TRANSMISII AUTOMATE CU HIDROTRANSFORMATOR SI ANGRENAJE PLANETARE

TRANSMISII AUTOMATE CU HIDROTRANSFORMATOR     SI ANGRENAJE PLANETARE

Utilizate la Peugeot 605, Citroen XM, BMW 320/325, etc.

Aceste transmisii asigura variatia raportului de transmitere al transmisiei, folosind un    hidrotransformator care face legatura intre motor si o cutie de viteze planetara (figura 1).

Fig. 1 Amplasarea hidrotransformatorului

1 HIDROTRANSFORMATORUL

Rol: Hidroconvertizoarele sunt cuplaje hidrulice care permit motorului sa se decupleze de transmisie.

Hidrotransformatoarele (convertor de cuplu, hidroambreiaj, ambreiaj hidrodinamic) se folosesc la unele tipuri de automobile moderne datorita unor avantaje pe care le prezinta: demarare mai lina a automobilului, amortizarea oscilatiilor de rasucire si deplasarea in priza directa chiar la viteze foarte reduse.

Compunere: Ambreiajul hidrodinamic este format dintr-un rotor-pompa, montat pe arborele motor in locul volantului si din rotor-turbina, montat pe arborele condus. Cele doua componente au la partea exterioara palete radiale plane . Intregul ansamblu este inchis intr-o carcasa etansa, umpluta in proportie de 85%cu ulei mineral pentru turbine (figurile 2 si 3).

Fig. 2 Hidrotransformator

1-turbina; 2-rotor pompa; 3-arbore cotit; 4-arbore primar;

5-canal central; 6-palete

Carcasa hidrotransformatorului este fixata pe volanta motorului, astfel incat ea se roteste corespunzator vitezei de rotatie a motorului. Paletele pompei hidrotransformatorului sunt fixate de carcasa, astfel incat si ele se rotesc cu viteza motorului.

Fig. 3 Conexiunile hidrotransformatorului

Pompa din interiorul hidrotransformatorului este o pompa centrifuga. In momentul in care motorul incepe sa functioneze, va antrena si rotorul-pompa iar uleiul care se gaseste intre paletele sale, sub actiunea fortei centrifuge este impins catre periferie si obligat sa circule in sensul de rotatie, adica uleiul va trece din rotorul-pompa in rotorul-turbina apasand asupra paletelor lui in miscare (figura 4).

Fig. 4 Sectiunea pompei fixata la carcasa

Turbina determina rotirea transmisiei, deci asigura propulsia autovehiculului. Paletele turbinei sunt curbate, ceea ce inseamna ca fluidul, care intra in turbina dinspre partea exterioara, trebuie sa-si schimbe directia inainte de a iesi prin partea centrala a turbinei. Aceasta schimbare de sens determina rotirea turbinei.

Pentru a schimba directia de rotire a unui obiect trebuie aplicata o forta pe acel obiect, care va simti acea forta in sens contrar (figura 5). Astfel, in masura in care turbina determina schimbarea directiei fluidului, fluidul va determina rotirea turbinei.

Fluidul iese din turbina pe la centru, in alta directie decat directia de intrare (figura 5). Deci fluidul iese din turbina miscandu-se in sens invers directiei de rotatie a pompei (respectiv, a motorului). Daca i se va permite fluidului sa loveasca pompa, va frana motorul, ducand la pierderea puterii. Din aceasta cauza, hidrotransformatorul a fost prevazut cu un stator.

Statorul se afla chiar in centrul hidrotransformatorului. Scopul lui este sa redirectioneze fluidul din turbina, inainte ca acesta sa loveasca din nou pompa (figura 6). acest lucru mareste considerabil eficacitatea hidrotransformatorului. Forma paletelor statorului este foarte abrupta, ceea ce face ca directia fluidului sa se schimbe aproape in totalitate.

Fig. 5 Turbina hidrotransformatorului

Fig. 6 Statorul hidrotransformatorului

Cuplajul unisens din interiorul statorului conecteaza statorul pe un arbore fix din transmisie, astfel incat el sa nu se poata roti cu fluidul (el se poate roti doar in sens opus), obligand fluidul sa-si schimbe directia atunci cand loveste paletele statorului.

