Diferential [PDF]

Zitiervorschau

`

FAC. DE INGINERIE MECANICA Cat. de Autovehicule şi Motoare

PROIECT la Construcţia şi calculul automobilelor – I Tema: Diferential pentru Autoturism de teren Student: Raileanu Vladut Gabriel Secţia AR Anul III, grupa 1161 Îndrumător: prof.dr.ing. Ion PREDA

Anul universitar 2018-2019 Semestrul II

`

CUPRINS 1. STUDIU DE NIVEL PRIVIND DIFERENTIALUL ........................................................ 3 1.1. Functiunile ............................................................................................................. 3 1.2. Solutii constructive ................................................................................................ 4 1.3. Operatii de intretinere ............................................................................................ 6 1.4. Modalitati de reparare ............................................................................................ 6 1.5. Analiza comparativa .............................................................................................. 7 2. MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA DIFERENTIALULUI ..................... 11 2.1. TIPURI DE MATERIALE UTILIZABILE ........................................................ 11 2.2. REZISTENŢE ADMISIBILE .............................................................................. 12 2.3. MODURI DE PRELUCRARE POSIBILE ......................................................... 13 3. TEHNOLOGII UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA DIFERENTIALULUI ................... 14 3.1. TEHNOLOGII DE FABRICARE ....................................................................... 14 3.2. TEHNOLOGII DE ASAMBLARE ..................................................................... 16 4. MODALITĂŢI DE DETERIORARE A DIFERENTIALULUI 4.1. MODALITĂŢI NORMALE DE DETERIORARE 4.2. MODALITĂŢI ANORMALE DE DETERIORARE 5. JUSTIFICAREA SOLUŢIEI CONSTRUCTIVE ALESE ŞI CALCULUL DIFERENTIALULUI 6. IDENTIFICAREA UNEI MODALITĂŢI DE CREŞTERE A CALITĂŢII DIFERENTIALULUI 7. IDENTIFICAREA UNEI MODALITĂŢI DE REDUCERE A COSTULUI DIFERENTIALULUI 8. CONCLUZII 9. BIBLIOGRAFIE

`

1 STUDIU DE NIVEL PRIVIND DIFERENTIALUL 1.1 FUNCŢIILE Diferenţialul este un mecanism, inclus în puntea motoare, care divizează fluxul puterii de autopropulsare primit de la transmisia principală în două ramuri, transmise fiecare câte unei roţi motoare, oferind totodată roţilor punţii posibilitatea, ca în funcţie de condiţiile autopropulsării, să se rotească cu viteze unghiulare diferite.1 Principalele condiţii de autopropulsare care impun roţilor să se rotească cu viteze unghiulare diferite sunt următoarele: - deplasarea pe traiectorii curbe, când roata interioară curbei are de parcurs un spaţiu mai mic decât roata exterioară curbei; - deplasarea rectilinie pe căi netede, când roţile punţii au de parcurs spaţii egale iar automobilul, din diverse cauze, are roţile punţii cu raze inegale; diferenţa dintre raze poate fi datorată presiunii inegale din pneuri, repartizării încărcăturii asimetric faţa de axa longitudinală a automobilului, pneurilor la cele două roţi de simbol diferit, sau grad diferit de uzură; - deplasarea rectilinie pe căi cu denivelări când, datorită distribuţiei aleatoare a denivelărilor sub formă de gropi şi ridicături, roţile au de parcurs drumuri de lungimi diferite. In condiţiile de mai înainte, în lipsa diferenţialului, în mecanismele punţii apar încărcări suplimentare sub forma unui flux “parazit” de putere. FUNCTIILE DIFERENTIALULUI: 1. divizează fluxul puterii de autopropulsare primit de la transmisia principală în două ramuri, transmise fiecare câte unei roţi motoare 2. posibilitatea rotilor puntii, ca în funcţie de condiţiile autopropulsării, să se rotească cu viteze unghiulare diferite 3. eliminarea puterii parazite la rotile puntii; “puterea parazita” este favorizată de: deplasarea pe căi cu rezistenţă mică la înaintare; pneuri de diametru mare şi rigide, viraje cu raze de curbură mică 4. diminuarea solicitãrilor din mecanismele puntii 5. scaderea pierderilor mecanice prin cresterea puterii transmise 6. scaderea consumului de combustibil si a uzurii anvelopelor 7.cresterea manevrabilitãtii si stabilitãtii automobilului Diferenţialul este un mecanism de tipul mecanismelor planetare diferenţiale (cu mobilitatea M=2), la care numai axa centrală este bază. Construcţia diferenţialului este caracterizată de existenţa forţelor de frecare între elementele sale aflate în contact, astfel că prin aceste forţe se realizează legătura la bază a elementelor mecanismului şi diferenţialul se blochează (M=0). La blocarea diferenţialului, când el se roteşte în jurul axei centrale ca un tot unitar, roţile punţii se rotesc cu viteze unghiulare egale.

1

` Când momentul corespunzător puterii suplimentare (“puterii parazite”), este mai mare decât momentul forţelor de frecare dintre elementele diferenţialului, care reprezintă legătura de blocare a diferenţialului, atunci prin desfacerea legăturii, diferenţialul va intra în funcţiune ca mecanism planetar monomobil (M=1) şi va permite roţilor punţii să se rotească cu viteze unghiulare diferite în sensul măririi vitezei unghiulare de rotaţie a roţii exterioare virajului şi micşorând-o pe cea a roţii interioare virajului. Fig. 1.2 Constructia si functionarea mecanismului planetar Se deduce că mărimea ce diferential comandă funcţionarea diferenţialului este fluxul de putere ce încarcă suplimentar puntea în condiţiile în care se impun viteze unghiulare diferite la roţile motoare.

