Disciplina: Projeto de Carros e Tratores
Tópico_2: Transmissões de carros
Aula_3: "Embreagem"
Requisitos e classificação de embreagens
A transmissão mecânica deve poder ser desconectada brevemente do motor em funcionamento. Isso é necessário ao parar o carro e ao trocar de marcha em uma caixa de velocidades manual. Além disso, ao ligar o carro de uma parada e mudar de marcha, a conexão do motor e dos eixos de transmissão deve ocorrer de forma suave, sem solavancos bruscos. A este respeito, é necessário um dispositivo especial que forneça um carregamento gradual do motor. Uma embreagem controlada geralmente é usada como tal dispositivo. O uso da embreagem é necessário para a troca de marchas. se a transmissão estiver sob carga de torque, a mudança não será possível. Antes de mudar de marcha, a embreagem deve ser desengatada.
Embreagemé chamado de embreagem de força, em que a transmissão de torque é fornecida por forças de atrito, forças hidrodinâmicas ou um campo eletromagnético. Tais embreagens são chamadas de fricção, hidráulicas e eletromagnéticas, respectivamente.
Quando o carro está em movimento, a embreagem no estado engatado transfere o torque do motor para a caixa de câmbio e protege os mecanismos de transmissão das cargas dinâmicas que ocorrem na transmissão. Tais cargas na transmissão ocorrem durante a frenagem repentina do carro, engate abrupto da embreagem, operação irregular do motor e uma diminuição acentuada na velocidade do virabrequim, bem como quando as rodas do carro passam por solavancos na estrada, etc.
Diferentes tipos de embreagens são usados em carros, que são classificados de acordo com diferentes critérios (Fig. 2.1). Todas as embreagens, exceto as centrífugas, são permanentemente fechadas, ou seja, constantemente ligado e desligado pelo motorista ao mudar de marcha, frear e parar o carro.
As embreagens de fricção - disco simples e disco duplo - receberam a maior aplicação em carros.
Figura 2.1 - Classificação das embreagens de acordo com vários critérios
As embreagens de placa única são usadas em carros, ônibus e caminhões leves e médios e, às vezes, em veículos pesados.
As embreagens de disco duplo são instaladas em caminhões pesados e ônibus de grande capacidade.
As embreagens multidisco são usadas muito raramente - apenas em caminhões pesados.
Embreagens hidráulicas, ou acoplamentos de fluido, não são usados como um mecanismo de transmissão separado em carros modernos. Anteriormente, eles eram usados em conjunto com uma embreagem de fricção instalada sequencialmente.
As embreagens eletromagnéticas não são amplamente utilizadas devido à complexidade de seu design.
Ao analisar e avaliar projetos de embreagem, bem como outros mecanismos, deve-se orientar pelos requisitos para eles:
transmissão confiável de torque do motor para a transmissão;
Suavidade e completude de inclusão; limpeza de desligamento;
o momento mínimo de inércia dos elementos acionados;
boa remoção de calor das superfícies de atrito;
proteção da transmissão de cargas dinâmicas;
mantendo a pressão dentro limites especificados durante a operação;
Esforço físico mínimo para gestão;
bom equilíbrio.
Além disso, a embreagem, bem como todos os mecanismos do carro, impõem esses requisitos gerais: garantindo dimensões e peso mínimos, facilidade de instalação e manutenção, fabricação, manutenção, baixo nível de ruído.
Desempenho confiável da embreagem sem superaquecimento e desgaste significativo é especialmente importante em condições de estrada difíceis ao dirigir um carro e na presença de um reboque e semi-reboque, quando há ligações e desligamentos mais frequentes, bem como patinação da embreagem.
A embreagem, ao operar de forma confiável, deve fornecer a capacidade de transmitir torque superior ao torque do motor. Com o desgaste dos revestimentos de fricção do disco acionado, a força das molas de pressão enfraquece e a embreagem começa a escorregar. Neste caso, o deslizamento prolongado da embreagem leva ao seu forte aquecimento e falha.
