Partile componente ale cutiei de viteze

Partile componente ale cutiei de viteze

Cutia de viteze, indiferent de numarul treptelor,se compune din:

Mecanismul reductor sau cutia de viteza propriu-zisa

Mecanismul de comanda cu dispozitivele de fixare si zavorire a treptelor

1.Mecanismul reductor

Mecanismul reductor are rolul de a transmite momentul motor si de a modifica raportul de transmitere.

In general un mecanism reductor se compune din trei arbori: primar, intermediar si secundar si un carter. Transmiterea momentului motor intre cei trei arbori se face cu ajutorul mai multor perechi de roti dintate.

La o cutie de viteze cu trei arbori arborele primar, care este in general si arborele ambreajului primeste miscarea de la motor prin intermediul ambreiajului. In prelungirea lui se gaseste arborele secundar, care transmite miscarea la transmisia longitudinala, fiind prevazut cu caneluri pe care pot culisa unele roti dintat esi mansonul. Arborele intermediar este asezat paralel cu arborele secundar, pe el fiind fixate alte roti dintate. In general, rotile dintate de diametru mai mic sint executate impreuna cu arborele, iar cele de diametru mai mare sint fixate prin pana. Roata doi de pe arborele intermediar este angrenata permanent cu roata 1 al arborelui primar, astfel ca arborele intermediar se va roti tot timpul cit motorul va fi in functiune si ambreiajul este cuplat.

Cind motorul functioneaza, dar automobilul sta pe loc, miscarea se transmite de la arborele primar la arborele intermediar, arborele secundar fiind liber, adica rotile de pe el nu angreneaza cu nici una dintre rotile corespunzatoare de pe arborele intermediar.In aceasta situatie cutia de viteze se afla in pozitie neutra(punct mort).

Diversele trepte ale cutie de viteze se obtin prin deplasarea pe arborele secundar a blocului de roti dintate sau al mansonului.In felul acesta miscarea se poate transmite de la arborele intermediar la arborele secundar prin unele perechi de roti dintate.

Cutia de viteze cu trei arbori da posibilitatea obtinerii treptei de priza directa prin cuplarea directa a arborelui primar cu cel secundar cu ajutorul mansonului.In aceasta treapta,cutia de viteze functioneaza aproape fara zgomot si cu un randament ridicat.

Figura

In figura 2 este reprezentata o cutie de viteze cu trei arbori

Solutii constructive de cuplare a treptelor

Cuplarea treptelor se poate obtine prin:

Roti dintate cu deplasare axiala (culisante)

Roti dintate angrenate permanent si mansoane de cuplare simple

Roti dintate angrenate si sincronizatoare

Cuplarea treptelor prin roti dintate cu deplasare axiala

Rotile dintate 2 si 4, din figura 1, sunt fixe pe arborele P, iar blocul rotilor dintate 1-3 se poate deplasa axial pe arborele secundar S prevazut cu caneluri.Cuplarea treptelor se obtine prin deplasarea spre stinga sau dreapta a blocului de roti 1-3 pina cind roata 1 va angrena cu roata 2, respectiv roata 3 va angrena cu roata 4. La cuplarea treptelor cu roti dintate culisante, se produce zgomot datorita socurilor ce au loc din cauza vitezelor tangentiale diferite ale rotilor ce intra in angrenare, ceea ce duce la uzura laterala a dintilor.

Cuplarea treptelor cu mansoane de cuplare.

Solutia se aplica in cazul rotilor dintate permanent angrenate. Rotile dinate 1 si 3 din fig. 2, se rotesc liber pe arborel S si sunt in angrenare permanenta cu rotile 2 si 4, fixate pe arborele P.Mansonul de cuplare m se compune dintr-un manson de ghidare 5 si dintr-o coroana culisara 6,prevazuta cu o dantura interioara prin care se solidarizeaza cu mansonul de ghidare.