1.2 SOLUŢII CONSTRUCTIVE

-

In construcţia diferenţialelor se disting mai multe soluţii, grupate astfel: • după caracteristicile cinematice se deosebesc: - diferenţiale simetrice - diferentiale asimetrice; • după caracteristicile dinamice, exprimate prin mărimea frecării interne, diferenţialele pot fi: diferenţiale simple - diferenţiale blocabile - diferenţiale autoblocabile;2

In afara utilizării diferenţialului ca mecanism al punţii motoare, în construcţia de automobile diferenţialul se foloseşte şi ca mecanism divizor de flux la automobilele de tipul 4x4. Diferenţialele asimetrice şi cele blocabile şi autoblocabile sunt specifice autoturismelor cu tractiune integrala. Faţă de diferenţialele simetrice simple diferenţialele blocabile se deosebesc prin existenţa unei legături facultative (dispozitivul de blocare) între unul din arborii planetari şi carcasa diferenţialului. Dezavantajul diferenţialelor blocabile constă în acţionarea subiectivă a dispozitivului de blocare de către conducător şi complicarea construcţiei prin necesitatea introducerii unui dispozitiv de acţionare (mecanic, pneumatic, hidraulic sau electric). Neajunsurile arătate dispar însă prin utilizarea diferenţialelor autoblocabile, la care starea blocată nu mai depinde de acţiunile conducătorului, ci de starea drumului.

1.3 OPERAŢII DE ÎNTREŢINERE Intretinerea diferentialului unui autoturism modern, care este exploatat in conditiile specificate de constructor, este inexistenta sau prevede verificarea si completarea sau inlocuirea 2

` daca este cazul (nivel scazut) lubrifiantului, cu un alt lubrifiant care este specificat in cartea tehnica a diferentiallului, sau in cazul posesorilor de autoturisme de catre producator.

1.4 MODALITĂŢI DE REPARARE Politica de service a autoturismelor moderne prevede inlocuirea totala a diferentialului (simplu, simetric) al autoturismului; totusi la autovehiculele mai vechi si la cele iesite din garantia oferita de producator acesta se poate repara de catre un mecanic autorizat. La autovehiculele mai vechi este prudent sa se verifice periodic valvolina diferentialului pentru a va asigura ca nu exista scurgeri. Pasi 1. Parcati pe un teren drept si opriti motorul. 2. Determinati daca masina are tractiune pe fata sau pe spate. 3. Localizati diferentialul: se afla sub partea din mijloc a spatelui masinii, intre cele doua roti din spate si are forma si marimea unui dovleac. Exista axuri (tuburi metalice) care ies din ambele parti ale diferentialei care sunt legate de fiecare roata din spate. 4. Ridicati pe cric atat fata cat si spatele masinii si sprijiniti masina folosind 4 suporturi de cric. Spatele si fata masinii trebuie sa fie la aceeasi inaltime pentru a putea verifica uleiul diferentialului. 5. Localizati piulita dintr-o parte a diferentialului. Va fi indreptata spre spatele masinii. 6. Alegeti o cheie care sa se potriveasca piulitei si rasuciti in sens invers acelor de ceas pentru a o slabi. Indepartati-o usor. 7. Uleiul ar trebui sa fie la acelasi nivel cu gaura piulitei - ar trebui sa se scurga afara, sau puteti verifica nivelul cu un deget. 8. Daca nivelul este scazut, adaugati ulei. Trebuie pompat in diferential. Exista pompe mici care se ataseaza sticlelor din plastic de ulei. 9. Puneti la loc si strangeti piulita. 10. Dati la o parte suporturile de cric si lasati in jos masina. Sfaturi Nu verificati uleiul diferentialului decat daca toata masina este la acelasi nivel - altfel veti avea parte de o verificare gresita a nivelului de ulei.  Daca diferentialul are un nivel scazut al uleiului constant de fiecare data cand o verificati, probabil aveti o scurgere. Cautati pete de ulei si duceti-va la un mecanic. 

Atentie  Nu va bagati sub o masina care este sustinuta doar de un cric - intotdeauna folositi suporturi de cric.  Nu folositi un ulei de motor normal - poate fi prea slab. Avantaje

Dezavantaje

Prestrangerea axiala pinionului de atac Avantaje

- micşora deformaţiile axiale (se utilizează rulmenţi cu role conice cu unghi cât mai mare de deschidere a conului); -Pentru mărirea lungimii efective a lagărului şi pentru sporirea rigidităţii radiale a pionului, rulmenţi se montează în ”0” Strangerea pe directia axiala a pieselor montate pe arborele pinionului de atac conduce la anularea jocurilor axiale din lagăre şi la apariţia unor deformaţii elastice ale rulmenţilor. Mărirea strângerii peste o valoare optimă, recomandată de constructor, conduce la o sporire a uzurii lagărelor.

a Piulita + bucşă deformabilă montată între rulmentul dinspre flanşa pinionului şi un umăr al acestuia. -Pretensionarea rulmenţilor se asigură de la primul montaj,

Piuliţa + Şaibe calibrate

-Piuliţa este prevazuta cu sistem de asigurare a poziţiei

` făcând posibilă automatizarea acestuia. -Pretensionarea iniţială este menţinută constantă timp îndelungat.

Montarea coroanei dinţate a angrenajului conic în carterul punţii, prin intermediul carcasei diferenţialului Avantaje

Dezavantaje

-Saibele calibrate dintre inelele interioare ale rulmenţilor servesc la reglarea jocului acestora

Rulmenţi radiali-axiali cu role conice; montaj in “X” Pentru reducerea lungimii efective dintre reazeme, rulmenţii sunt montaţi în “X” - Rulmentii radiali-axiali cu role conice preiau sarcini radiale mari şi sarcini axiale medii-mari care acţionează într-un singur sens -Montajul in “X” asigura reducerea lungimii efective dintre reazeme; -Dacă dilataţiile termice, în funcţionare, sunt mari, jocul axial, la montaj, se reglează la valori mărite, în cazul montajelor cu rulmenţi radial-axiali în “X” -Temperatura din lagare este mai ridicata in cazul utilizarii rulmentilor radiali cu role conice

I. Solutia constructiva a diferentialului prezentat in figura 1.3. (a) cu solutia constructiva a diferentialului din figura 1.3. (b) Parametrii dimensionali ale celor doua solutii constructive sunt identici, iar parametrii constructivi foarte asemanatori. Singura diferenta intre cele doua solutii constructive o reprezinta alegerea tipurilor de rulmenti. Mai jos este prezentata o scurta comparatie intre utilizarea rulmentilor radiali-axiali cu role cilindrice si a rulmentilor radiali-axiali cu bile pe doua randuri .

