreiajului dupa uzarea garniturilor de frecare este:

unde:

unde:

unde: f - sageata corespunzatoare arcului in pozitia cuplata a ambreiajului

Δu - destinderea corespunzatoare uzurii tuturor garniturilor de frecare pana la limita maxima admisibila

unde: Δu₁ - uzura admisibila pentru o garnitura de frecare,

Se adopta .

Coeficientul de siguranta al ambreiajului dupa uzarea garniturilor de frecare este:

CONCLUZIA

Deoarece (2.1>1) rezulta ca ambreiajul va transmite fara patinare momentul motor si dupa uzarea garniturilor de frecare.

Determinarea lucrului mecanic necesar debreierii

Lucrul mecanic necesar debraierii este lucrul mecanic produs de fortele elastice pentru comprimarea arcurilor de presiune cu sageata si se determina cu relatia:

unde: - randamentul mecanismului de actionare. .

Se adopta .

Valorile recomandate ale lucrului mecanic necesar debraierii stabilite astfel incat sa nu apara o solicitare intensa a conducatorului auto sunt de: pentru autoutilitara.

CONCLUZIA

Valoarea L_d determinata se incadreaza in limitele recomandate.

6. CALCULUL ARBORELUI AMBREAJULUI

Arborele ambreiajului este supus solicitarii de torsiune cu un moment egal cu momentul de calcul al ambreiajului si solicitari de intindere si forfecare la nivelul canelurilor de-a lungul carora culiseaza discul condus.

Arborele ambreiajului

Din conditia de rezistenta la torsiune se determina diametrul interior al arborelui ambreiajului cu relatia:

unde: - rezistenta admisibila la torsiune.

Materialul din care se confectioneaza arborele ambreiajului este otel aliat pentru cementare 21MoCr12 STAS 791-80.

Acesta are .

Deoarece arborii canelati au dimensiuni standardizate, se alege din STAS 1770‑68 urmatoarele dimensiuni:

diametrul interior al canelurii d_i=4.6 [cm]

diametrul exterior al canelurii d_e=5.6 [cm]

numarul de caneluri z=10 caneluri

latimea canelurii b=0,7[cm]

6.1 Verificarea la strivire

Verificarea la strivire a canelurilor arborelui ambreiajului se face cu relatia

unde: l - lungimea butucului discului condus. Pentru conditii obisnuite de exploatare l=d_e

h - inaltimea canelurii arborelui

Rezistenta admisibila la strivire pentru canelurile arborelui ambreiajului este: .

CONCLUZIA

rezulta ca arborele rezista la strivire

6.2 Verificare la forfecare

Verificare la forfecare pentru canelurile arborelui ambreiajului se face cu relatia:

Rezistenta admisibila la forfecare pentru arborele ambreiajului este .

CONCLUZIA:

Deoarece rezulta ca arborele ambreiajului rezista la forfecare

7. CALCULUL DISCURILOR AMBREAJULUI

Calculul elementului de fixare si ghidare ale discurilor de presiune

Discul de presiune este solidar la rotatie cu volantul motorului, avand in acelasi timp posibilitatea deplasarii axiale. Legatura dintre acesta si volant se face prin intermediul carcasei ambreiajului.

In cazul ambreajului bidisc rigidizarea la rotatie a discurilor de presiune cu carcasa si volantul mototrului se poate face prin intermediul unor bolturi de ghidare.

Bolturile sunt solicitate la intindere, incovoiere si stivire.

Efortul unitar la solicitarea de incovoiere se

determina cu relatia:

unde: d -diametrul boltumui

z- numarul de bolturi

R- raza cercului de dispunere a bolturilor, se adopta constructiv in functie de diametrul al garniturilor de frecare si diametrul bolturilor

CONCLUZIA

Valoarea rezistentei admisibile la solicitarea compusa conform literaturii de specialitate este . Deoarece rezulta ca boltul rezista la solicitarea compusa.

Efortul unitar la solicitarea de intindere

Efortul unitar la solicitarea de intindere se determina cu relatia 

Solicitarea la strivire se produce de contact dintre discurile de presiune si boturile de fixare.

Valorile de presiune specifice se determina cu relatiile:

CONCLUZIA

Valoarea rezistentei admisibile la strivire conform literaturii de specialitate este . Deoarece rezulta ca boltul rezista la strivire.

Calculul discului condus

7.2.1 Calculul niturilor de fixare a discurilor propriu-zise de butuc

Niturile de fixare a discului propriu-zis pe flansa butucului sunt confectionate din OL38 si sunt solicitate la forfecare si strivire.

