FAC. DE INGINERIE MECANICĂ Dep. de Autovehicule şi Inginerie Mecanică
PROIECT la
Construcţia şi calculul automobilelor – I Tema : Cutie de distributie autoturism de teren
Student: Custură Stefan
Secţia AR IFR Anul IV, grupa 1493
Îndrumător: prof.dr.ing.Ion Preda
Anul universitar 2012-2013 2012-2013
CUPRINS 1. Desen cutie de distributie 2. Schema cinematica 3. Studiu de nivel 4. Modalitati de reparare 5. Analiza comparativa 6. Materiale utilizate 7. Tehologii utilizate
1. DESEN
2. Schema cinematica
3. STUDIU DE NIVEL PRIVIND CUTIA DE DISTRIBUTIE PENTRU AUTOTURISM DE TEREN 3.1 FUNCŢIUNILE
Automobilele destinate sã lucreze in conditii grele de drum sau pe terenuri accidentale au de invins rezistente mari si pentru a folosi intreaga greutate a lor drept greutate aderentã acestea se construiesc cu toate puntile motoare. Pentru transmiterea momentului motor la toate puntile motoare, automobilele sunt dotate cu un distribuitor sau un reductor – disribuitor. Distribuitorul are rolul de a distribui momentul motor la puntile motoare farã a-l modifica Reductorul – distribuitor are rolul de a distribui momentul motor la puntile motoare si in acelasi timp il si modificã.In general reductorul – distribuitor este prevazut cu 2 trepte , permitãnd dublarea numãrului de trepte ale cutiei de viteze. De regulã, una din trepte are raportul de transmitere egal cu unitatea, iar cealaltã un raport de transmitere cuprins intre 1,8 si 2,8. Astfel, prin mãrirea raportului de transmitere si folosirea intregii greutati ca greutate aderentã, automobilul are posibilitatea sã urce pante de 50 – 60 %, sã treacã prin terenuri accidentale s.a.. Reductorul – distribuitor se monteazã pe cadrul automobilului, separate de cutia de viteze sau in acelasi carter cu aceasta. Momentul de la arborele secundar al cutiei de viteze se transmite arborelui primar al reductorului distribuitor fie direct, fie printr-o transmisie cardanicã.Reductoarele distribuitoare se clasificã dupã modul de prevenire a “circulatiei de puteri” in transmisia automobilelor. Dacã la un moment dat la una dintre punti nu este asiguratã aderentã, se poate ca rotile de la o punte sã patineze si de la cealaltã sã alunece (sa fie impinse). Prin aceasta, fortele tangentiale de la rotile impinse isi schimbã sensul, devenind din forte motoare forte de frãnare. In aceastã situatie rotile rãmase motoare, in afarã rezistentelor la inaintare trebuie sã invinga si fortele de frãnare apãrute rezultãnd o “circulatie” de puteri. Clasificarea CUTIILOR DE DISTRIBUTIE In functie de modul de prevenire a circulatiei de puteri s -au realizat mai multe tipuri de reductoare distribuitoare si anume: - cu dispozitiv de cuplare a puntii motoare anterioare - cu diferentialul interaxial - cu cuplaje unidimensionale (unisens) La autovehiculele care au mai multe punţi motoare este nevoie de o cutie de distribuţie. Aceasta are rolul de a mişcarea mişcarea de la cutia de viteze spre punţile motoare .
Fig.1
În figura 1 este prezentată schematic transmisia unui autovehicul care are două punţi motoare. Acest lucru înseamnă că vehiculul are patru roţi şi toate patru sunt roţi motoare. Uzual aceasta este simbolizată prin 4x4 , 4wd (four weel drive - patru roţi motoare) sau awl (all weel drive toate roţile motoare). Simbolizarea unui autovehicul care are două punţi dar numai una singură este motoare se face astfel: 4x2 adică din patru roţi numai două sunt roţi motoare .
3.2 SOLUŢII CONSTRUCTIVE 1.Reductor distribuitor cu diferential interaxial simetric blocabil (solutia aleasa).
2 Reductorul distribuitor cu dispozitiv pentru decuplarea puntii anterioare .
Fig. 2 Reductor distribuitor cu dispozitiv pentru decuplarea puntii anterioare
4
Reductorul distribuitor simplu fara diferential interaxial
3.3 OPERAŢII DE ÎNTREŢINERE Intretinerea reductorului Distribuitor consta in verificarea nivelului uleiului de transmisie dupa fiecare 5000 km.