Tabelul 1.2. Compararea utilizarii rulmentilor radial-axiali cu role conice cu rulmentii radiali-

` axiali cu bile pe doua randuri intr-un diferential simplu simetric Rulmenti radial-axiali cu role conice Rulmenti radiali-axiali cu bile pe doua randuri -rigiditate ridicata - rigiditate la fel de ridicata - pret redus - frecare foarte mica - reglaj usor la montaj - temperatura scazuta - uzura foarte redusa (inexistenta)

Fig. 1.6. Compararea temperaturilor rulmentilor radiali-axiali cu bile pe doua randuri, cu rulmentii radiali cu role conice, intr-un diferential simplu simetric

Fig. 1.7. Compararea momentului de frecare si a temperaturii a rulmentilor capului pinionului de atac (RK) si a celui pozitionat spre flansa (RF)

`

2 MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA DIFERENTIALULUI 2.1 TIPURI DE MATERIALE UTILIZABILE În cadrul proiectării un rol important îl are alegerea materialelor atât din punct de vedere al preţului de cost, cât şi a rezistenţei, a uşoarei prelucrări şi interschimbabilităţii cu alte organe de maşini. Diferenţialul este un mecanism, inclus în puntea motoare, care divizează fluxul puterii de autopropulsare primit de la transmisia principală în două ramuri, transmise fiecare câte unei roţi motoare, oferind totodată roţilor punţii posibilitatea, ca în funcţie de condiţiile autopropulsării, să se rotească cu viteze unghiulare diferite. Angrenajele dintre elementele componente ale diferentialului sunt supuse unor momente de torsiune si viteze de rotatie ridicate; din acest considerent este foarte impotanta alegerea corecta a materialelor utilizate la constructia elementelor componente a diferentialului simplu simetric. Pentru constructia, pinionului de atac, axului port-sateliti, arborilor planetari, se utilizeaza datoritã solicitãrilor la care sunt supuse, oteluri aliate cu continut redus de carbon. Dintre acestea se pot utiliza oteluri aliate de cementare3: 17CrNi16 (0.17%C, elemnemt principal de aliere 0.16%Ni), 13CrNi30, 18MnCr10, 28TiMnCr12 STAS 791; aceste marci de otel se recomanda la utilizarea fabricarii de arbori puternic solicitati, care functioneaza la turatii ridicate. Aceste marci de otel au o buna rezistenta la solicitarile de contact respectiv de incovoiere la care sunt supusi dintii rotilor dintii pinionui de atac si de asemenea are o mare rezistenta la oboseala. Tot din clasa otelurilor aliate, se pot utiliza otelurile aliate de imbunatatire: 40Cr10 (0,4%C 41CrNi12 STAS 7914, avand proprietati necesare constructiei arborilor puternic solicitati, care trebuie sa respecte dimensiuni de gabarit reduse. La constructia rotilor planetare, satelitilor, coroanei dintate a transmisiei principale solidara cu carcasa interioara a diferentialului, se pot utiliza oţelurile de cemenetare. Acestea se recomandă la angrenajele puternic solicitate şi când se impun restricţii de gabarit. Oţelurile de cementare au conţinutul de carbon < 0,25%. Danturarea se execută înaintea tratamentului, după tratament dantura trebuind rectificată, pentru eliminarea deformaţiilor mari care apar în urma tratamentului. Cele mai utilizate oţeluri de cementare sunt: OLC 15, OLC 20, 15 Cr 08, 18 MoCr 10 etc.). Carcasa diferentialului se poate executa din Fc-200 STAS 1004-75 fiind o fontă cenuşie cu grafit lamelar, cu o rezistenţă la tracţiune de 200 N/mm2, avand un cost de elaborare scazut sau Fc100, Fc150 STAS 1004-75; in cazul in care se urmareste o reducere a greutatii totale a diferentialului, carcasa se poate confectiona din aluminiu aliat cu cupru din seria 2XXX. Pe lânga cupru, care este elementul principal de aliere, aceste aliaje contin în principal magneziu si mangan. Pentru obtinerea caracteristicilor mecanice ridicate (similare sau chiar mai mari decât cele ale otelurilor cu continut scazut de carbon), aceste aliaje trebuie supuse calirii (tratament termic de punere în solutie urmata de îmbatrânire naturala - la temperatura ambianta sau artificiala la temperatura ridicata, în cuptor). Aliajele Seriei 2xxx (2007, 2011, 2024, 2014, 2014A, 2017, 2017A) au rezistenta mecanica ridicata si o buna prelucrabilitate prin aschiere, în general nu sunt sudabile si nu au o buna rezistenta la coroziune. In ceea ce priveste rulmentii utilizati: materialele destinate inelelor si corpurilor de 3 4

` rostogolire trebuie sã îndeplinescã o serie de conditii: rezistentã mare la solicitarea de contact; rezistentã mare la uzurã; tenacitate. Otelurile care îndeplinesc cel mai bine aceste condiþii sunt oþelurile aliate cu crom, care conþin aproximativ 1% carbon si 1,3…1,65% crom. Alte elemente de aliere sunt manganul si siliciul. Viteza de cãlire si adâncimea de cãlire sunt direct dependente de continutul de mangan. Unele firme producãtoare de rulmenþi utilizeazã si oþeluri de cementare, acestea comportându-se bine la solicitãri cu socuri. Pentru rezistentã la temperaturi ridicate sau pentru rezistentã la coroziune, se utilizeazã oteluri speciale înalt aliate, respectiv oteluri anticorozive, aliate cu crom. Materiale utilizate la rulmenti sunt: Otelul de rulmenti (STAS 1456/1-80) este un otel hipereutectoid cu 1%C, 1,5%Cr:100Cr6, 100CrMn6;100CrMo6 etc. Inelele si corpurile de rulare se executa din otel aliat cu crom (Mn, Ni, în cantitati mai mici); Coliviile se executa din table de otel prin stantare, bronz prin turnare,mase plastice prin injectare. In constructia diferentialului simplu simetric, se utilizeaza pentru etansare mansete de rotatie. Mansetele de rotatie sunt etansari pentru echipamente rotative (etansarea lagarelor lubrifiate cu uleiuri), sunt fabricate din elastomeri, cu insertie metalica (sau in carcasa metalica).

