FAC

FAC. DE INGINERIE MECANIC Dep. de Autovehicule i Inginerie Mecanic

PROIECTla Construcia i calculul automobilelor IITema: MacPherson - Frna Student: Oprea Alexandru Claudiu George

Secia AR

Anul IV, grupa 1103

Anul universitar 2013-2014

Semestrul I

1.Sistemul desuspensie

1.Generalitati

Ce estesistemul de suspensie?

Un mecanism care face legatura intre rotile si caroseria unei masini. El transmite uniform greutatea care actioneaza asupra vehiculului catre suprafata de rulare, adica carosabil, in acelasi timp izolandu-l de fortele ce apar dinspre sosea, imbunatatind comfortul si manevrabilitatea acestuia.

2.Rolurile pe care le indeplinesc :

-arcurile si bara stabilizatoare suporta greutatea masinii mentinand pozitia corecta a acestuia pe carosabil

-articulatiile si prinderile transmit forta de tractiune intre vehicul si drum si mentin orientarea corecta a rotilor conform caroseriei

-bucsele izoleaza cabina de zgomotul de rulare

- amortizoarele micsoreaza vibratiile caroseriei si ale rotilor mentinand un contact ferm si constant intre roata si drum3.Elementele de suspensieArculare rol in amortizarea denivelarilor din calea de rulare. El asoarbe si stocheaza energia rezulatata din miscarea caroseriei fata de sosea. Odata stocata energia, arcul va incerca sa o elibereze prin extensie. Acest lucru ar produce miscari ale caroseriei care ar destabiliza vehiculul, facand condusul nesigur si incomfortabil. Pentru a evita acest lucru se apeleaza la montajul unui amortizor.

Principalele tipuri de suspensie sunt:rigide sau independente(dupa tipul dispozitivului de ghidare)

Suspensia rigida: rotile opuse sunt legate intre ele printr-o bara rigida. In acest fel, ridicarea sau coborarea unei roti produsa de denivelarile caii de rulare provoaca schimbarea de pozitie si pentru cealalta roata , insa in sens opus. Avantaje: costurile sunt scazute, durata de viata mai mare. Dezavantaje: directie imprecisa, contact imperfect cu carosabilul.

Suspensia independenta: rotile sunt fixate de sasiu printr-un sistem articulat ce permite uneia sa ridice si sa coboare independent de cealalta. Acest sistem asigura stabilitate mai buna, comfort marit si contact mai ferm intre roti si drum. Avantaje: contact mult imbunatatit cu carosabilul, comfort ridicat. Dezavantaj: costuri mai mari, solutie constructiva mai complexa.In functie de cum se comporta suspensia, aceasta poate fi:pasiva, semi-activa si activa

Suspensia pasiva include toate sistemele de suspensie conventionale. Principala caracteristica este aceea ca odata instalate pe masina, parametrii suspensiei (duritate, garda la sol) nu pot fi controlati din exterior. Toate arcurile si amortizoarele traditionale sunt considerate elemente de suspensie pasiva. Toate sistemele de suspensie traditionale sunt de asemenea reactive, adica atunci cand o roata trece peste o denivelare, schimbarea de pozitie a acesteia determina suspensia sa se comprime sau sa se extinda, ca raspuns. Intr-un mod asemanator, virarea, franarea sau acceleratia determina miscari ale suspensiei, permitand caroseriei sa se incline lateral sau fata/spate.

Suspensia semi-activa are capacitatea de a-si schimba continuu coeficientul de amortizare, facand amortizorul mai dur sau mai moale, in functie de starea drumului. Acest lucru se realizeaza prin conectarea la o unitate electronica de control a patru amortizoare cu coeficient de amortizare reglabil.

Suspensia activa este caracterizata prin capacitatea de a-si ajusta parametrii de functionare in mod continuu in functie de conditiile de drum. Sistemul monitorizeaza constant diferiti parametri si ii regleaza singur. Are un computer care comanda catre fiecare roatacand, in ce directie, ce distanta si cat de repede sa se miste. Toate aceste decizii sunt transmise printr-o retea de senzori care masoara spre exemplu, viteza masinii, acceleratiile laterale si longitudinale si fortele de accelerare pe fiecare roata. Cu suspensia activa au fost echipate masini de lux ca Mercedes Benz S350, Audi A8, Porsche Cayenne, etc.