A embreagem deve engatar suavemente para não causar aumento de cargas nos mecanismos de transmissão e acelerações muito altas do veículo, que prejudicam o motorista, passageiros e mercadorias transportadas. Assim, por exemplo, com um engate acentuado da embreagem, as cargas de torção na transmissão podem ser de 3 a 4 vezes o torque máximo do motor. Isso ocorre porque quando o pedal de controle é liberado rapidamente, a força de compressão das partes de acionamento e acionamento da embreagem no momento inicial é criada não apenas pelas molas de pressão, mas também pela energia cinética do prato de pressão que se move em direção ao volante do motor e partes relacionadas. Ao mesmo tempo, no momento do contato entre as partes de acionamento e acionamento da embreagem, a força de compressão é várias vezes maior que a força das molas de pressão.
Suavidade O engate da embreagem é fornecido principalmente devido às propriedades elásticas do disco acionado, que dependem de seu design. O engate suave da embreagem também é facilitado pelas molas amortecedoras. No entanto, a influência dessas molas é insignificante, pois sua deformação quando a embreagem é engatada é pequena. A elasticidade das partes do acionamento de controle da embreagem também afeta a suavidade do engate da embreagem. Assim, por exemplo, na embreagem com mola diafragma, as alavancas de liberação da embreagem (pétalas), que são feitas em conjunto com a mola diafragma, possuem maior elasticidade.
A maior suavidade de inclusão é fornecida por embreagens multidisco. No entanto, eles são usados muito raramente e apenas em caminhões pesados.
O torque do motor deve ser transmitido para a transmissão sem que a embreagem deslize.
completude o engate da embreagem é obtido por ajustes especiais da embreagem e seu acionamento. Esses ajustes proporcionam a folga necessária entre o mancal de desengate e as extremidades das alavancas de desengate, bem como o curso livre do pedal da embreagem proporcional à folga especificada, que normalmente é de 20 ... 40 mm.
Com o desgaste significativo das superfícies de atrito das partes de acionamento e acionamento da embreagem, a folga especificada diminui e as alavancas de liberação ficam contra o rolamento de liberação da embreagem de liberação, o que impede que as molas criem a força de impulso necessária.
A limpeza do desengate da embreagem caracteriza a separação completa do motor e da transmissão, na qual as partes dianteiras da embreagem não conduzem as acionadas.
Quando a embreagem não está totalmente desengatada, a troca de marchas é difícil (ocorre com ruídos), o que leva ao desgaste das engrenagens e sincronizadores. Se a embreagem não estiver completamente desengatada e a marcha estiver engatada na caixa de câmbio, a embreagem deslizará quando o motor estiver funcionando. Isso leva ao aquecimento das peças da embreagem e desgaste das guarnições de fricção do disco acionado.
A limpeza do desengate da embreagem é evitada pelo atrito no cubo do disco acionado, que é montado nas estrias do eixo de entrada da caixa de engrenagens. Quando a embreagem é liberada, o disco acionado está sob a ação de uma força axial que o pressiona contra o volante. O valor da força axial é limitado pela força de atrito na conexão estriada do cubo do disco e do eixo de entrada da caixa de engrenagens.
Em uma embreagem multidisco, a força axial residual é calculada somando sucessivamente as forças de atrito que ocorrem nas juntas estriadas de todos os discos acionados.
A força axial residual em uma embreagem multidisco é muito maior do que em uma embreagem monodisco, como resultado, a limpeza necessária para desengatar a embreagem multidisco não é garantida.
Nas embreagens monodisco, a separação completa do motor e da transmissão é assegurada pela remoção adequada da placa de pressão do volante. Nas embreagens de disco duplo, a retração forçada do disco de acionamento intermediário é realizada por vários dispositivos especiais (alavanca de braço igual, haste de impulso, etc.). A folga entre as superfícies de atrito quando o prato de pressão é retraído em embreagens de disco único é de 0,75 ... 1,0 mm, em embreagens de disco duplo - 0,5 ... 0,6 mm e em embreagens de discos múltiplos - 0,25 ... 0,3 milímetros. Neste caso, o curso do prato de pressão quando a embreagem é desengatada não excede 1,5 ... 2,0 mm para embreagens de disco simples e 2,0 ... 2,5 mm para embreagens de disco duplo.