Daca nivelul uleiului este scazut, se vor elimina cauzele scurgerilor de lubrifiant si se va completa cu cantitatea necesara. Inlocuirea uleiului de transmisie din carterul reductorului – distribuitor se face odata cu inlocuirea uleiului din carterul schimbatorului de viteze. 4.MODALITĂŢI DE REPARARE
Carterul reductor distribuitoarelor se executa din fonta cenusie sau din aliaje de aluminiu turnat sub presiune. Acesta se reformeaza daca prezinta: -sparturi si rupturi de orice natura si pozitie -fisuri care leaga doua gauri pentru rulmenti Tehnologia de reparare a carterului este aratata cum urmeaza: 1. Fisurile se constata prin examen vizual reparandu-se prin sudare oxiacetilenica sau electrica 2. Uzura locasului rulmentului arborelui se stabileste cu un comparator cu cadran de interior sau cu un calibru tampon la cota de 100,06 mm. Se repara prin alezarea locasului, se preseaza o bucsa dupa care se alezeaza la dimensiunea nominala. 5.ANALIZA COMPARATIVĂ 1. Reductor distribuitor cu diferential interaxial La reductoarele – distribuitoare cu diferential interaxial, vitezele unghiulare ale arborilor de iesire pot sa varieze, iar distributia momentelor intre puntile motoare se determina folosindu-se proprietatile mecanismului diferential. La reductoarele – distribuitoare ale automobilelor cu 3 punti motoare, diferentialul poate fi dispus intre arborii care transmit momentul la puntea posterioare si puntea din mijloc, fie intre arborii care transmit momentul la puntea anterioara si la ambele punti din spate. La deplasarea automobilului pe un teren cu un coefficient de aderenta care variaza brusc, diferentialul interaxial reduce mult capacitatea de trecere. 2. Reductorul distribuitor cu dispozitiv pentru decuplarea puntii anterioare
In fig. 2 este reprezentat reductorul distribuitor utilizat la autoturismul ARO, avãnd douã trepte, una cu raportul de transmitere 1 si a doua cu raportul de transmitere 2.175 . Treapta cu raportul de transmitere 1 se obtine prin cuplarea mufei 19 cu dantura auxiliarã a pinionului 21 de pe arborele primar 16 (care este si arborele secundar al schimbãtorului de viteze). In felul acesta momentul se transmite direct de la arborele primar la arborele secundar 14 de antrenare a puntii din spate. In acelasi timp momentul se transmite de la pinionul 21 la pinionul 22 solidar cu arborele intermediar 11. Cuplarea puntii din fatã se efectuazã prin deplasarea spre stãnga a mufei de cuplare 5 pentru solidarizarea arborelui secundar 2 de antrenare a puntii din fata cu pinionul 4. Pinioanele 21 si 4 avãnd acelasi diametru, raportul de transmitere intre arborii 16 si 2 este 1. Prin utilizarea reductorului distribuitor se poate obtine :
- cuplarea numai a puntii din spate farã mãrirea momentului motor - cuplarea ambelor punti farã mãrirea momentului motor ; - cuplarea ambelor punti cu mãrirea momentului motor ; Reductorul – distribuitor are si un dispozitiv de zãvorãre, care impiedica cuplarea treptei cu raportul de transmitere 2.10, cãnd puntea din fatã este decuplatã, si eliminã posibilitateã decuplarii puntii din fatã, cãnd este cuplatã treapta inferioarã. Avantaje Unele dintre avantaje sunt : La reductoarele – distribuitoare cu diferential interaxial, vitezele unghiulare ale arborilor de iesire pot sa varieze, iar distributia momentelor intre puntile motoare se determina folosinduse proprietatile mecanismului diferential. La deplasarea automobilului pe un teren cu un coefficient de aderenta care variaza brusc, diferentialul interaxial reduce mult capacitatea de trecere. Pentru