Suspensia traditionala in cazul careia amortizorul nu este o parte structurala a sa, astfel incat daca acesta s-ar strica sau ar lipsi masina poate fi condusa pana la primul service pentru reparatii. Amortizorul si arcul sunt intotdeauna montate separat.

Tip bucsa / bucsa

Tip bucsa / tija filetata

Tip tija filetata / tija filetata

Tip tija filetata / Tip suport USuspensia MacPherson este cel mai raspandit sistem de suspensie fata la masinile europene. El consta intr-un arc elicoidal care infasoara amortizorul.In viraje intreg ansamblu se roteste, lucru permis de existenta unui rulment in partea superioara si de a unui pivot in partea inferioara.

2.Sistemele de frinare1.Generalitati

Sistemul de franare este compus din pompa centrala de frana,servofrana si franele cu disc, pentru rotile anterioare, respectiv franele cu tambur, pentru rotile posteroare.In functie de puterea motorui, automobilul poate fi echipat cu frane cu disc si la rotile posterioare .Sistemul hidraulic de franare este compus din doua circuite,care functioneaza in diagonala.Adica un circuit actioneaza franele fata dreapta/spate stanga si celalalt actioneaza franele fata stanga/spate dreapta.

Prin aceasta, in cazul defectari unui circuit de exemplu din cauza neetanseitatii,automobilul poate fi franat prin intermediul celui de-al doilea circuit de franare,nefiind afectata stabilitatea acestuia pe traiectoria de deplasare.Presiunea pentru ambele circuite de franare este creata in pompa centrala de frana tandem, prin intermediul pedalei de frana.

Rezervorul de lichid de frana, care este dispus in compartimentul motorului,deasupra pompei centrale de frana, alimenteaza intregul sistem de franare cu lichid de frana2.Rolul

Sistemul de frnare servete la :

reducerea vitezei automobilului pn la o valoare dorit sau chiar pn la oprirea lui;

imobilizarea automobilului n staionare, pe un drum orizontal sau n pant;

meninerea constant a vitezei automobilului n cazul coborrii unor pante lungi.

3.Parti componente

Sistemul de frnare se compune din frnele propriu-zise i mecanismul de acionare a frnelor.

Dup locul unde este creat momentul de frnare ( de dispunere a frnei propriu-zise ), se deosebesc: frne pe roi i frne pe transmisie.

Dup forma piesei care se rotete, frnele propriu-zise pot fi:A) cu tambur (radiale)

B) Cu disc (axiale) i combinate.

4.Dupa forma pieselor care produc franarea:

a.frane cu saboti;

b.frane cu discuri;c.frane cu banda.

5.Constructia sistemelor de franare:

Sistemul de franare este compus din :

-pedala de frana ;

-servomecanism vacumatic;

-cilindru de frana;

-discul de frana ;

-tambur ; 6.Tipul si Functionarea lorFRANELE CU TAMBUR SI SABOTI INTERIORIDatorita simplitatii lor franele cu tambur si sabotii interiori sunt foarte raspandite la automobile. Este reprezentata schema de principiu a franei cu tambur si saboti interiori a unei roti. Solidar cu roata incarcata cu sarcina Gr, se afla tamburul, care se roteste in sensul indicat pe figura cu viteza unghiulara. Sabotii sunt articulate in punctele pe talerul franei care nu se roteste cu roata, fiind fix.

La apasarea pedalei, cama, prin intermediul parghiei se roteste si apasa sabotii asupra tamburului . In aceasta situatie, intre tamburi si saboti apar forte de frecare ce vor da nastere la un moment de franare M1 care se opune miscarii automobilului.

Sub actiunea momentului Mf, in zona de contact a rotii cu drumul, ia nastere reactiunea Fr, indreptata in sens opus miscarii. Tot in zona de contact apare si reactiunea verticala a drumului Zr.

In timpul franarii, datorita frecarii ce ia nastere intre tambur si garniturile de franare ale sabotilor, energia cinetica a automobilului se transforma in caldura. In momentul opririi apasarii pedalei, arcul readuce sabotii in pozitia initiala, iar franarea inceteaza.