Momento mínimo de inércia das peças acionadas. Para reduzir as cargas de choque das marchas das marchas engatadas e o atrito nos sincronizadores ao trocar as marchas na caixa de câmbio, o momento de inércia das partes acionadas da embreagem deve ser mínimo. Quando uma engrenagem não sincronizada é engatada, a carga de choque nos dentes da engrenagem é proporcional ao momento de inércia das partes acionadas da embreagem.
O impulso de impacto com a embreagem engatada pode ser 50...200 vezes maior que o impulso de impacto que ocorre ao trocar de marcha com a embreagem desengatada.
A redução do momento de inércia das partes acionadas da embreagem é obtida pela redução do diâmetro do disco acionado e da massa das guarnições de fricção. Assim, o diâmetro dos discos de embreagem de veículos pesados geralmente não excede 400 mm. A espessura dos revestimentos de fricção das embreagens é 3,3...4,7 milímetros. No entanto, isso nem sempre é possível, pois as dimensões indicadas são determinadas pelo torque transmitido pela embreagem. Além disso, com a diminuição do diâmetro do disco acionado, é necessário aumentar o número de superfícies de atrito para que a embreagem possa transmitir torque. Mas um aumento no número de superfícies de atrito com uma diminuição no diâmetro dos discos acionados não leva a uma diminuição, mas a um aumento significativo no momento de inércia das partes acionadas da embreagem. Assim, por exemplo, o momento de inércia das partes acionadas de uma embreagem de disco duplo é muito maior que o de uma embreagem de disco único projetada para transmitir o mesmo torque.
A utilização de guarnições de atrito com coeficiente de atrito aumentado (feitos de materiais sinterizados) permite reduzir o diâmetro do disco acionado, mas devido ao aumento da massa das guarnições de atrito, o momento de inércia das partes acionadas da embreagem não diminui.
Assim, é possível reduzir o momento de inércia das partes acionadas da embreagem apenas reduzindo a massa do disco acionado. Portanto, o disco acionado é feito de uma fina chapa de aço com espessura de 2 ... 3 mm.
Até recentemente, as embreagens de fricção eram usadas principalmente para revestimentos de fricção, que incluíam amianto, cargas e ligantes. Atualmente, os revestimentos de fricção sem amianto ou com um mínimo de seu conteúdo estão se tornando mais comuns. Isso se deve ao fato de que o pó de amianto é reconhecido como perigoso para a saúde humana. Nos mecanismos de embreagem modernos, são usados materiais compósitos que apresentam características melhoradas em comparação com o amianto. Mas nos casos em que é necessário transmitir um torque muito grande para as unidades de transmissão, os materiais de fricção são inadequados. Por isso, em carros de corrida e em equipamentos superpesados (caminhões, tratores), são utilizados revestimentos cerâmicos de fricção. Eles têm uma resistência ao desgaste muito alta, são insensíveis ao superaquecimento, mas não proporcionam uma transmissão suave de torque para a embreagem.
A operação estável e confiável da embreagem depende significativamente de seu estado térmico. Portanto, é necessário apoiar condições térmicas constantes da embreagem .
Ao ligar o carro, a embreagem desliza. Isso leva ao aquecimento das peças da embreagem e à liberação de calor nas superfícies de atrito de suas peças de acionamento e acionamento. Assim, por exemplo, um acionamento da embreagem aumenta a temperatura da placa de pressão em 7...15°C. A temperatura dos revestimentos de atrito do disco acionado também aumentará e seu coeficiente de atrito diminuirá. Nesse caso, a operação confiável da embreagem será prejudicada, pois a embreagem deslizará não apenas ao ligar o carro, mas também durante a condução.