La demarare cand automobilului inca nu este in miscare, turatia rotorului-turbina este zero. La o viteza a rotorului -turbina egala cu a rotorului-pompa, uleiul nu va mai circula, deoarece cele doua forte centrifuge vor fi egale. Particulele vor trece din rotorul- pompa in rotorul-turbina numai in cazul in care rotorul turbina se va roti mai incet decat rotorul pompa .

Existenta alunecarii face ca, in toate cazurile, ambreiajul hidraulic sa transmita un moment oarecare la sistemul de rulare al automobilului si sa nu fie posibila niciodata o decuplare completa a motorului de transmisie, iar schimbarea treptelor de viteza sa fie anevoioasa. Din acest motiv, la automobilele cu cutii de viteza in trepte, ambreiajul hidraulic se utilizeaza impreuna cu un ambreiaj mecanic auxiliar, care sa asigure o declupare completa intre motor si transmisie. Utilizarea ambreiajului hidraulic fara ambreiajul mecanic este permisa numai la automobilele echipate cu cutii de viteze planetare, la care schimbarea treptelor de viteza se face prin franarea unor elemente ale transmisiei planetare .

Pompa si turbina sunt inchise intr-o carcasa umpluta intr-o anumita proportie cu ulei de turbina.

Cand motorul roteste pompa, uleiul care se gaseste intre paletele sale este impins din centru catre periferie sub actiunea fortei centrifuge si, imprimandui-se o circulatie in sensul sagetilor, este impins spre paletele turbinei. Aici, pe de o parte imprima uleiului aflat intre paletele turbinei o circulatie in sensul sagetilor, iar pe de alta parte exercita asupra paletelor turbinei o presiune corespunzatoare energiei cinetice acumulate. Aceasta presiune, in raport cu axul turbinei, creeaza un cuplu care, cand este suficient de mare, invinge rezistenta la inaintare a autoturismului.

Cand turbina incepe sa se roteasca, uleiul cuprins intre paletele sale este si el supus fortei centrifuge, care insa ii imprima o circulatie intr-un sens invers fata de cel indicat in figura. De aceea cand turatia turbinei este egala cu turatia pompei, uleiul nu mai circula dinspre pompa in turbina. Deci, transmiterea momentului motor este posibila numai cand turatia turbinei este mai mica decat turatia pompei.

Diferenta dintre turatia pompei si turatia turbinei se numeste "alunecare", iar marimea ei exprima diferenta dintre puterea pompei si piterea turbinei. Alunecarea maxima apare atunci cand motorul functioneaza iar automobilul sta pe loc, pe cand alunecarea minima apare in timpul deplasarii autoturismului, la regimul de functionare in care poate fi transmis momentul motor maxim.

La franare si la deplasarea automobilului prin inertie, turatia turbinei este mai mare decat turatia pompei. In acest caz, lichidul circula in ambreiajul hidraulic in sens invers decat cel indicat in figura, iar ambreiajul transmite de la motor la cutia de viteze si in restul transmisiei un moment de franare.

2 CUTII DE VITEZE PLANETARE

CV planetare sunt CV care au in componenta mecanismului reductor cel putin o unitate planetara (grup planetar).

Unitatile planetare se caracterizeaza prin aceea ca unele dintre rotile dintate executa in acelasi timp o miscare de rotatie in raport cu propria lor axa si o miscare de revolutie in raport cu axa centrala a mecanismului. Rotile dintate sint cilindrice si au dintii drepti sau inclinati.

De regula se utilizeaza unitati planetare in angrenare mixta, deoarece realizeaza rapoarte mari de transmitere la dimensiuni mici de gabarit

In figura 7 este prezentata noua CV planetara care echipeaza autoturismele BMW 325.

Fig. 7 CV ZF 5HP18

1 Functionarea unitatilor planetare

In figura 8 sunt prezentate posibilitatile de functionare ale unei unitati planetare simple. Axa o-o` reprezinta o axa de rotatie fixa si se numeste axa centrala a mecanismului; elementele ale caror axe de rotatie coincid cu cu axa centrala sunt numite elemente centrale (rotile 1, 2 si elementul suport-axe H), iar rotile ale caror axe sunt mobile se numesc roti satelit (roata 3). Elementul suport-axe H mai este denumit si manivela sau brat portsatelit, iar roata centrala 2, prin care se realizeaza angrenarea interioara cu satelitii, se numeste si roata epicicloidala.