inlaturarea acestui neajuns diferentialul interaxial este prevazut cu un dispozitiv de blocare. Dezavantaje La automobilele cu tractiune integralã apar urmatoarele dezavantaje: - uzura sporitã a pneurilor si a organelor transmisiei din cauzã cã prin ele se transmit puteri mult mai mari decãt in cazul deplasãrii normale; - se mãreste consumul de combustibil al motorului si uzura pieselor sale; - scade randamentul transmisiei; 6. MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA CUTIEI DE DISTRIBUTIE A UNUI AUTOTURISM DE TEREN
Elementele principale ale unui reductor, indiferent de tip sunt urmatoarele: carcasa (corp + capac); angrenajele, arborii, lagarele si elemente auxiliare. Carcasele se executa in general din fonta prin turnare. Este prevazuta cu nervuri care au urmatoarele scopuri: maresc rigiditatea ansamblului, reduc zgomotul si vibratiile, maresc suprafata efectiva de racire a reductorului. Din punct de vedere constructiv reductorul conico-cilindric are urmatoarele elemente principale: Carcasa trebuie sa asigure pozitia relativa corecta a arborilor (prin intermediul lagarelor) si rotilor dintate servind ca si baie de ulei. Carcasa se compune din doua parti: corp si capac protejand angrenajului fata de mediul exterior. Carcasele reductoarelor trebuie sa indeplineasca urmatoarele functiuni : • sa asigure preluarea sarcinilor ce apar in timpul functionarii; • sa asigure inchiderea liniilor de fortaprin fundatie; • sa proiecteze angrenajele contra unor factori externi; • sa pastreze lubrifiantul necesar pentru ungerea angrenajelor. • sa asigure transmiterea caldurii spre exterior. Tinand seama de cerintele aratate mai sus, prin forma lor constructiva, carcasele reductoarelor trebuie sa satisfaca conditii ca: • rezistenta si stebilitate corespunzatoare; • posibilitatea de prelucrare si asamblare simpla; • ungerea buna a angrenajelorsi
rulmentiilor; • racire corespunzatoare; • posibilitatea de control si supraveghere in functionare; • forma estetica moderna; • etc. Carcasa se sprijina pe picioare numite si talpi prevazute cu gauri pentru fixare in fundatie. Carcasa se asambleaza prin suruburi si se centreaza cu ajutorul unor stifturi cilindrice sau conice. Formele constructive ale carcaselor de reductoare au evoluat destul de mult in timp, dar intotdeauna proiectantii au tinut seama de factorii tehnologici si functionali. Angrenajele constituie partea functionala principala a unui reductor. TIPURI DE MATERIALE UTILIZABILE
Materialul pentru roti dintate se alege in functie de conditiile in care lucreaza angrenajul. Din acest punct de vedere trebuie sa se cunoasca bine fortele care solicita angrenajul, viteza periferica, caracterul solicitarilor (constante sau cu socuri), conditiile de functionare fara zgomot, conditiile de mediu. Pentru marirea duratei de functionare, rotile dintate sint supuse unui tratament termochimic (cementare sau cianurare), urmat de tratamentul termic corespunzato. In cazul rotilor dintate care se cementeaza, se utilizeaza otelurile aliate de tipul 15 CO 8,18 MC 10, 18 MoCN 13X, 21 MoMc 12X, 13 CN 30 X, 21 TMC 12 sau 28 TMC 12 (STAS 791-66). Pentru rotile dintate care se cianureaza se folosesc, in general, otelurile aliate cu Cr-Ni-Mo. Arborii cutiei de distributie sunt executati, in general, din oteluri aliate. Pentru arborii executati dintr-o bucata cu rotile dintate, se recomanda acelasi material ca si rotile dintate, iar pentru ceilalti arbori, oteluri aliate cu un continut mediu de carbon, de tipul: 41 MoC 11X, 40 C 10,50 VC 11 etc. Arborii drepti si osiile