2.2 PROPRIETATI FIZICE DENUMIREA MATERIALULUI

DURITATEA/REZISTENTA LA TRACTIUNE

17CrNi16 OLC 15 OLC 20 15Cr08

800...950 590...780 490...780 690...880 174 790...1080 207 100...160 100...150 110...250 140...190 Coef. elasticitate: 72500 Coef. rigiditate: 27300

18MnCr10 Fc100 Fc150 EN-AW-2007ALCUMGPB

UNITATEA DE MASURA N/mm2 MPa Mpa Mpa HB Mpa HB Mpa HB Mpa HB Mpa Mpa

Tabel 2.1. Rezistentele admisibile si duritatiile materialelor utilizate in constructia diferentialului

2.3 MODURI DE PRELUCRARE POSIBILE In vederea ridicãrii rezistenþei la uzurã, uneori axele satelitilor se arãmesc pe toatã suprafaþa cu un strat de 0,01 mm, sau se acoperã cu un strat de sulfurã de fier. La constructia rotilor planetare rotilor planetare, satelitilor, coroanei dintate a transmisiei principale solidara cu carcasa interioara a diferentialului, se pot utiliza oţelurile de cemenetare. Cementarea este un tratament termochimic, care constă în îmbogăţirea în carbon a stratului superficial al flancului dinţilor, fiind urmată de călire şi revenire joasă. În urma călirii, se obţine o duritate mare a stratului superficial (52…62 HRC) şi un miez care îşi păstrează tenacitatea. Prin cementare se obţine o creştere semnificativă a rezistenţei la contact a flancului dinţilor şi o creştere, într-o măsură mai mică, a rezistenţei la încovoiere. Tratamentele termice sau termochimice aplicate pinionului de atac, axului port-sateliti,

` arborilor planetari depind de materialul din care se executã, putând fi: îmbunãtãtire sau îmbunãtãþire si cãlire superficialã a fusurilor, canelurilor, portiunilor de calare etc.; cementare urmatã de cãlire a fusurilor, portiunilor de calare si a canelurilor; nitrurare etc.

`

3 TEHNOLOGII UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA DIFERENTIALULUI 3.1 TEHNOLOGII DE FABRICARE Tehnologia de fabricaţie a arborilor (axului port-sateliti, arborilor planetari) constă în: strunjirea suprafeţelor cilindrice sau conice şi a filetelor, frezarea canalelor de pană sau a canelurilor – operaţii executate înainte de tratamentul termic – rectificarea fusurilor, a porţiunilor de calare, a suprafeţelor canelurilor – operaţii executate după tratamentul termic. Obtinerea semifabricatelor:  Semifabricatele se obtin prin laminare, forjare, forjare libera si in matrita, extruziune si turnare;  Semifabricatele laminate sub forma de bara se debiteaza la lungimea corespunzatoare;  La arborii forjati sau matritati se debiteaza capetele ramase din deformari. Debitarea se executa la masini de taiat cu discuri abrazive, cu freza disc cu ferastraie, la masini de taiat cu banda etc;  In cazul semifabricatelor laminate sau matritate, se poate obtine cand este necesar fibrajul optim continuu si cu dispunerea spatiala adecvata ceea ce permite obtinerea unor piese suple cu rezistenta la oboseala ridicata si pret de cost redus;  Arborii obtinuti prin turnare au o rezistenta mai mica decat cei obtinuti prin forjare din otel dar sunt mai putin sensibili la concentrarea eforturilor si au o capacitate mai mare de amortizare a sarcinilor dinamice. Rotile dintate (rotilor planetare, satelitilor) Obtinerea semifabricatelor:  Rotile dintate cu diametrul pana la 50...60mm se pot executa din bara laminata.La rotile dintate cu diametre mai mari semifabricatele se obtin prin matritare sau refulare (roti dintate si blocuri de roti dintate).  Rularea la cald a rotilor dintate-este un caz particular al laminarii transversale. Rotile dintate cu modulul de maxim 2.5 mm se obtin prin rulare la rece, iar cele cu modulul mai mare, numai prin laminare la cald.

Danturarea rotilor dintate conice (rotilor planetare, satelitilor) se poate realiza cu mai multe metode:  Metoda diviziunii: Danturarea rotilor dintate conice prin metoda diviziunii cu freza disc modul conduce la profile aproximative, motiv pentru care se limiteaza la productii de serie mica si modul redus. Semifabricatul se pozitioneaza pe masa frezei astfel încât linia de fund a profilului danturii sa fie tangenta la scula – figura 3.2. Dimensiunile frezei se aleg corespunzator profilului minim al golului dintre doi dinti ai rotii dintate conice. Prelucrarea este rezultatul combinarii miscarii de rotatie a sculei cu miscarea de avans a semifabricatului împreuna cu masa masinii. Dupa realizarea canalului pe toata latimea, semifabricatul se retrage, se roteste cu un pas în capul divizor si operatia se repeta pâna la degrosarea tuturor golurilor. În continuare masa frezei pe care se gaseste capul divizor se

` roteste si se repeta operatiile de aschiere. Dupa parcurgerea întregii circumferinte, se roteste capul divizor si se continua aschierea pâna la realizarea profilului.  Metoda rularii. În vederea prelucrarii prin rulare cu scula roata dintata se realizeaza miscarea relativa între scula si piesa prin compunerea: - unei miscari de rostogolire între roata de prelucrat si roata scula asa fel încât axele lor sa se întâlneasca într-un punct O – (angrenarea între roti cu axe concurente) - unei miscari de avans si retragere prin care se realizeaza aschierea. De obicei dintii rotii scula sunt formati dintr-o pereche de cutite care lucreaza concomitent ambele flancuri ale unui dinte sau flancurile ce marginesc acelasi gol fig.3.4  Danturarea melcului si rotii melcate Fig. 3.4. Danturarea Melcul evolventic se poate executa pe strung cu un cutit rotilor dintate prin având o singura muchie aschietoare dreapta. Cutitul se aseaza în metoda rularii asa fel încât directia muchiei aschietoare sa se suprapuna cu directia dreptei care genereaza profilul, tangenta la cercul de raza r o, figura 3.5. Piesa – se roteste în jurul axei proprii. Cutitul – se deplaseaza liniar actionat de surubul conducator al strungului. Fig. evolventic evolventei