Com o deslizamento prolongado da embreagem, a temperatura de suas superfícies de atrito pode ultrapassar 300 °C, enquanto já em 200 °C o coeficiente de atrito diminui quase duas vezes. A alta temperatura leva ao vazamento do componente ligante dos revestimentos de fricção, eles ficam secos, porosos e se desgastam rapidamente.
Em altas temperaturas, também podem ocorrer empenamento das placas acionadas e de pressão, rachaduras na placa de pressão e falha da embreagem.
Para proteger a embreagem desses fenômenos negativos, várias medidas construtivas são tomadas para promover uma boa remoção de calor das superfícies de atrito das partes acionadas e acionadas. Exemplos são aberturas de malha metálica na carcaça da embreagem e um grande número de furos na carcaça da embreagem, feitos para melhorar a circulação de ar; alavancas de liberação da embreagem, feitas na forma de pás de ventilador que resfriam a embreagem; uma placa de pressão maciça em forma de anel, que proporciona melhor remoção de calor do disco acionado; ranhuras em revestimentos de fricção para circulação de ar. Além disso, as ranhuras nas guarnições de atrito servem para remover produtos de desgaste sob a ação de forças centrífugas, que reduzem o coeficiente de atrito. Eles também promovem a liberação limpa da embreagem, eliminando a sucção (aderência) dos revestimentos de fricção nas superfícies de trabalho do volante do motor e da placa de pressão.
As embreagens também estão sujeitas a uma série de requisitos gerais em relação a massa, dimensões, manutenibilidade, custo, cargas dinâmicas, etc. Devido à satisfação da maioria dos requisitos, as embreagens de disco único e disco duplo de fricção são mais amplamente utilizadas.
Por sua vez, as embreagens secas de fricção são divididas de acordo com várias características:
· por meio de ação manuais e automáticos. Atualmente, embreagens não automáticas são comumente usadas. Embreagens automáticas são instaladas em alguns modelos de carros de passageiros nacionais e estrangeiros. A própria embreagem (centrífuga) pode ser automática de acordo com o princípio de seu funcionamento ou um sistema de controle que garante o funcionamento de uma embreagem não automática (geralmente de fricção ou eletromagnética) de acordo com um determinado algoritmo sem intervenção do motorista.
· por número de drives escravos- para discos simples e duplos. As embreagens de disco único são usadas em carros e caminhões leves e médios. As embreagens de disco duplo são instaladas em veículos pesados.
· de acordo com a localização das molas de pressão- Periféricos e centrais. Várias molas cilíndricas são instaladas ao longo da periferia e uma mola cônica, cilíndrica ou de disco é instalada centralmente. Estes últimos se difundiram nas embreagens de carros de passeio, os demais tipos são utilizados nas embreagens de caminhões e ônibus.
· por tipo de acionamento- em embreagens com acionamento mecânico e hidráulico sem booster e com booster. Os amplificadores realizam funções mecânicas, hidráulicas, pneumáticas ou a vácuo.
Projetos de embreagens de fricção (Figura 2.10)
embreagem de fricçãoé chamado de embreagem a disco, em que o torque é transmitido devido à força de atrito seco. Portanto, essas embreagens também são chamadas de secas.
Nos carros, as embreagens de fricção de disco único e disco duplo são amplamente utilizadas. As embreagens de fricção multidisco são usadas muito raramente em caminhões pesados.
Embreagem a seco monodisco. Disco único Uma embreagem de fricção é chamada de embreagem, na qual um disco acionado é usado para transmitir torque.
As embreagens de placa única são simples em design, baratas de fabricar, confiáveis na operação, fornecem boa remoção de calor das superfícies de atrito, desengate limpo e engate suave. Eles são fáceis de manter durante a operação e reparo.
Um diagrama esquemático de uma embreagem de fricção de disco único é mostrado na Figura 2.2.
Figura 2.2 - Diagrama esquemático do funcionamento da embreagem.
mas- incluído; b- desligado; 1 - invólucro; 2 - disco de pressão; 3 - volante; 4 - disco acionado; 5 - placa; 6 - mola; 7 - rolamento; 8 - pedaleira; 9 - haste; 10 - impulso; 11 - garfo; 12 - braço de alavanca
Princípio da Operação.