Tipul de saboti utilizati la franele cu tambur

Sabotul primar si sabotul secundar. Sunt prezentate fortele care actioneaza asupra unei frane cu doi saboti simetrici, articulati la un punct comun fix .

In timpul franarii, sabotii apasa pe tamburul cu forta S care determina reactiunile normale N1 si N2. Daca tamburul se roteste cu viteza unghiulara fortele N1 si N2, ce apasaasupra suprafetelor de frecare, vor da nastere la doua forte de frecare F1 si F2, care pentru saboti, au sensul din figura, iar pentru tambur sensul infers. Pentru simplificare, se considera ca atat reactiunile normale N1 si N2 cat si fortele de frecare F1 si F2 sunt aplicate la jumatatea suprafetelor de frecare.

In raport cu punctual de fixare a sabotului. Forta de frecare F1 va da nastere la un moment M1=F1b, de acelasi sens ca si momentul dat de forta S ( Ms=Sd) marind in felul acesta apasarea sabotului pe tamburul rotii.

Rezulta deci ca, pentru sabotul, frecarea cu tamburul are tendinta de a deschide acest sabot, facandu-l sa apese pe tambur mai mult decat apasarea datorita fortei S.

Sabotul capata deci un efect de autoamplificare, care il face sa mareasca efectul de franare corespunzator fortei S.

Fata de punctual de articulatie al sabotului, forta F2 da un moment M2= F2b, de sens contrar momentului dat de forta S, micsorand apasarea sabotului pe tamburul rotii si reducand astfel efectul de franare corespunzatoare fortei S.

Efectul de autoamplificare duce la marirea fortei N1 in comparatie cu N2, deci si a lui F1 fata de F2, pentru aceiasi apasare S a sabotilor. Datorita acestui fapt, la mersul corespunzator sensului indicat pe figura, sabotul se va uza mai mult decat sabotul . Daca se schimba sensul de rotatie, fenomenul se va petrece invers.

Sabotul care apasa mai mult asupra tamburului se intalneste sub denumirea de sabot primar (activ), iar celalalt de sabot secundar (pasiv). Pentru a egaliza uzurile la cei doi saboti, se folosesc diverse solutii constructive, ca: forte de apasare mai mici sau garnituri de frecare de dimensiuni mai mari la sabotul primar fata de cel secundar. Sabotul articulat si sabotul flotant.

In functie de natura si timpul reazemului sabotilor, franele cu tambur si saboti interiori pot fi: cu saboti articulati si cu saboti flotanti . In cazul sabotului articulat, apropierea acestuia de tambur se realizeaza prin rotirea in jurul unui punct fix. Sabotul flotant se apropie de tambur printr-o miscare compusa dintr-o rotatie si o translatie.

Tipuri uzuale de frane cu tambur si saboti interiori.Frana simplex

Frana simplex are in compunere un sabot primar si unul secundar, care pot fi articulati sau flotanti. In este reprezentata frana simplex la care ambii saboti si sunt articulate in reazemele . Indiferent de sensul de rotatie, unul din saboti va apasa mai mult asupra tamburului. Excentricele si servesc la reglarea jocului dintre saboti si tambur. Sabotii sunt apasati pe tambur cu forte egale S produse de actiunea lichidului sub presiune asupra pistonaselor ce se gasesc in cilindrul .

La frana simplex din actionarea sabotilor si ( articulati in reazemele ) se face prin intermediul camei cu fortele S1 si S2.

Este reprezentata frana simplex la care ambii saboti si sunt articulate la un punct comun fix , prin intermediu a doua parghii articulate oscilante si ( saboti flotanti). In acest caz, in timpul functionarii capetelor interioare ale sabotilor ocupa pozitia in care intreaga lungime apasa pe tamburul , producandu-se o uzare mai uniforma.a) pentru autovehicule usoare

b) pentru autovehicule de mare tonaj

Frana duplex Frana duplex are in compunere doi saboti primari care pot lucra ca saboti primari la rotatia intr-un singur sens ( frana uni-duplex) sau in ambele sensuri ( duo-duplex).