3.5 si

Melcul generarea

Melcul în evolventa se poate realiza si prin metoda rularii cu: ¨ cutit roata (la serii mari – mortezare)

1 2 ¨

freza melc. Datorita alunecarii mari dintre flancurile melcului si rotii melcate, este foarte importanta finisarea danturii si rodajul înaintea punerii în exploatare curenta. Carcasa diferentialului se executa prin turnare sub presiune.

3.2

TEHNOLOGII DE ASAMBLARE

Procesul de asamblare reprezintă etapa finală a unui proces tehnologic şi se execută în cazul diferentialului aceeaşi secţie sau întreprindere sau la locul de montaj al produsului respectiv. Operaţia de asamblare este unitatea de bază la planificarea producţiei, prin stabilirea corectă a duratei şi a succesiunii operaţiilor, influenţând direct productivitatea şi preţul de cost. Piesele supuse asamblării sunt pregătite în ordinea dată de desenul de ansamblu din procesul de execuţie. Lucrările de asamblare se execută în secţii specializate, utilizând scule, dispozitive şi verificatoare specifice fiecărui domeniu. Ordinea asambarii elemetelor componente ale diferentialului: - Pinionul de atac - montat in carcasa diferentialului, pe un ax, prin intermediul canelurilor, sau uzinat dintr-o bucata cu axul. - Coroana diferentialului - montata pe cutia satelitilor, cu suruburi, angrenata permanent cu

`

-

-

pinionul de atac si antrenata de acesta. Cutia satelitilor - montata in carcasa diferentialului pe rulmenti. In cutia satelitilor se monteaza: i. Pinioanele satelite - 4 pinioane, montate liber pe axul satelitilor ii. Axul/crucea satelitilor este montat(a) rigid in cutia satelitilor. Aceste pinioane se pot invartii liber pe ax, independent unul fata de celalalt, nefiind angrenate intre ele, fiind montate intr-un plan perpendicular pe axa geometrica a diferentialului. Nu sunt antrenate in miscare de rotatie, ci, in miscare de translatie, de catre cutia satelitilor, prin intermediul axului/crucii satelitilor. iii. Pinioanele planetare - 2 pinioane, montate liber in cutia satelitilor. Aceste pinioane sunt prevazute cu cate o gaura axiala canelata, in care intra axul planetar. Sunt montate pe axa geometrica a diferentialului, angrenate permanent cu pinioanele satelite, cate unul pe fiecare parte a axului/crucii satelitilor, iar miscarea de rotatie o primesc de la cutia satelitilor, prin intermediul axului/crucii satelitilor si a pinioanelor satelite, care transmit miscarea simultan la ambele pinioane planetare. Introducerea lubrifiantului corespunzator necesar functionarii corecte a angrenajelor; Montarea carcasei.

Montajul pieselor componente este atent supravegheat de catre personalul calificat; acesta asigurandu-se ca toate elementele angrenajului respecta o angrenare corecta, diferentialul avand un nivel corespunzator de lubrifiant care sa asigure o functionare silentioasa, indelungata si corecta, evitanduse griparea.

`

4 MODALITĂŢI DE DETERIORARE A DIFERENTIALULUI Diferentialul poate prezenta urmatoarele defecte: Uzura excesiva sau deteriorarea danturii pinioanelor satelit sau pinioanelor planetare, defectul se datoreaza uzurii carcasei; deplasarii indelungate pe teren greu; blocarii sau reglarii incorecte a franelor rotilor din spate; folosirii la rotile din spate a unor anvelope cu uzuri sau marimi diferite; remedierea se face numai la atelierul de reparatii. Griparea sau deteriorarea rulmentilor carcasei: defectul se produce datorita cauzelor care au fost prezentate la griparea sau deteriorarea rulmentilor transmisiei principale. Ruperea axului sau a crucii satelitilor: defectul se datoreaza suprasolicitarilor organelor respective in conditii speciale de exploatare (trecerea prin terenuri grele). Arborii planetari pot prezenta defectiuni: uzura excesiva a canelurilor; ruperea arborilor planetari-defectul se produce datorita functionarii indelungate , supraincarcarii autocamionului; remedierea se face la atelierul de reparatii. Defectele posibile ale carcasei diferentialului sunt: diametrul locasurilor pentru crucea satelitilor uzati se reconditioneaza prin alezare la cota de reparatie, folosindu-se o cruce majorata; diametrul fusurilor pentru rulmenti uzati se reconditioneaza prin incarcare cu sudura, strunjire si rectificare la cota nominala; filetul gaurilor de prindere a semicarcaselor uzate se reconditioneaza prin majorarea gaurilor si rectificare; suprafata de sprijin a pinionului planetar uzata se reconditioneaza prin rectificare frontala iar la montaj se utilizeaza o saiba cu grosime majorata. Defectiuni posibile ale crucii satelitilaor la crucea satelitilor se pot uza sau deteriora fusurile. Reconditionarea se poate realiza dupa cum urmeaza: cromarea dura a fusurilor urmata de rectificarea la cota nominala sau cota treptei de reparatie.

4.1 MODALITĂŢI NORMALE DE DETERIORARE 5.1.1 Ruperea dinţilor

`

Ruperea dinţilor prin oboseală este forma principală de deteriorare a angrenajelor din oţel, cu duritatea flancurilor active > 45 HRC, precum şi a angrenajelor din fontă sau din material plastice. Ruperea se produce datorită solicitării de încovoiere a dintelui, solicitare variabilă în timp, care determină oboseala materialului şi apariţia, la baza dintelui, a unor microfisuri, care se dezvoltă în timp,provocând, în final, ruperea dintelui. Fisura de oboseală (fig.5.1) apare în zona de racordare a dintelui la corpul roţii, pe partea fibrelor întinse, unde concentrarea tensiunilor de încovoiere este maximă.