se executa, de regula, din oteluri carbon sau aliate, iar în cazul unor dimensiuni foarte mari din fonta. Otelurile aliate se recomanda în cazul când pinionul este executat din astfel de oteluri si este corp comun cu arborele, la turatii de functionare foarte ridicate, în cazul arborilor puternic solicitati si cu restrictii de gabarit. Pentru arbori, se recomanda: • oteluri de uz general pentru constructii (OL 42, OL 50, OL 60 STAS 500/2), pentru arborii care nu necesita tratament termic; • oteluri carbon de caliate de îmbunatatire (OLC 45, OLC 60 STAS 880) sau oteluri aliate de îmbunatatire (40 Cr 10, 41 CrNi 12 etc. STAS 791), pentru arbori puternic solicitati si/sau durata mare de functionare impusa lagarelor sau canelurilor; • oteluri carbon de calitate de cementare (OLC 10, OLC 15 STAS 880) sau oteluri aliate de cementare (13 CrNi 30, 28 TiMnCr 12 etc. STAS 791), pentru arbori puternic solicitati si pentru arbori care functioneaza la turatii ridicate. Semifabricatele pentru arbori pot fi: bare laminate, pentru diametre sub 140 mm; bare laminate cu forjare ulterioara; bare laminate cu matritare ulterioara, în cazul productiei de de serie mare; semifabricate turnate, în cazul arborilor si osiilor de dimensiuni foarte mari. Carterul cutiei de distributie este executat, de obicei, din fonta cenusie, nealiata de rezistenta medie. Pentru reducerea greutatii se utilizeaza si cartere din aliaje de aluminiu . Carterele cutiilor de viteze ale autoturismelor si autoutilitarelor usoare se toarna din aliaje de aluminiu. Compozitia chimica depinde de procedeul de turnare. Astfel se utilizeaza aliajul:
AS10U4 la turnarea sub presiune a pieselor de serie mare; AS9U4 la turnarea statica în cochila metalica a pieselor de serie medie; AS5U3 la turnarea în forma de nisip a pieselor prototip si serie foarte mica
REZISTENŢE ADMISIBILE
In vederea inlocuirii materialelor scumpe si deficitare , se folosesc pulberi metalice ale unor materiale mai ieftine, semifabricatele obtinandu-se prin metalurgia pulberilor. Se utilizeaza pulberi ale unor metale pure, compusi chimici ai metalelor, sau amestecuri metalice, care prin presare si sinterizare asigura formarea semifabricatelor pentru roti dintate. Calitatea materialelor metalice folosite la realizarea unei masini sau unei constructii determina alaturi de conceptia de proiectare si de tehnologia de fabricatie nivelul performantelor tehnico-economice pe care aceasta le poate atinge. Pe plan mondial asistam la o sporire continua a preocuparilor pentru utilizarea rationala a materialelor in general avand ca obiectiv cresterea eficientei si competitivitatii masinilor, utilajelor si constructiilor. - OLC 45 - OLC 60 - 18 Mo Cr Ni 13 - 21 Mo Mn Cr 12 - 33 Mo Cr 11 2.3 MODURI DE PRELUCRARE POSIBILE 1.Tehnologia de prelucrare a rotilor dintate cilindrice prin copiere cu freza-disc modul La danturarea rotilor dintate se folosesc freze-disc modul, care se construiesc pana la modulul de 24 mm. Din cauza dimensiunilor mari la care ajung aceste freze, este indicat ca, peste valoarea de 24 mm, ele sa se inlocuiasca cu frez-deget modul. Aceasta, datorita faptului ca frezele-disc modul sunt o constructie monobloc, fapt ce impune utilizarea unei cantitati ridicate de otel de scule si care nu este justificata economic. Frezele-deget modul, din acest punct de vedere, sunt mai economicoase, fapt pentru care in multe cazuri sunt realizate si pentru module mai mici m = 10…12 mm. Operatia de frezare se executa pe masini de frezat orizontale, freze universale, echipate cu cap divizor.