Fig. 8 Functionarea mecanismului planetar-diferential

Pentru a stabili legaturile cinematice dintre elementele unitatii planetare, transmisiei planetare din figura i se asociaza, prin inversarea miscarii, o transmisie cu axe fixe (metoda Willis). Metoda consta in a imprima bratului portsatelit H o miscare egala cu miscarea lui reala, dar de sens opus; mecanismele obtinute unul din altul prin aceasta metoda, datorita invariatiei miscarilor relative, sunt transmisii echivalente cinematic.

In functie de combinatiile de montare ale elementelor unitatii planetare se pot obtine sase scheme cinematice si anume: doua scheme cu posibilitatea de reducere a turatiei arborelui condus; doua cu posibilitatea de multiplicare a turatiei arborelui condus si doua scheme pentru mersul inapoi dintre care una reducatoare si una acceleratoare (tabelul 1).

Pentru realizarea unei transmisii directe a momentului motorului unitatea planetara se blocheaza prin intermediul unui ambreiaj cu frictiune, denumit si ambreiaj de blocare.

In figura 9 este prezentata o schema cinematica a unitatii planetare simple cu angrenare mixta la care ambreiajul de blocare A este introdus intre arborii 1 si 3 ai rotilor centrale 2 si 4. La trecerea unitatii planetare in priza directa, ambreiajul de blocare precum si arborii rotilor centrale 1 si 3 se solidarizeaza formand, din punct de vedere cinematic, un tot unitar.

In aceasta pozitie, momentul arborelui 1 se transmite la arborele 3 prin doua circuite si anume:

roata centrala 2 - satelitii 5 - bratul portsatelit H, respectiv:

ambreiaj de blocare A - roata centrala 4 - sateliti 5 - bratul portsatelit H.

De la bratul portsatelit, printr-un singur circuit, momentul se transmite arborelui 3. Astfel, prin blocarea mecanismului planetar, toate vitezele unghiulare de rotatie sunt egale iar raportul de transmitere i = 1.

Fig. 9 Blocarea unitatii planetare

2 Constructia CV planetare

In constructia CV, unitatea planetara nu se poate folosi in forma prezentata mai sus deoarece nu se poate schimba destinatia elementelor, ci se folosesc combinatii de mai multe asemenea grupe. Cuplarea treptelor de viteza in cazul CV planetare se realizeaza cu ambreiaje polidisc si cu frane cu banda. Ambreiajele polidisc se folosesc pentru solidarizarea in rotatie a doua elemente ale CV aflate in miscare relativa de rotatie, iar franele cu banda pentru legarea la baza a elementelor fixe.

Utilizarea elementelor de frictiune pentru cuplarea treptelor de viteza asigura, prin progresivitatea cuplarii, schimbarea fara soc si demarajul lin al automobilului; de asemenea, dispare necesitatea ambreiajului principal si a sincronizatoarelor, iar procesul de schimbare a treptelor este mult simplificat.

CV planetare asigura posibilitatea cuplarii rapoartelor de transmitere fara intreruperea fluxului de putere pentru autopropusare si dau o durabilitate sporita constructiei, datorita rigiditatii mari a arborilor si datorita numarului mare de dinti aflati simultan in angrenare.

In schimb, CV planetare au o constructie mai complicata care implica costuri mai ridicate si intretinere pretentioasa.

In figura 10 este prezentata schema de organizare cinematica si schema de functionare a CV planetare ZF tip 4HP18Q care impreuna cu un convertizor hidraulic echipeaza autoturismele Peugeot 605 si Citroen XM. CV planetara este compusa din grupul planetar dublu (tip Ravigneaux), completat cu franele multidisc F₁ si F₂, frana cu banda F_B si cuplajele unisens tip roata libera RL₁ si RL In compunerea grupului planetar se mai intalnesc rotile planetare 2,4 si 7, satelitii 2 si 3, si bratul satelitilor 7.

Fig. 10 Cutie de viteze planetara tip ZF 4HP18

Tab. 1