Fig. 51 Fisura de oboseala

Evitarea ruperii dinţilor prin oboseală se poate realiza prin limitarea tensiunilor de încovoiere de la baza dintelui la valori admisibile, prin creşterea modulului, prin realizarea unor raze mari de racordare şi prin deplasări pozitive de profil. Ruperea statică a dinţilor este cauzată de suprasarcini sau şocuri mari, care apar în timpul funcţionării angrenajului, ca urmare a condiţiilor de funcţionare. La roţile cu dantură dreaptă, ruperea se produce la baza dintelui, iar la roţile cu dantură înclinată, dinţii înclinaţi intrând progresiv în angrenare, se rup porţiuni de dinte (fig.5.2). Evitarea ruperii statice a dinţilor se poate realiza prin calculul angrenajului la solicitarea de încovoiere, la suprasarcini, prin mărirea preciziei de execuţie şi a rigidităţii arborilor.

Fig. 52 Sectiunea periculoasa la un dinte curb. 5.1.2 Deteriorarea flancurilor active ale dinţilor Pittingul (apariţia de ciupituri pe flancurile active ale dinţilor) se datoreşte oboselii de contact a stratului superficial al flancurilor active, constituind principala formă de deterioare a angrenajelor cu durităţi superficiale < 45 HRC. Ciupirea este un fenomen de oboseală a straturilor superficiale ale flancurilor active ale dinţilor, determinat de tensiunile de contact variabile în timp. Primele semne de oboseală apar,

` de regulă, în zona cilindrilor de rostogolire, sub forma unor microfisuri. Iniţial, aceste microfisuri apar în sensul forţelor de frecare (fig.5.3, a şi b), care la roata conducătoare sunt dinspre cercul de rostogolire spre cercurile de picior şi de cap, iar la roata condusă invers, datorită faptului că viteza relativă dintre cele două flancuri îşi schimbă sensul în polul angrenării.

a

b

C Fig. 53 Dinte uzat prin Pitting Uleiul, care aderă la suprafaţa dintelui, este presat – de flancul dintelui conjugat – în microfisurile existenete (v. fig.5.3, b). În zona fisurii apare o presiune hidrostatică, care favorizează dezvoltarea microfisurilor şi despinderea de mici bucăţi de material, rezultând pe suprafeţele active ale dinţilor ciupituri (fig.5.3, c). Ciupiturile se dezvoltă în timp, conducând la o funcţionare necorespunzătoare a angrenajului. Evitarea scoaterii din uz prin pitting se face prin: realizarea unui calcul la solicitarea de contact a angrenajului; tratamente termice sau termochimice (călire superficială, cementare, nitrurare); deplasări positive de profil; micşorarea rugozităţii flancurilor dinţilor; utilizarea unor lubrifianţi aditivaţi. Exfolierea stratului superficial al flancurilor dinţilor este o formă de deterioare prin oboseală a materialului şi apare la angrenajele la care dantura a fost supusă unui tratament termic sau termochimic de durificare superficial (călire superficială, cementare, nitrurare). Exfolierea se manifestă prin desprinderea unor porţiuni ale stratului superficial al flancului dintelui, ca urmare a unor microfisuri de oboseală apărute la graniţa dintre stratul durificat şi cel de bază. Evitarea deteriorării prin exfoliere a angrenajului se face prin adoptarea unor tehnologii de tratament adecvate.

4.2 MODALITĂŢI ANORMALE DE DETERIORARE Griparea este o formă a uzării de adeziune şi apare la angrenajele puternic încărcate, care

` lucrează la viteze periferice mari. Datorită alunecărilor mari dintre dinţi, a concentrărilor mari de sarcini, a rugozităţilor mari ale flancurilor, uleiul poate fi expulzat dintre suprafeţele aflate în contact. Datorită contactului direct, a sarcinilor locale mari şi a temperaturii ridicate din zona de contact, apar microsuduri care, în timp, se rup şi se refac continuu, datorită mişcării relative a flancurilor. Punctele de sudură produc pe flancul dintelui conjugat zgârieturi şi benzi de gripare, orientate în direcţia alunecării (fig.1.7).

Fig. 54 Dinte uzat prin Gripare Evitarea deteriorării prin gripare a angrenajului se face prin îmbunătăţirea condiţiilor de ungere şi răcire, prin utilizarea unor lubrifianţi aditivaţi, prin mărirea preciziei de execuţie şi montaj, prin mărirea rigidităţii arborilor, prin creşterea durităţii superficiale, prin micşorarea rugozităţii flancurilor dinţilor. Uzarea abrazivă este forma de deterioarare a angrenajelor care lucrează la viteze mici (când nu sunt create condiţiile unei ungeri fluide), a angrenajelor deschise şi a angrenajelor din componenţa transmisiilor cu deficienţe la sistemul de ungere şi/sau etanşare. Deterioarea flancurilor dinţilor se produce printr-un proces mecanic de îndepărtare a unor particule fine de material de pe flancul dintelui, ca urmare a acţiunii unor particule abrazive, existente între suprafeţele în contact. Particulele abrazive pot proveni din exterior (când sistemul de etanşare este defectuos), din forfecarea punctelor de sudură (apărute în urma gripării) sau din desprinderea materialului (în urma apariţiei pittingului). Uzarea abrazivă poate fi limitată prin asigurarea unei etanşări corespunzătoare şi a unei ungeri adecvate. Alte forme de deteriorare a angrenajelor pot fi: uzarea corosivă, deformarea plastică sau fisurarea.