Verificarea niturilor la forfecare se face cu relatia:

unde: r_n - raza cercului pe care sunt dispuse niturile de fixare; se recomanda r_n=5 . 8 [cm]

Se adopta .

- diametrul niturilor; se recomanda

Se adopta .

z_n - numarul de nituri; se recomanda

Se adopta

Valoarea rezistentei admisibile la forfecare pentru niturile de fixare este .

CONCLUZIA

Deoarece rezulta ca niturile de fixare rezista la forfecare.

7.2.2 Verificare niturilor la strivire

Verificarea niturilor la strivire se face cu relatia:

Se adopta .

Rezistenta admisibila la strivire pentru niturile de fixare este

CONCLUZIA:

Deoarece rezulta ca niturile de fixare rezista la strivire.

7.3 Calculul arcurilor elementului elastic suplimentar

Arcurile elementului elastic suplimentar sunt arcuri elicoidale si au rolul de a reduce rigiditatea transmiterii in scopul prevenirii socurilor. Totodata acestea contribuie la evitarea rezonantei la frecvente inalte ale oscilatiilor de torsiune din transmisie.

Conditia pentru o functionare corespunzatoare a elementului elastic suplimentar este ca momentul de torsiune necesar pentru comprimarea arcurilor acestora pana la opritori, sa fie egal cu momentul produs de forta de aderenta a rotilor motoare pe un drum uscat cu coeficinetul de aderenta , redus la arborele ambreiajului in treapta I-a de viteza.

La automobile arcurile utilizate la elementul elastic suplimentar au urmatoarele caracteristici:

diametrul sarmei arcului: d=3,0 . 4,0 [mm]

Se adopta d=3,0 mm.

diametrul spirei arcului: D=14 . 19 [mm]

Se adopta D=14 mm.

numarul total de spire ale arcului n_s=6 spire.

numarul arcurilor elementului elastic suplimentar: z_e=8 . 10 pentru D_e >380 mm

Se adopta z_e=10, pentru ca diametrul exterior este 450 mm.

Montarea arcurilor in butucul discului se face pretensionat prin comprimare cu o sageata de 10-13 % din lungimea libera a arcului.

8. CALCULUL MECANISMULUI DE ACTIONARE

8.1 ACTIONARE MECANICA

Schema mecanismului de actionare mecanica este

1 - Carcasa ambreiajului

2 - Disc de presiune

3 - Parghii de debraiere

- Rulment de presiune

5 - Furca de decuplare

6 - Dispozitiv de reglare a jocului dintre rulmentul de presiune si parghiile de debraiere

7 - Cablul de actionare al ambreiajului

8 - pedala ambreiajului

Schema mecanismului de actionare al ambreiajului

Calculul fortei de actionare a pedalei ambreajului

Raportul de transmitere al mecanismului de actionare mecanica se determina cu relatia:

   

unde: i_p - raportul de transmitere al parghiilor de debraiere

i_t - raportul de transmitere al pedalei si furcii ambreiajului

a=150 mm, b=30 mm, c=100 mm, d=25 mm, e=50 mm, f=25mm

;

Randamentul mecanismelor de actionare mecanice ale ambreiajului este conform recomandarilor din literatura de specialitate .

Se adopta .

Forta de actionare a pedalei ambreiajului se determina cu relatia:

Valorile recomandate in literatura de specialitate pentru forta la pedala este de pentru autoutilitara.

Calculul cursei pedalei de actionare

Cursa pedalei de actionare a ambreiajlui se determina cu relatia:

unde: s₁ - cursa libera a rulmentului de presiune, .

Se adopta s₁=2 mm.

Valorile recomandate in literature de specialitate pentru cursa pedalei ambreajului sunt:

s=150 . . .180 mm pentru autoutilitara.

CONCLUZIA:

Valoarea obtinuta se incadreaza in intervalul recomandat. Deci ambreajul se poate proiecta si cu actionare mecanica.

8.2 ACTIONARE HIDRAULIC

Schema mecanismului de actionare hidraulic este:

d1- diametrul cilindrului principal

d2- diametrul cilindrului receptor

Forta F2 se determina functie de forta de apasare a discurilor:

Forta F1 se determina functie de forta la pedala:

Inlocuind F1 si F2 rezulta:

a=150 mm, b=30 mm, c=100 mm, d=50 mm, e=150 mm, f=50mm

Cursa totala a mansonului rulmentului de presiune se determina cu relatia

Cursa libera a mansonului

jocul ce trebuie realizat intre fiecare pereche de suprafete de frecare pentru o decuplare completa a ambreajului

i=2 - numarul perechilor de suprafete de frecare

raportul de transmitere al parghiilor de debreiere.