Tehnologia de prelucrare a rotilor dintate cilindrice prin copiere cu freza-deget modul Tehnologia de prelucrare cu freza-deget modul se aplica rotilor dintate cilindrice cu dinti drepti, inclinati, in V sau W, la module in general mari dar in unele cazuri si pentru module mai mici. Danturarea acestor roti se realizeaza pe masini de frezat orizontale, verticale si universale; de asemenea operatia se mai poate executa si pe masini de gaurit si alezat orizontale (Bohrwerk-uri) sau pe masini speciale. Vitezele de aschiere medii sunt de ordinul a 8-15 m/min si chiar mai mici. Frezele-deget modul nu se construiesc in seturi. Ele se deosebesc in functie de tipul danturii de prelucrat. Astfel, frezele-deget modul destinate prelucrarii rotilor dintate evolventice cu dinti drepti nu se pot utiliza pentru prelucrarea rotilor dintate cu dinti elicoidali sau in V. Tehnologia de prelucrare a carcasei reductorului distribuitor
7.TEHNOLOGII UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA CUTIEI DE DISTRIBUTIE A UNUI AUTOTURISM DE TEREN TEHNOLOGII DE FABRICARE • Dupa modul de obtinere a danturii, rotile dintate pot fi realizate: - prin turnare - prin presare - prin stantare - prin trefilare - prin deformare plastica superficiala - prin presarea pulberilor metalice sau a carburilor metalice - prin aschiere - prin electrocoroziune - prin coroziune chimica - prin procedee combinate Prelucrarea danturii prin mortezare , generarea danturii prin mortezare poate fi realizata prin doua metode :cu cutit roata si cu cutit pieptene. In ambele cazuri generarea danturii se bazeaza pe principiul rostogolirii intermitente. Procesul de severuire ,finisarea prin severuire a rotilor dintate este o prelucrare de aschiere foarte fina , folosindu-se drept scula fie un sever-roata dintata , fi un severcremaliera Prin severuire se imbunatateste atat rugozitatea ct si precizia flancurilor active ale rotilor dintate cilindrice cu dinti drepti si inclnati. Severuirea se carcaterizeaza printr-o mare productivitate , fiind aplicata pt prelucrarea fina a danturilor netratate termic . Procesul de honuire este o metoda de prelucrare fina a rotilor dintate tratate sau netratate termic.Principial operatia consta din angrenarea fortata a rotii care se prelucreaza cu una sau mai multe roti dintate-scula in prezenta unui material abraziv de granulatie foarte fina. Rodarea se executa cu roti-scula cu axe incrucisate sau cu axe paralele.Prin rodare se obtine o mare precizie de prelucrare si o calitate foarte buna a suprafetelor flancurilor. Rectificarea, finisarea prin rectificare este o prelucrare de mare precizie care asigura eliminarea abaterilor dimensionale si de forma a dintilor provenite din taierea danturii sau din tratamentele termice. Rectificarea prin copiere se executa cu pietre abrazive profilate special pentru fiecare numar de dinti si pentru fiecare deplasare de profil.La rectificarea prin copiere o mare importanta se acorda profilarii corpului abraziv.La masinile moderne aceasta se face automat cu o serie de diamante conduse de un mecanism special. Rectificarea prin rostogolire continua ,inlatura neajunsul semnalat anterior , metoda fiind comparata cu freza danturii cu freza melc. Honuirea ,prelucrarea de finisare prin honuire este asemanatoare cu severuirea si se aplica rotilor dintate cu dinti drepti sau inclinati severuiti si tratate termic anterior.
Se asigura o calitate superioara a suprafortelor prelucrate si o precizie corespunzatoare a profilului dintelui ceea ce conduce la micsorarea zgomotului in functionare cu 1…3dB. Tehnologia de fabricare a arborilor consta în: strunjirea suprafetelor cilindrice sau conice si a filetelor, frezarea canalelor de pana sau a canelurilor – operatii executate înainte de tratamentul termic – rectificarea fusurilor, a portiunilor de calare, a suprafetelor canelurilor – operatii executate dupa tratamentul termic. Partile componente ale unui arbore sunt : corpul arborelui (a); portiunile de calare (b); portiunile de reazem (c) numite si fusurile arborelui.
Tratamentele termice sau termochimice aplicate depind de materialul din care se executa arborii, putând fi: îmbunatatire sau îmbunatatire si calire superficiala a fusurilor, canelurilor, portiunilor de calare etc.; cementare urmata de calire a fusurilor, portiunilor de calare si a canelurilor; nitrurare etc. RECOACEREA Acest tratament termic se aplica mai des materialelor pentru roti dintate in scopul imbunatatirii prelucrarii lor prin aschiere. Pentru anumite oteluri recoacerea ce se face la o temperatura mai scazuta (7400C) este mai economica decat cea efectuata la temperatura mai ridicata (9000C). Este recomandabil ca recoacerea la temperaturi mai joase, sa se aplice otelurilor din care se vor confectiona roti dintate, fara preturi prea mari privind sarcinile pe care le transmit. NORMALIZAREA Tratamentul termic de normalizare este de fapt o varianta a recoacerii, aplicat pe scara larga pentru imbunatatirea prelucrarii prin aschiere a otelurilor din care se fabrica roti dintate. Temperaturile la care se face normalizarea sunt hotaratoare. Dupa operatia de normalizare se face o revenire, realizandu-se structuri care permit viteze de aschiere marite. Numai prin aplicarea unei simple normalizari nu se pot obtine rezultate spectaculoase privind prelucrarea otelurilor destinate confectionarii de roti dintate, fapt ce conduce la un consum mare de scule si energie.