`

5 JUSTIFICAREA SOLUŢIEI CONSTRUCTIVE ALESE ŞI CALCULUL DIFERENTIALULUI 5.1 JUSTIFICAREA SOLUŢIEI CONSTRUCTIVE Puntea din spate a autocamionului are rolul de a transmite, pe de o parte, momentul motor de la arborele cardanic si sarcina verticalã de la cadrul autocamionului la rotile motoare, iar pe de altã parte, fortele de împingere si de frînare, momentul reactiv si cel de frînare de la rotile motoare la cadrul autoturismulului. În acelasi timp, puntea din spate trebuie sã asigure o functionare normalã a tuturor mecanismelor montate în carcasa acestei punti, si anume: reductorul central, diferentialul si transmisia finala la roti. Conditii impuse puntii motoare: Puntea motoare trebuie sã asigure: -mãrimea datã a raportului de transmitere al reductorului central, necesar obtinerii calitãtilor dinamice si economice optime -înãltimea de gabarit minimã, necesarã obtinerii distantei minme la sol; -functionarea fãrã zgomot a tuturor mecanismelor; -transmiterea momentului motor la rotile motoare fãrã socuri, la rotirea lor cu turatii diferite: greutatea minimã a pãrtii aflate sub suspensie si - transmiterea fortelor între cadrul autocamionului si rotile motoare (împreunã cu suspensia). Alegerea schemei de organizare a puntii motoare în functie de raportul de transmitere în reductorul central. Reductorul central al puntii motoare, datoritã raportului de transmitere io=4,863, este format dintr-o singura treapta conicã, situatã central, care preia momentul primit de la cutia de viteze prin intermediul transmisiei cardanice longitudinale, si îl transmite la un unghi de 90º la butucul rotii motoare.

Fig. 5.1. Schema cinematica a diferentialului.

`

5.2 ALEGEREA REGIMURILOR DE CALCUL Regimurile de funcţionare ale autovehiculelor sunt extrem de variate, ceea ce face ca un calcul amănunţit să necesite numeroase studii sau supoziţii. Piesele se pot deteriora ca urmare a aplicării unor solicitări singulare cu valori foarte mari (suprasarcini) sau ca urmare a oboselii materialului prin aplicarea îndelungată a unor solicitări medii şi mici. Experienţa acumulată pe parcursul timpului a demonstrat că pot fi realizate calcule suficient de precise privind solicitările maxime normale (calcule la suprasarcini) luând în considerare doar patru regimuri de deplasare foarte solicitante. Acestea sunt: • regimul tracţiunii maxime (deplasare rectilinie, pe drum de calitate – aplicabil doar roţilor motoare); • regimul frânării maxime (deplasare rectilinie, pe drum de calitate); • regimul derapării (deplasare în viraj, pe drum de calitate); • regimul trecerii peste obstacole (deplasare rectilinie). Angrenajul conic se calculeaza in regimul de tractiune maxim, pentru a putea transmite momentul maxim, al motorului in treapta I de viteze, unde valorile sunt cele mai mari. Stiind raportul de transmisie Io, se dimensioneaza rotile angrenajului, care apoi se verifica sa nu depseasca tensiunile maxime admise de natura materialului. Solicitarea cea mai periculoasa este cea de presiune la contact intre dintii din angrenaj. Pentru a obtine un angrenaj cat mai rezistent, si pentru a se reduce zgomotul de angrenare, se alege ca varianta constructiva, angrenajul conic, cu dinti curbi. Tensiunea maxim admisa la contact, depinde de natura materialului, si tipul de finisare si tratare a suprafetei. Pentru pinioane, se alege un otel 17CrNiMo6, care este un otel aliat de calitate, care poate fi tratat, si rezista pana la 1500 MPa, la solicitarea de strivire.

`

5.3 CALCULUL DE PREDIMENSIONARE Puterea nominala Puterea nominala a motorului Pn = 130kw Viteza unghiulara a arborelui motorului n  3950 Rpm MM  145.35 m  N Determinarea momentului motor Raportul de angrenare a primei trepte icv1 6.8 Eficienta cutiei de viteze cv  0.98 M C  M M  icv1 cv MC  722.044 Nm Calculul diferentialului propriu-zis Fortele de forfecare unitare i0  5.296 N  2 Rm  1m d  28 mm

d1  35mm   f 

4 M M  icv1 i0 N  Rm   d

2

6

 f  3.168 10  Pa

Fortele unitare de strivire intre saletit si axa lui Lungimea satelitului h1  80mm  s1 

MM  icv1 i0 N  Rm h 1 d

5

s1  8.71  10 Pa

Fortele unitare de strivire intre axa satelitului si carcasa diferentialului Latimea carcasei h2  10mm  s2 

MM  icv1 i0 N  Rm h 2 d

6

s2  6.968 10 Pa

Verificarea dintilor la solicitari Forte unitare aparute datorita solicitarilor repetate asupra dintilor ia  210

ka  1.8 kt  1

N

2

cm

c  1.1 iN 

ia ka kt c

iN  343.636

N 2

cm

`

Alegem rulmenti radiali cu montaj in X Lh  1500 hr n b 

n

nb  808.824 rpm

icv1

L  60 n b 

Lh

4

L  2.744 10

6

milioane de rotatii

10

Calculul de solicitari si dimensionare pentru angrenajul conic Numarul de dinti z1  6 z2  z1 i0  31.776

Se alege z2  32 Unghiul de angrenare in sectiune normala   20deg   m  20  20deg  180 Latimea dintilor mn.med  3 b  6 mn.med  18

Inclinarea dintilor in sectiune mediana  m  38  38deg  180 Coeficientul normal si frontal de inaltime a capului f0m  1 f0f  f0m cos  m  0.788

 

Coeficentul de fund, normal si frontal de joc W0m 0.2

 

W 0f  W 0m cos  m  0.158

Unghiul de diviziune a conului  z 1 1  atan   0.185 rad z   2  2  1  90  1.385 rad 180

180 11  1  10.62 rad  180 22 2  79.38 rad 

`

Numarul echivalent de dinti z1eq 

z2eq 

z1

 

 12.475

 3

cos 1  cos  m z2

 