Se determina cursa pistonului cilindrului receptor cu relatia:

Volumul de lichid active in cilindrul receptor este:

Datorita faptului ca presiunea de lucru este redusa. Iar conductele de legatura au o lungime relative mica, se poate neglija deformatia conductei. Iar volumul d elichid refulat din cilindrul pompei centrale se poate considera egal cu volumul generat de pistonul pompei receptoare

Cursa pistonului pompei centrale se determina cur elatia:

Se adopta constructive diametrul d1 pe baza modelelor similare existente si se calculeaza cursa totala a pedalei de ambreaj:

s=150 . . .180 mm pentru autoutilitara.

CONCLUZIA:

Valoarea obtinuta se incadreaza in intervalul recomandat. Deci ambreajul se poate proiecta cu actionare hidraulica..

9. Conditii generale impuse ambreajului

In afara de conditiile impuse ambreajului la decuplare si cuplare, acestea trebuie sa mai indeplineasca urmatoarele:

sa aiba durata de serviciu si rezistenta la uzura cat mai mare

sa aiba o greutate proprie cat mai redusa

sa ofere siguranta in functionare

sa aiba o constructie simpla si ieftina

parametrii de baza sa varieze cat mai putin in timpul exploatarii

sa aiba dimesniuni reduse, dar sa fie capabil sa transmita un moment cat mai mare

sa fie echilibrat dinamic

sa fie usor de intretinut

Durata de functionare a ambreajului depinde de numarul cuplarilor si decuplarilor, deoarece garniturile de frecare se uzeaza mai ales la patinarea ambreajului. La fiecare cuplare lucrul mechanic de frecare la patinare se tarnsforma in caldura datorita careia temperature de lucru a garniturilor de frecare creste.

Experimentua s-a constatat ca la cresterea temperaturii de la 20 C la 100 C, uzura garniturilor de frecare se mareste aproximativ de doua ori.

10. Reglarea jocurilor din mecanismul de actionare a ambreajelor

Jocurile dintre elementele mecanice da actionare se aprecieaza prin marimea cursei libere a pedalei ambreajului, valoarea recomandata este intre 20..25 mm si asigura pe langa decuplarea sigura a ambreajului si jocul necesar pentru ca rulmentul de presiune sa nu fie antrenat permanent de parghiile de debreiere.

In timpul exploatarii valoarea cursei libere scade datorita uzurii garniturilor de frecare si apare pericolul ca jocurile din mecanismul de actionare sa dispara si rulmentul de presiune sa ramana in contac permanent cu parghia de debreiere.

Functionarea prelungita a rulemntului de presiune conduce la supraincalzirea acestuia, griparea si uzura parghiilor, tot odata se reduce si forta de apasare a discului de presiune asupra discului condos si ambreajul are tendinta sa patineze.

O valoare prea mare a cursei libere a pedalei rezulta o decuplare incomplete a ambreajului si schimbarea dificila a vitezelor.

Jocurile dintre elementele mecanice de actionare se regleaza la ambreajele monodsic prin modificarea lungimii cablului si tijei care actioneaza furca ambreajului se regleaza jocurile, iar la cele hidraulice jocurile se regleaza regland jocurile dintre rulmentul de presiune si tija prin modificarea lungimii tijei cilindrului receptor. Jocul dintre pistonul cilindrului principal si tija acestuia se regleaza cu ajutorul unui surub excentric montat intre tija si pedala de actionare.

BIBLIOGRAFIE

1. Gheorghe Fratila-Calculul si constructia automobilelor, Editura E.D.P. 1977

2. Untaru - Automobile Editura E.D.P. 1968

3. Stoicescu A.P. -Dinamica autovehiculelor vol.I Editura. U.P.B. 1973

4. A.Tudor, I.Marin- Ambreiaje si cuplaje de siguranta cu frictiune.I ndrumar de
proiectare Editura I.P.B.1985

5. Inufa Katalog

6. George Dragomir-Calculul si constructia autovehiculelor (notite de curs).2007

7. George Dragomir-Calculul si constructia autovehiculelor (Indrumator pentru lucrai de laborator), 2007

8. George Dragomir-Calculul si constructia autovehiculelor (Indrumator de proiect), 2007