Cuplarea treptelor se obtine prin deplasarea coroanei culisare 6 spre stinga sau dreapta, pina cind dantura sa interioara se va cupla cu dantura auxiliara d a rotii 1, respectiv 3.

In scopul usurarii cuplarii treptelor se utilizeaza, in unele cazuri, mansoane de constructie speciala. De asemenea marginile dintilor danturilor de cuplare sunt tesite.

Cuplarea treptelor cu sincronizatoare

Prin sincronizare se urmareste ca, inainte de cuplare mansonul cu roata dintata, vitezele unghiulare sa se egalizeze, astfel incit cuplarea rotilor sa se faca fara socuri.

Avantajele sincronizarii sunt urmatoarele: se elimina zgomotele, se mareste durabilitatea rotilor dintate, se usureaza conducerea prin micsorarea timpilor morti intre schimburile treptelor de viteze. 

Sincronizatorul conic cu inertie cu inele de blocare (figura 3 )

Figura 3.

Pinionul 1 al arborelui primar se afla in angrenare permanenta cu roata dintata 17 a arborelui intermediar. Roata dintata 7 este montata liber pe arborele secundar si este in angrenare permanenta cu roata dintata 18 a arborelui intermediar. Pinionul 1 si roata dintata 7 sint executate dintr-o singura bucata cu coroanele dintate 2 si, respectiv 6 si sint prevazute cu suprafete tronconice 13 si 14.Intre pinionul 1 si roata7, pe partea canelata a arborelui secundar, se afla mansonul 11 al sincronizatorului prevazut la exterior cu o dantura cu dinti drepti sic u trei crestaturi longitudinale 15 in care intra piedicile 3, avind in mijloc un orificiu. Pe dantura exterioara a mansonului se gaseste dispusa coroana culisanta 10, prevazuta cu dantura interioara. Coroana este prevazuta la exterior cu un guler pentru furca de actionare 4, iar pe suprafata dintata interioara are un santulet inelar semicircular 8, in care intra bilele 5 ale dispozitivului de fixare. Aceste bile se gasesc sub actiunea arcurilor 19,dispuse in orificiile radiale ale mansonului.

De ambele parti ale mansonului, pe suprafetele conice 13 si 14, se gasesc dispuse inelele de blocare din bronz 9, prevazute cu coroanele dintate 12, avind acelasi pas ca si coroanele dintate 2 si 6 din dantura interioara a coroanei 10. Partile frontale ale dintilor inelelor de blocare si ai coroanelor rotilor dintate, la partea dinspre manson, sunt tesite sub acelasi unghi ca si dintii interiori ai coroanei 10. In fiecare inel de blocare, la partea frontala dinspre manson, sunt executate 3 ferestre 16 in care intra capetele pastilelor 3.

Datorita faptului ca partea centrala a pastilelor este asezata in crestaturile 15, iar partile laterale in ferestrele inelelor de blocare, mansonul si inelele se rotesc impreuna. Latimea ferestrelor 16 din inelele de blocare este mai mare decit latimea pastilelor 3 cu un joc putin mai mare decit jumatate din grosimea dintilor. Din acest motiv, inelele de blocare au posibilitatea unei deplasari unghiulare in raport cu mansonul, cu un unghi determinat de jocul dintre pastile si peretii laterali ai ferestrelor 16, dintii inelului se rotesc in raport cu dintii coroanei 10 cu o jumatate din grosimea lor impiedicind deplasarea coroanei in directia rotii dintate care urmeaza sa se cupleze. In aceasta consta actiunea de blocare al inelelor.

Functionarea sincronizatorului in vederea cuplarii unei trepte cuprinde mai multe etape. In continuare se prezinta functionarea sincronizatorului la cuplarea prizei directe.