As peças motrizes são o volante 3 tampa do motor 1 e placa de pressão 2, disco acionado - acionado 4 , peças de comutação - molas 6 , peças de desligamento - alavancas 12 e embreagem com rolamento de desengate 7.
invólucro 1 parafusado no volante. placa de pressão 2 conectado à carcaça por placas elásticas 5, que garantem a transferência de torque da carcaça para a placa de pressão e o movimento axial da placa de pressão quando a embreagem é ligada e desligada. O disco acionado é montado nas ranhuras do eixo de entrada (drive) 9 caixas de velocidades.
Com o pedal solto 8 a embreagem está engatada porque o disco acionado 4 pressionado contra o volante 3 placa de pressão 2 força da primavera 6. A embreagem transmite o torque das partes acionadoras para as partes acionadas através das superfícies de atrito do disco acionado com o volante e a placa de pressão. Ao pressionar o pedal 8 (Figura 2.2, b) a embreagem é desengatada, pois a embreagem com o mancal de desengate 7 se move em direção ao volante, gira as alavancas 12 que movem a placa de pressão 2 do disco acionado 4. Neste caso, as partes de acionamento e acionamento da embreagem são separadas e a embreagem não transmite torque.
Molas.
Nas embreagens automotivas são utilizadas molas cilíndricas, cônicas e Belleville. Suas características comparativas são mostradas na Figura 2.3. As molas cilíndricas têm uma característica linear em toda a faixa de operação. A característica da mola cônica antes das bobinas também é linear, então, à medida que as bobinas são desligadas do trabalho, a rigidez da mola aumenta. Esta é uma desvantagem, pois provoca um aumento da força ao desengatar a embreagem e uma diminuição significativa da força de pressão quando as guarnições de fricção se desgastam. A característica mais favorável da mola belleville, cuja força na faixa de operação muda ligeiramente quando a embreagem é desligada e as guarnições de fricção se desgastam.
Figura 2.3 - Características das molas das embreagens de fricção: a - cônicas; b-cilíndrico; no diafragma.
Molas helicoidais em embreagens modernas são instaladas na periferia , o que garante uma compressão uniforme das superfícies de atrito devido à disposição simétrica das molas uma em relação à outra e das alavancas de liberação. Dependendo do seu número, as molas de pressão estão localizadas em uma ou duas circunferências da placa de pressão. Para centralizar as molas e reduzir sua deformação sob a ação de forças centrífugas, são utilizados copos, saliências ou saliências no prato de pressão e na tampa da embreagem.
Em vez de molas periféricas, uma mola cilíndrica pode ser instalada centralmente. Nesse caso, o diâmetro da embreagem diminui e suas dimensões axiais aumentam. Uso de uma mola cônica mais difícil de fabricar, montada centralmente , permite reduzir as dimensões axiais da embreagem. Em tais embreagens, a força de compressão da mola é regulada por juntas.
As molas Belleville devido às suas vantagens são amplamente utilizadas em embreagens automotivas (especialmente carros). A mola Belleville (Figura 2.5) tem a forma de um cone truncado e consiste em um anel sólido com pétalas meridianas que atuam como alavancas elásticas de liberação. Existem duas opções para instalar uma mola Belleville. Na primeira versão, a mola atua no disco de pressão com a borda externa do anel sólido, na segunda - com o interno. A primeira opção é a mais utilizada devido à simplicidade do mecanismo de liberação da embreagem. Na segunda variante, o design do mecanismo de instalação da mola é simplificado, a força de abertura e a tensão na mola são reduzidas. No entanto, neste caso, para desengatar a embreagem, as extremidades internas das pétalas da mola devem ser afastadas da placa de pressão, o que dificulta o projeto do mecanismo de desengate.
Ao usar molas Belleville, o design da embreagem é simplificado, suas dimensões e o número de peças são reduzidos, o engate suave é garantido, a carga uniforme na placa de pressão e uma pequena mudança na força de pressão quando as guarnições se desgastam.