Este reprezentata frana duplex la care ambii saboti si au cate un dispozitiv de actionare: pistonul cilindrului pentru sabotul si pistonul cilindrului pentru sabotul. De asemenea, fiecare sabot are un punct de articulatie propriu La aceasta solutie, sensul momentului fortelor de frecare coincide cu sensul momentelor fortelor de impingere, ceea ce face ca frana sa fie echilibrata su uzura garniturilor de frecare sa fie egala. In acelasi timp, momentul de frecare este mai mare decat la solutiile anterioare, deoarece ambii saboti lucreaza ca efect de autoamplificare ( franare ). In schimb la rotirea in sens invers a rotii, momentul se reduce mult datorita faptului ca ambii saboti devin secundari ( frana uni-duplex ). Jocul dintre saboti si tamburul se realizeaza cu ajutorul excentricelor si

Frana duo-duplex prezinta particularitatea ca ambii saboti lucreaza cu efect de autoamplificare indiferent de sensul de rotatie.

La franare pistoanele din cilindrii si apasa sabotii pe tamburul , iar acestia sub actiunea fortelor de frcare se deplaseaza pe directia de rotatie. Daca sensul de rotatie este cel indicat, atunci sabotul , sub actiunea pistonului cilindrului si a fortei de frecare se va sprijini pe opritor.In acelasi timp sabotul , sub actiunea pistonului cilindrului si a fortei de frecare, se va sprijini pe opritorul .La rotatia in sens invers, sabotul se va sprijini in opritorul , iar sabotul in opritor.

Frana servo. Sau frana cu amplificare are doi saboti primari, sabotul posterior fiind actionat de sabotul anterior.

Datorita fortelor de frecare dintre sabotul anterior si tambur, forta de actionare a sabotului posterior este mai mare in comparatie cu forta de actionare a sabotului anterior. In acest fel, momentul de franare se mareste substantial. In cazul in care sabotii sunt primari numai la mersul inainte, frana poarta denumirea de uni-servo, iar in cazul in care sabotii sunt primari pentru ambele sensuri de mers, frana este intalnita sub numele de duo-servo.

Frana servo este utilizata la unele autoturisme de capacitate cilindrica mare, deoarece cu o forta nu prea mare la pedala asigura un moment de franare mare, fara un servomecanism auxiliar.

Este reprezentata frana uni-servo utilizata la rotile puntii din fata la unele autocamioane. Sabotul este articulat la partea superioara in reazemul si este actionat de sabotul, prin intermediul dispozitivului de reglare a jocului. Datorita fortelor de frecare dintre sabotul(actionat de pistonul cilindrului) si tamburul , forta cu care este actionat sabotul este mai mare decat forta cu care este actionat sabotul .

De asemenea si momentul de frecare va fi mai mare. Frana duo-servo se caracterizeaza prin faptul ca fiecare sabot il actioneaza pe celalalt cu efect de servo-actionare, in functie de sensul de rotatie, ambii saboti lucrand ca saboti primari. Sabotii sunt legati in serie si actionati de la un cilindru hidraulic.

La franare, sabotii se deplaseaza in sensul de rotatie pana cand unul dintre ei ajunge cu capatul superior in opritor2. In functie de sensul de rotatie, sabotul actioneaza sabotul prin intermediul dispozitivului de reglare sau sabotul actioneaza sabotul .

Dispozitivul pentru reglarea automata a jocului dintre saboti si tambur.

La actionarea pedalei de frana, pistoanele cilindrului receptor deplaseaza sabotii spre tambur. In aceste conditii, bieleta(care este mentinuta in contact cu sabotul cu ajutorul arcului ) se deplaseaza o data cu sabotul spate actionand asupra parghiei si a sectorului dintat , deplasandu-l spre centru.

Daca jocul intre garniturile sabotului si tambur este mai mic, parghia ramane angrenata cu sectorul , iar daca jocul este mare, arcul actioneaza sectorul dintat pe angrenajul parghiei, cu un dinte spre stanga. Dupa eliberarea pedalei sabotii revin la pozitia initiala, datorita bieletei care ii tine indepartati.