Sub actiunea momentului de frecare, se produce egalarea vitezelor arborelui secundar si pinionului 1 (care realizeaza prin cuplare priza directa). Pentru aceasta coroana si mansonul, solidarizate prin bilele 5, impreuna cu pastile 3, se deplaseaza spre stinga cu ajutorul furcii 4. Pastilele, sprijinindu-se cu capetele de ferestre inelelui de blocare 9, apasa acest inel pe suprafata conica 13. Datorita frecarii care ia nastere intre suprafetele conice in contact, inelul de blocare se roteste in raport cu mansonul, in sensul rotirii rotii dintate 1, cit ii permite jocul dintre pastilele 3 si ferestrele 16 ale inelului. In urma rotatiei inelului de blocare, cu un sfert de pas, dintii inelului vin partial in dreptul dintilor coroanei 10, impiedicind deplasarea coroanei spre pinionul 1, pina cind vitezele unghiulare ale pinionului 1 si a arborelui secundar nu se egaleaza. Efortul axial transmis de conducator asupra coroanei si mansonului se transmite inelului de blocare, care, apasind asupra suprafetei conice 13, da nastere la o forta de frecare ce conduce la egalarea vitezelor unghiulare.

Dupa ce viteza de rotatie a arborelui primar si cea a inelului de blocare devin egale, componenta tangentiala a fortei de apasare dintre tesiturile dintilor coroanei si ai inelului devine suficienta pentru a roti inelul de blocare in sens opus rotatiei arborelui primar. La rotirea inelului de blocare, chiar cu un unghi mic, dintii coroanei intra in angrenare cu dintii inelului de blocare, iar interactiunea dintre tesiturile dintilor inceteaza, si cu aceasta frecarea dintre suprafetele conice ale inelului de blocare si ale arborelui primar. In aceasta situatie, coroana 10 se poate deplasa in lungul mansonului dupa invingerea fortei arcurilor 17, prin impingerea bilelor in lacasul de placute, iar dantura ei va angrena cu dantura 2 a rotii 1, cuplind treapta fara soc si fara zgomot.

In figura de mai sus sunt prezentate diferitele faze ale procesului de sincronizare la cuplarea treptei de priza directa.

1. 2 Treapta de mers inapoi

Treapta de mers inapoi se obtine prin intercalarea unor roti dintate suplimentare intre cele doua roti dintate ale treptei 1.

In figura a se reprezinta treapta de mers inapoi ce se obtine cu doua roti dintate culisante.

Treapta de mers inapoi se poate realiza constructiv mai simplu, prin intercalarea unei singure roti dintate ale treptei 1 ( figura b). Rotile dintate 1 si 2 ale treptei I vor fi cuplate simultan cu pinionul 3, care, in acest caz, este mai lat, raportul de transmitere fiind insa egal cu cel al treptei I.In felul acesta,sensul de rotatie al arborelui secundar se schimba,deci si sensul de mers al automobilului.

2 Mecanismul de comanda a cutiei de viteze

Acest mecanism are rolul de a cupla si decupla perechile de roti dintate cu scopul obtinerii diferitelor trepte.

Comanda treptelor se poate face manual sau cu servocomanda.Comanda manuala poate fi la rindul ei directa,cumaneta pe capacul cutiei de viteze,sau de la distanta,utilizata la automobilele la care cutia de viteze nu se gaseste in apropierea locului conducatorului.

Comanda directa cu maneta asezata pe capacul cutiei de viteze. Maneta este prevazuta cu articulatia sferica 8,pentru a putea oscila in locasul sferic 7 al cutiei de viteze,cu scopul executarii operatiilor de cuplare a treptelor.In capacul 7 pot culisa tijele 5 si 6,pe care sint fixate furcile 4 si,respectiv 3.

Aceste furci au niste locasuri in forma de U, in care intra capatul inferior al manetei 1.

Fiecare furca poate comanda succesiv doua trepte. Articulatia sferica 8 este apasata in locasul sau de arcul

Pentru cuplarea unei trepte, conducatorul deplaseaza maneta 1, in plan transversal, in dreapta sau stinga (sagetila A-A), astfel incit capatul inferior al manetei sa intre in locasul in forma de U al tijei 5, respectiv 6. Apoi, prin deplasarea manetei in plan longitudinal, inainte sau inapoi (sagetile B-B), tija culiseaza si deplazeaza odata cu ea furca pe care o poarta, cuplind treapta corespunzatoare.

