Cutie de Viteze

A. Principalele cerinţe impuse sistemului

Cutiile de viteze actuale s-au diferenţiat atât ca principiu de funcţionare cât şi ca mod de deservire. Din acest punct de vedere trebuie să se facă distincţie între agregatul de lucru ca transformator de cuplu şi dispozitivul sau sistemul de acţionare prin care se alege regimul optim de funcţionare al cutiei de viteze.

Rezistenţele la înaintarea autovehiculului variază mult în funcţie de condiţiile de concrete de deplasare şi corespunzător acestora trebuie să se schimbe şi forţa de tracţiune la roţile motoare. Marea majoritate a automobilelor actuale sunt echipate cu motoare cu ardere internă, a căror particularitate constă în faptul că puterea maximă este dezvoltată la turaţii foarte ridicate. Automobilul necesită puteri mari şi la viteze mici, care însă nu pot fi asigurate de motor datorită valorii relativ ridicate a turaţiei minime stabile de funcţionare a acestuia. În consecinţă, automobilul trebuie să fie înzestrat cu un dispozitiv care să permită schimbarea turaţiei şi momentul roţilor motoare în timpul mersului şi să asigure utilizarea integrală a puterii motorului la toate regimurile de funcţionare. Acestui scop îi serveşte cutia de viteze, care îndeplineşte funcţia unui variator de cuplu şi turaţie în transmisia autovehiculului, asigurând totodată posibilitatea mersului înapoi şi funcţionarea motorului la regim de mers încet, în gol, atunci când automobilul stă pe loc.

Cutia de viteze realizează, prin valori diferite ale rapoartelor de transmitere numite trepte de viteză, acordarea posibilităţilor energetice ale motorului la cerinţele energetice ale automobilului în mişcare cu asigurarea unor performanţe dinamice, de consum de combustibil şi de poluare cât mai bune. Cutiei de viteze, a cărei necesitate este determinată de incapacitatea de incapacitatea motorului de a satisface diversitatea condiţiilor de autopropulsare, îndeplineşte următoarele funcţiuni:

• schimbarea raportului de transmitere: este funcţia principală a unei cutii de viteze; se realizează astfel modificarea forţei de tracţiune şi a vitezei de deplasare în funcţie de variaţia rezistenţelor la înaintare şi/sau de regimul de circulaţie al automobilului; în plus oferă posibilitatea autopropulsării automobilului cu viteze reduse, ce nu pot fi asigurate în mod direct de motorul cu ardere internă care are turaţia minimă stabilă relativ mare;

• inversor al sensului de mers al automobilului: cum sensul de rotaţie al motorului este prin concepţie unic, cutia de viteze conţine elemente a căror dispunere permite, când este necesară inversarea sensului de rotaţie a arborelui de ieşire;

• decuplează motorul termic de roţile motoare (punct mort): deoarece prin concepţie, ambreiajul nu poate fi decuplat decât temporar, pentru situaţiile în care este necesară funcţionarea motorului cu automobilul imobilizat, lanţul cinematic este întrerupt prin aducerea elementelor mobile de cuplare într-o poziţie neutră.

În scopul asigurării unei bune adaptabilităţi a automobilului condiţiilor concrete în care are loc deplasarea, cutia de viteze trebuie să răspundă la o serie de cerinţe, prin care:

- să aibă posibilitatea realizării unui număr cât mai mare de rapoarte de transmitere, iar mărimea lor să fie determinată în aşa fel încât să asigure o utilizare raţională a puterii în condiţiile unor performanţe economice, dinamice şi de poluare optime pentru caracteristica motorului cu care se conlucrează;

- construcţia să fie simplă, robustă, uşoară, iar manevrarea să fie simplă, precisă şi comodă;

- în exploatare să prezinte siguranţă şi întreţinere uşoară iar manevrarea să fie simplă, precisă şi comodă;

- să prezinte o gamă largă de utilizare.

B. Principalele soluţii constructive

După modul de modificare a raportului de transmitere, cutiile de viteze pot fi cu variaţia în trepte, cu variaţia continuă (progresivă), sau combinate. După principiul de funcţionare, cutiile de viteze pot fi mecanice, hidraulice sau electrice.

Cutiile de viteze mecanice sunt cele mai răspândite la construcţiile actuale de automobile. Modificarea raportului de transmitere se face prin intermediul unor angrenaje de roţi dinţate (cutii de viteze în trepte), sau prin intermediul unor elemente de fricţiune (cutii de viteze continue).

După modul de acţionare deosebim cutii de viteze cu acţionare manuală, (neautomate), cutii de viteze semiautomate şi cutii de viteze automate.

În general pentru tipul de autovehicul cerut în temă se preferă utilizarea cutiilor de viteze mecanice şi în proportie de peste 80% cele cu acţionare manuală..

Structural, cutiile de viteză în trepte sunt formate din lanţuri cinematice paralele (utilizând şi elemente comune), egale ca număr cu treptele de viteză şi constituite din reductoare cu roţi dinţate şi axe fixe sau mobile (planetare). Aceste reductoare formează mecanismul reductor al cutiilor de viteză.

Funcţionarea independentă a lanţurilor cinematice se asigură prin montarea în fiecare lanţ cinematic a roţii cu cea mai mică turaţie independentă de rotaţia arborelui de susţinere (liberă). Funcţionarea cutiei de viteze într-o anumită treaptă se obţine prin solidarizarea la rotaţie a roţii libere cu arborele de susţinere. Pentru solidarizare se utilizează mecanisme de cuplare a treptelor.

Comanda cuplării, selectarea treptei şi menţinerea treptei cuplate se face prin mecanismul de acţionare.

La mecanismul reductor al cutiilor de viteze mecanice în trepte, raportul de transmitere se poate realiza prin participarea:

- unui singur angrenaj de roţi dinţate cu axe fixe, cum este cazul cutiilor de viteze cu doi arbori;

- a două angrenaje de roţi dinţate cu axe fixe, ca în cazul cutiilor de viteză cu trei arbori;

- a trei angrenaje de roţi dinţate, dintre care două cu axe fixe (organizate similar cutiei de viteze cu trei arbori) şi unul cu axe mobile (reductor planetar) ca în situaţia cutiilor de viteze cu multiplicator planetar.

Pentru realizarea treptei de mers înapoi (figura 1), faţă de treapta de mers înainte, unul din lanţurile cinematice ale mecanismului reductor se realizează cu trei roţi dinţate. Roata intermediară zi, montată pe un ax suplimentar ce angrenează simultan cu roata condusă z’1şi cea conducătoare z’2 nu intervine asupra raportului de transmitere, dar impune pentru acestea un sens identic de rotaţie.