FRANELE CU DISCExtinderea utilizarii franelor cu disc la automobile se explica prin numeroasele avantaje pe care le prezinta in raport cu franele cu tambur, cele mai importante fiind: posibilitatea maririi suprafetelor garniturilor de frecare; distributia uniforma a presiunii pe suprafetele de frecare si drept consecinta, uzarea uniforma a garniturilor si necesitatea reglarii mai rare a franei; suprafata mare de racire si conditii bune pentru evacuarea caldurii; stabilitate in functionare la temperaturi joase si ridicate; echilibrarea fortelor axiale si lipsa fortelor radiale; posibilitatea functionarii cu jocuri mici intre suprafetele de frecare, ceea ce permite sa se reduca timpul de intrare in functiune a franei; inlocuirea usoara a garniturilor de frecare; realizeaza reglarea automata a jocului dintre suprafetele de frecare printr-o constructie mai simpla; nu produc zgomot in timpul franarii.

Franele cu disc pot fi de tip deschis sau inchis. Cele de tip deschis se utilizeaza mai ales la autoturisme, pe cand cele de tip inchis in special la autocamioane si autobuze.

Frana cu disc deschisa(ventilat).Este compusa din disc, montat pe butucul rotii si din cadrul in care se gasesc pistoanele, prevazute cu garniturile de frictiune. Cadrul monobloc se monteaza flotant sau fix de talerul franei. In cazul de fata, cadrul este fixat rigid si prevazut cu doi cilindri de actionare.

Frana cu disc inchisa. Acest tip de frana, fata de frana cu disc deschisa, prezinta avantajul unei bune protejari impotriva patrunderii apei si murdariei, putand fi usor ermetizata. Aceste frane pot fi cu sau fara efect servo.

7.Sistemele multiple de siguran activSistemulABS(sistemul anti-blocare la frnare) cu 4 canale este oferit ca dotare standard, mpreun cu sistemul dedistribuie electronic a forei de frnare(EBD), care asigur aplicarea unei fore de frnare optime pe ambele puni, pentru o stabilitate maxim n cazul unei frnri puternice.Sistemul decontrol electronic al stabilitii(ESP), care include funcia decontrol al traciunii(TC), oferit ca dotare standard pentru ntreaga gam, asigur un nalt nivel de siguran activ. Senzorul de rotaie al sistemului ESP, amplasat n centrul autovehiculului, detecteaz micarea n jurul axei verticale, iar senzorul de pe coloana de direcie msoar unghiul de viraj care a fost aplicat. Datele furnizate de aceste surse sunt corelate apoi cu viteza autovehiculului. Sistemul este programat s efectueze orice aciuni sunt necesare pentru a preveni cu maxim eficien pierderea controlului asupra autovehiculului. n funcie de situaia de conducere, este posibil ca frnarea s se efectueze prin intermediul sistemului ESP pentru una, dou sau trei roi simultan sau, dac este necesar, s se reduc deschiderea clapetei electronice de acceleraie.

Alte funcii ale sistemului de frnare controlate de sistemul ESP:Controlul frnrii n viraje (Cornering Brake Control)(CBC), funcie activat n momentul n care autovehiculul frneaz n timpul efecturii unui viraj. Presiunea de frnare este distribuit diferit, n mod individual, asupra fiecreia dintre cele patru roi, pentru a menine stabilitatea perfect a autovehiculului.Controlul cuplului n viraje (Cornering Torque Control)(CTC) previne patinarea roii dinspre partea interioar a curbei n cazul n care autovehiculul accelereaz, minimaliznd astfel orice tendin de subvirare.Controlul electronic al cuplului de blocare (Electronic Drag Torque Control)(EDC), previne blocarea roilor atunci cnd pedala de acceleraie este eliberat prea rapid sau n timpul unei treceri prea rapide ntr-o treapt de vitez inferioar.Sistemul de asistare la frnare (Brake Assist System)(BAS) ajut oferul n cazul situaiilor de frnare de urgen. Sistemul BAS este creat pentru a ajuta oferul n aplicarea unei fore de frnare optime, n cazul unei frnri de urgen.Sistemul hidraulic de asistare n cazul pierderii presiunii de frnare (Hydraulic Brake Fade Assist)(HBFA) determin creterea automat a presiunii de frnare, pentru a compensa reducerea forei de frnare n cazul utilizrii repetate a unei frnri puternice.Sistemul de asistare pentru stabilizarea remorcii (Trailer Stability Assist)(TSA) este activ atunci cnd este cuplat un crlig de remorcare aprobat deOpel. Sistemul TSA contracareaz orice pierdere a stabilitii autovehiculului care ar putea aprea n timpul tractrii unei remorci sau a unei rulote, prin reducerea cuplului motorului i aplicarea unei presiuni de frnare asupra anumitor roi.8.CALCULUL SISTEMULUI DE FRANARE

In ipoteza ca (coeficientul de frecare) nu depinde de presiunea de contact si de viteza de alunecare relativa si tinand cont de necesitatea uzarii egale a garniturii de frictiune pe toata suprafata, se demonstreaza ca distributia presiunii de contact pe directia radiala este de forma hiperbolica.