 

cos 2  cos  m

 354.859

3

Lungimea pe generatoarei diametrului de divizare mf  b 

 

sin 1 z1

mn.med



 4.36

 

cos  m

din STAS 822 se alege mf  4.5mm  2

L  0.5m  f z1 i0  1  0.073m Adancimea functionala a dintilor 3

h e  2 f0f  mf  7.092 10

Jocul de baza

4

c  W 0f  mf  7.092 10

Inaltimea dintelui

3

h  h e  c  7.801 10

m

m

m

Deplasarea specifica in sectiune frontala f  0.03 Inaltimea de cap





3

a1  mf  f0f   f  3.681 10 3

a2  h e  a1  3.411  10

Inaltimea pinionului

m

m

3

b 1  h  a1  4.12  10 m 3 b 2  h  a2  4.39  10 m

Diametrul pe cercul de divizare Dd1  z1mf  0.027m Dd2  z2mf  0.144m Diametrul pe cercul de cap

De1  Dd1  2a1cos1  0.034m De2  Dd2  2a2cos2  0.145m Distanta din varful conului pana la dinti Dd1 H1  a1 sin 1   0.071m 2 tan 1

 

 

Dd2 H2  a2 sin 2   0.01m 2 tan 2

 

 

`

Latimea dintelui pe cercul de devizare tan  m   3 S1  mf   2  f     7.227 10 m f0f  cos   m 2   3 S2    mf  S1  6.91  10

m

5.6 CONCLUZIE PRIVIND CALCULUL Calculul a fost facut dupa metode destul de vechi, si dimensiunile au reiesit in marje acceptabile. Tinand cont de dezvoltarea materialelor, si a tehnologiilor de fabricare, se mai poate optimiza mult proiectul, in sensul reducerii dimensiunilor pieselor. Se obtine astfel un ansamblu mai usor, care consuma mai putin material, si imbunatateste in final randamentul vehicolului. In final consumul de energie, combustibil si materiale se reduce.

6 IDENTIFICAREA UNEI MODALITĂŢI DE CREŞTERE A CALITĂŢII DIFERENTIALULUI Utilizarea de materiale moderne, si metode de fabricare moderne, poate duce la cresterea calitatii diferentialuilui. Urmarirea constanta a noutailor stiintifice si adoptarea de solutii moderne de fabricare, care maresc productivitatea , si micsoreaza numarul de rebuturi sau piese neconforme, pot imbunatai calitatea.

8 IDENTIFICAREA UNEI MODALITĂŢI DE REDUCERE A COSTULUI DIFERENTIALULUI Eficienţa economică a transportului cu automobilele este puternic influenţată de cheltuielile pentru combustibil care au o pondere însemnată în structura preţului de cost al unui pasager-kilometru sau al unei tone-kilometru. Prin ridicarea economicităţii motorului, îmbunătăţirea gradului de utilizare a puterii dezvoltate de motor, perfecţionarea construcţiei automobilului, reducerea consumurilor neproductive, menţinerea automobilului în stare tehnică bună, utilizarea pe scară largă a metodelor raţionale de conducere, se poate obţine o economicitate mai bună a automobilului, în mod deosebit influenţează asupra economicităţii starea tehnică generală a automobilului. Reglarea corectă a avansului la aprindere, utilizarea unor combustibili şi lubrifianţi de calitate corespunzătoare, precum şi urmărirea atentă a presiunii aerului în pneuri sunt câteva elemente principale prin care se obţine o economicitate bună a automobilului. Pentru ridicarea economicităţii automobilului trebuie acordată o atenţie deosebită exploatării raţionale, respectiv normelor şi periodicităţii reviziilor tehnice, precum şi ridicării

` calificării personalului care lucrează în acest domeniu.

`

9 CONCLUZII 9.1 PROBLEME ŞI DIFICULTĂŢI ÎNTÂMPINATE ŞI REZOLVATE 9.2 ASPECTE ORIGINALE ALE SOLUŢIEI CONSTRUCTIVE 9.3 COMPARAŢIE CU ALTE PRODUSE SIMILARE 9.4 CÂTEVA PROIECTULUI

LUCRURI

ÎNVĂŢATE

PRIN

REALIZAREA

`

9

BIBLIOGRAFIE

3

Untaru,M.ş.a. Calculul şi construcţia automobilelor. E.D.P., Bucureşti, 1982.

4

Tabacu I., Transmisii mecanice pentru autoturisme, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1999.

5

Frăţilă, G (1977), Calculul şi construcţia automobilelor, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti

6

Grămescu, T., Slătineanu, L., Pruteanu, O., Marin, O., ( 1993), Tehnologii de danturare a roţilor dinţate, Editura UNIVERSITAS, Chişinău

7

Guju, M., (1990), Angrenaje conice şi hipoide, Editura Tehnică, Bucureşti.

8

Radulet R., Manualul inginerului „HUTTE”, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1951

9

Jula, A.,Lates, M., (2004),Organe de maşini, Editura Universitatii Transilvaniadin Brasov

10

ATZ, 12/2004

11

INFLUENCE FACTORS ON GEARBOX POWER LOSS, Paper Ref: S0601_P0216

12

3rd International Conference on Integrity, Reliability and Failure, Porto/Portugal, 20-24 July 2009

13

www.auto.unitbv.ro/moodle

14

http://web.mit.edu/2.972/www/reports/differential/differential.html

15

http://www.autosaga.ro/diferentialul-autoblocant-diferentialul-torsen-cuplajul-haldex.html

16

http://www.scribd.com/doc/8262422/Dana-Spicer-Diffs

17

http://en.wikipedia.org/wiki/Quattro_(four_wheel_drive_system)

18

http://www.torsen.com/products/products.htm

19

http://www.audizine.com/forum/showthread.php/392103-Trani-Experts-Quattro-and-FWD-tranithe-same-Tailpieces-interchangable

20

http://www.locked-drive.com.au/pdf/ct_128312.pdf

21

http://www.pdfee.com/cat/automotive-ebook

22

http://www.bmw.ro

23

http://www.cm.tuiasi.ro/docs/TehnologiiProcesari.pdf

24

http://www.gordonengland.co.uk/hardness/hardness_conversion_1m.htm

25

http://www.allcardetails.com/

26

http://but.unitbv.ro/Servicii/BV/TM/Capitolul_1.pdf

27

http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/OELURI-ALIATE83214913.php

`