Rezulta ca, pentru cuplarea unei trepte, sint necesare doua operatii: selectarea (alegerea) treptei si cuplarea propriu-zisa a treptei.

Mai exista si alte tipuri de comanda: comanda la distanta, si mecanismul de comanda cu maneta pe coloana volanului.

3. Dispozitivul de fixare a treptelor

Dispozitivul de fixare a treptelor exclude posibilitatea autocuplarii si autodecuplarii treptelor si asigura angrenarea rotilor pe toata lungimea dintilor.

La automobile, dispozitivele de fixare cele mai raspindite sint cele cu bile.

Pentru fixarea treptelor, fiecare tija culisanta 3, are pe partea superioara teri locasuri semisferice in care intra bila 1, apasata de arcul Locasurile extreme ale tijei 3 corespund celor doua trepte pe care le realizeaza furca respectiva, iar cel din mijloc-pozitiei neutre. Distantele dintre aceste locasuri trebuie astfel alese incit bila 1 sa nu permita deplasarea de la sine a tijei culisante 3 datorita vibratiilor sau fortelor axiale produse la angrenarea rotilor dintate, ci numai sub efortul depus de conducator.

4. Dispozitivul de zavorire a treptelor

Dispozitivul de zavorire a treptelor exclude posibilitatea cuplari concomitente a mai multor trepte.

Zavorirea treptelor de viteza se obtine prin practicarea unui locas lateral in fiecare tija 2, astfel incit boltul (zavorul) 1 sa impidice cuplarea simultana a doua trepte. Unele scheme de organizare prevad in locul boltului 1, cite doua bile.

In figura de mai jos este prezentata cshema de functionare a dispozitivului de zavorire a treptelor unei cutii de viteze cu patru trepte.

Tijele culisante extreme 1 si 5 sint prevazute in plan orizontal pe partea interioara cu cite un locas semisferi. Tija centrala 3 este prevazuta in plan orizontal cu cite doua locasuri semisferice. In dreptul locasurilor, tija centrala este prevazuta cu un orificiu in care se monteaza stiftul 4, intre tijele extreme si tija centrala se gasesc cite doua bile (zavoare) 2 si 6.

In pozitia neutra, toate locasurile se afla pe aceeasi linie, iar intre bile si locasuri exista un joc mic. Daca se deplaseaza tija centrala ea va actiona asupra bilelor 2 si 6, care vor iesi din locasurile ei, si le va obliga sa intre in locasurile tijelor 1 si 5. Astfel, tijele extreme 1 si 5 se vor zavori sin u se vor elibera pina cind tija centrala 3 este readusa in pozitia neutra.

In cazul deplasarii tijei extreme 1 se va actiona asupra bilelor 2, scotindu-le din locasul e isi obligindu-le sa inter in locasul tijei centrale 3. In momentul in care bilele 2 au intrat in locasul tijei centrale, ele vor deplasa stiftul 4 din locas in locasul din cealalta parte a tijei 3. Prin aceasta deplasare, stiftul 4 va deplasa bilele 6 sa intre in locasul tijei 5. In acest fel, tijele 3 si 5 sint zavorite in pozitia neutra: Prin deplasarea tijei 5 se vor zavori tijele 1 si 3.

In figura 5(anexa 1) se reprezinta constructia mecanismului de actionare cu dispozitive de fixare si zavorire a treptelor, utilizat la automobile. Mecanismul este prevazut cu trei tije culisante 2 cu ajutorul carora se obtin cele cinci trepte pentru mersul inainte si una pentru mersul inapoi.

Pentru imbunatatirea selectarii,treapta I si mersul inapoi sint comandate de aceeasi tija,iar,pentru cuplarea lor,maneta 16 trebuie actionata cu o forta marita pentru a invinge rezistenta arcului 13.