(1)

k- marime ce urmeaza a fi determinata

Se considera un element de suprafata inelar elementar cuprins intre r si r+dr

(2)

ri=58.5mm

re=135mm

Asupra acestuia actioneaza fortele elementare normala si de frecare :

Momentul elementar de frecare produs de forta elementara este:

(5)

Forta de actionare este data de relatia :

EMBED Equation.3 (6)

De aici se determina marimea k :

Integrand, se determina forta de frecare si momentul de franare :

n-numarul suprafetelor de frecare

Suprafata de frecare a unei garnituri este :

iar presiunea medie pe aceeasi suprafata este :

Presiunea maxima se obtine pentru r=ri iar raportul devine :

Impartind relatia (7) la pmax se obtine o marime ce caracterizeaza raportul performanta-solicitare mecanica :

(11)

care are un maxim pentru

Pentru constructiile uzuale

se adopta intre limitele : =(0,75....0,9)rad se alege =0.85 rad= 75 9. Cauze ale scoaterii din uz a unelor componente din sistemul de franare

Instalatia de franare este supusa unor intense solicitari mecanice,termice,de uzura si de coroziune.Datorita eforturilor de franare mari ,rapid crescatoare si repetate elementele de comanda de transmitere a eforturilor si cele receptoaresunt solicitate puternic la comprimari ,dilatari si la oboseala.Din acest motiv , cilindrii de frana si pistonasele se uzeaza iar garniturile de cauciuc imbatranesc,isi pierd elasticitatea,se deformeaza,si chiar se rup;la sistemele cu comanda hidraulica sau pneumatica se pot produce deformari,spargeri,sau pierderea elasticitatii la imbinari ,Din cauza marilor eforturi aplicate ,garniturile de frictiune ,si discurile de frana se uzeaza,provocand cresterea jocului functional .In conditiile cresterii excessive a temperaturii locale ,se pot produce deformari ale pieselor din ansamblul franelor,iar valoarea coeficientului de frecare a garniturilor se miscoreaza,reducand eficacitatea franarii .Accesul prafului poate provoca rizuri,microdenivelari pe suprafetele de frecare ,al caror effect este reducerea suprafetei de contact dintre sabot si disc,accentuarea incalzirii franelor si reducerea eficientei acestora.

In unele situatii starea tehnica a instalatiei de franare este afectata de patrunderea lubrifiantului intre suprafetele de frecare ale franelor.Fenomenul se produce cand garniturile de etansare ale rulmentilor de la roti s-au defectat sau cand,din cauza strangerii excessive a rulmentilor,temperatura ansamblului rotii a crescut fluidificand unsoarea si facilitand astfel accesul ei la frana.10.Concluzii

Instalatia de franare este una din cele mai solicitate parti ale autovehiculului iar starea sa tehnica influenteaza hotarator siguranta traficului ,consumul de carburant si chiar gradul de poluare chimica.Dupa unele statistici 40-45% din incidentele stradale constituie efectul proastei functionari a instalatiei de franare,iar 12-15% din defectele diagnosticate la automobile sunt localizate la aceasta parte a masinii.Circulatia cu rotile franate amplifica emisia de oxid de carbon la esapament in limitele 80-110 g/km,iar cea de hidrocarburi ajunge la 120-160g/km. EMBED Equation.3

_1293810735.unknown

_1293890993.unknown

_1293891143.unknown

_1293891272.unknown

_1293891347.unknown

_1293891109.unknown

_1293891063.unknown

_1293811515.unknown

_1293811972.unknown

_1293810486.unknown

_1293810543.unknown

_1293723365.unknown

_1293810394.unknown

_1293723875.unknown

_1293722393.unknown