Piesele de tip carcase din constructia autovehiculelor in majoritatea cazurilor se executa prin turnare , mai putin prin sudare si in unele cazuri prin metode combinate. In cazul general la prelucrarea pieselor de tipul carcaselor se disting urmatoarele etape: prelucrarea suprafetelor de bazare prelucrarea gaurilor tehnologice prelucrarea suprafetelor exterioare prelucarea de degrosare si de finisare a alezajelor de baza prelucrarea diferitelor gauri executarea filetelor necesare prelucrarea de finisare a suprafetelor plane de baza Prelucrarea suprafetelor plane prin brosare ,in productia de serie mare si de masa se utilizeaza uneori bronsarea suprafetelor exterioare datorita conditiilor avantajoase pe care le ofera , legate de productivitatea ridicata , precizia dimensionala , calitatea suprafetelor superioara . TEHNOLOGII DE ASAMBLARE Arborii cutiilor de distributie se monteaza pe carter tinând seama de organizarea ansamblului si de particularitatile de functionare ale fiecaruia dintre arbori. De aceea, la proiectare trebuie realizata posibilitatea dilatarilor termice, pentru a nu se influenta marimea jocurilor din lagare. Luând în considerare deformatiile termice precum si necesitatea preluarii eforturilor axiale, rezultate din utilizarea angrenajelor cu roti dintate cu dantura înclinata si din mecanismele de cuplare, rezulta ca regula generala faptul ca lagarele pe care se sprijina arborii se monteaza unul fix în directie axial, pentru preluarea fortelor axiale, iar celalalt liber în directie axiala, pentru preluarea deformatiilor termice. Asamblarea componentelor ce urmeaza a fi solidarizate cu arborii se realizeaza prin caneluri. Cel mai utilizat tip de caneluri este cel cu profil evolventic. Centrarea elementelor asamblate pe arbori se face pe canelurilor sau pe diametrul exterior. Centrarea pe flancuri este utilizata pentru componentele fara miscare relativa fata de arbore (roti fixe); centrarea pe diametrul exterior se utilizeaza în cazul rotilor montate liber. Montarea rulmentilor este dependenta de tipul lor. La rulmentii cu bile sau cu role cilindrice nu se monteaza niciodata cu strângere ambele inele, deoarece exista riscul deteriorarii lagarului prin diminuarea jocului de functionare. Pentru arbore (cazul general al rulmentilor cutiei de viteze) inelul interior se monteaza cu “strângere”, iar inelul exterior cu “cu alunecare”. Rulmentii cu role conice, în general, se monteaza pe arbore în pereche si în opozitie, în ”X”. Fortele axiale pot fi preluate si printr-un rulment compus – rulment biconic. Conceptia acestui tip de rulment simplifica constructia ansamblului. Jocul de functionare, determinat constructiv, este marcat pe rulment, fara a se putea intervenii asupra marimii lui. Carterul mecanismului reductor reuneste elementele ansamblului cutiei de viteze si le mentine în pozitia de functionare; protejeaza organele interne de mediul exterior si conserva uleiul necesar ungerii si racirii elementelor aflate în miscare relativa; permite
fixarea ansamblului transmisiei pe carterul motorului în cazul grupului motopropulsor compact; în cazul transmisiilor organizate dupa solutia totul fata, înglobeaza mecanismele centrale ale puntii motoare: transmisia principala si diferentialul.
BIBLIOGRAFIE: 1 WWW. GOOGLE.RO 2 Alegerea si utilizarea otelurilor - Ion Chesa , s.a. Editura Tehnica Bucuresti 1984 3 Manualul Inginerului mecanic - Editura Tehnica, Bucuresti 4 WWW.SOFTEDU.EU
