Mecanism de Ghidare MacPherson

FAC. DE INGINERIE MECANICA

Cat. de Autovehicule i Motoare

PROIECTla Construcia i calculul automobilelor IITema: Mecanism de ghidare MacPherson

Suspensie pentru autobcamion 14 t, MAC, 210kw/2780rpmSecia AR

Anul IVndrumtor: prof.dr.ing. Ion PREDAndrumtor: prof.dr.ing. Ovidiu CMPIANndrumtor: asist.ing. Viorel VULPEndrumtor: asist.ing. Drago DIMAAnul universitar 2014-2015Semestrul I

1.Cuprins pag1.Cuprins.............................................................................................................................2

2.Studiul de nivel privind mecanismele de ghidare a rotii..................................................3

2.1.Functile suspensie.......................................................................................................3

2.2.Functiunile mecanismului de ghidare........................................................................5

2.3.Geometria directiei si posibilitati de reglare..............................................................6

2.3.1.Unghiurile rotilor.....................................................................................................6

2.4.Tipuri de mecanisme de ghidare studiate...................................................................83.Analiza cinematica a mecanismului de ghidare..............................................................10

3.1.Comportamentului la saltare......................................................................................10

3.2.Comprtamentul la ruliu..............................................................................................10

4.Studiul de nivel privind suspensia unei autobetoniere....................................................115.Materiale utilizate la suspenia unei autobetoniere.......................................................... 13 5.1.Tipuri de materiale utilizabile....................................................................................13

5.2.Rezistente admisibile.................................................................................................14 5.3.Mod de prelucrare......................................................................................................14

6.Tehnologii utilizate la constructia suspensiei unei autobetoniere...................................16

7.Modalitati de deterioare a suspensiei..............................................................................16

8.Justificarea solutiei alese si calculul suspensiei autobetonierei......................................17

8.1.Justificarea solutiei alese...........................................................................................17

9.Identificarea unei modalitati de crestere a calitatii arcurilor in foi.................................18

10.Cuprins..........................................................................................................................19

11.Anexe

1 STUDIU DE NIVEL PRIVIND MECANISMELE DE GHIDARE A ROILOR

1.1 Funciunile Suspensiei

Termenul suspensie este utilizat pentru a descrie totalitatea pieselor elastice careconecteaz roile la asiu sau la caroseria autoportant. Sistemele de suspensie au urmtoarele

funcii:

- Absorb ocurile de pe carosabilele neregulate, asigurnd ntr-o anumit msur deplasarea lin a pasagerilor sau obiectelor transportate i evitarea supunerii pieselor mecanice la uzur

excesiv.

- Asigur contactul permanent al pneurilor cu solul i confer o aderen corespunztoare cu carosabilul, funcionarea corect a direciei i sigurana cltoriei.

Suspensia autovehiculului cuprinde trei elemente principale:

elementul elastic;

elementul de amortizare;

elementul de ghidare.

In unele cazuri, suspensia automobilului mai conine elemente suplimentare stabilizatoare, care au rolul de a reduce inclinrile laterale ale autovehiculelor in viraje.

Elementul elastic servete pentru micorarea sarcinilor dinamice, rezultate n urma aciunii componentelor verticale ale forei de interaciune dintre roi i drum, asigurnd prin aceasta confortabilitatea necesar. n suspensia automobilului se introduc uneori elemente elastice suplimentare, cum sunt stabilizatoarele, care au rolul de a micora sau anihila nclinrile laterale pe timpul virajelor.

Elementul de amortizare, mpreun cu frecarea din suspensie, creeaz forele de rezisten care amortizeaz vibraiile caroseriei i ale roilor.

Elementul de ghidare asigur posibilitatea unor deformaii elastice corespunztoare sarcinilor, determinnd caracterul micrii (cinematica) roilor fa de saiul autovehiculului.

Funciile celor trei elemente principale ale suspensiei pot fi ndeplinite de unul i acelai element sau de elemente diferite. Astfel, la multe autovehicule echipate cu arcuri lamelare longitudinale, acestea servesc nu numai ca element elastic, ci determin i cinematica roilor, transmit toate tipurile de fore i contribuie la amortizarea vibraiilor, datorit frecrii dintre lamele i din articulaii.

Sistemul McPherson (numit astfel dupa proiectantul sau, Earle S. McPherson) cu suspensie articulata in fata si cu suspensie dubla articulata in spate contribuie la siguranta dvs.

Acest model de "suspensie independenta" ofera o stabilitate si asigura controlul vehiculului in toate situatiile de pilotare.

Suspensie Macpherson

Exemple vederii in ansamblu suspensie Macpherson

Vedere ansamblu suspensie Macpherson

. Suspensie Macpherson Ford Focus Rs

1.2 Funciunile Mecanismului de Ghidare

La un autovehicul mecanismul de ghidare trebuie sa indeplineasca urmatoarele functii:

- sa mentina o pozitie optima si controlata a rotii fata de caroserie;

- sa mentina o pozitie optima a rotilor fata de sol pentru a obtine performante

dinamice maxime si o aderenta cat mai buna;

-nu trebuie sa permita variatii ale ecartamentului si ampatamentului

autoturismului;

1.3 Geometria Direciei i Posibiliti de Reglare

1.3.1 Unghiurile roii

fig. 5 schematica a suspensiei, denumire tehnice ale pieselor care alctuiesc sistemul.

Unghiuri fata de axa frontala sau axa direcional a vehiculului sunt dup cum urmeaz:

Unghiurile rotilor:

a) Unghiul de cdere a roilor;

b) Convergena roilor;

c) Convergena negativ a roilor la viraje.

Unghiuri ale pivotului de directie:

d) nclinaie transversal a pivotului de direcie, sau pe scurt nclinaia pivotului de

direcie;

e) Unghi longitudinal de fug a roilor, sau pe scurt Unghi de fug a roilor.

Modificarea unghiurilor de cadere a rotii

Unghiul de cadere este unghiul de inclinarea a roti vazut din fata sau din spate. Pentru unghiul de cadere avem trei posibilitati:

unghi negativ (partea superioara a rotii inclinata spre interior)

unghi neutru (roata este perpendiculara pe drum)

unghi pozitiv (partea superioara a rotii inclinata spre exterior)

Conform primei parti a proiectului avem trei cazuri:

roata pe drum orizontal

roata in groapa

roata trecand peste un obstacol

Unghiul de inclinare a pivotului

nclinaia pivotului este unghiul, msurat n grade, format intre linia median a pivotului i perpendicular pe sol, privind vehiculul din fata (fig. 26).

Unghiul de cdere a fost inventat pentru a reduce deviaia pivotului, resprezentata de distanta B dintre proiecia axei pivotului pe sol i punctul de contact al rotii (cap. 3 pag XX), dar s-a observat c o mrire a acestui unghi creaz efecte negativ, n special cnd se folosesc rotile cu cauciucuri fr camera/tubeless.

Astfel, s-a simit nevoia reducerii unghiului de cdere foarte mult, aproape de valoarea zero; lucru necesar i pentru a obine o uzur uniform a cauciucurilor. Problema a fost rezolvat prin inclinarea pivotului ctre partea de jos a rotii (fig. 27).

n cazul suspensiilor cu punte rigid, nclinaia pivotului nu variaz sub efectul greutii i deplasrii pe vertical a roii, cu condiia ca axul s nu se deformeze; n cazul suspensiei independente, greutatea i micarea pe vertical a vehiculului face c att unghiul de cdere

ct i nclinarea pivotului s varieze n aceiai msur, din moment ce pivotul se mic o dat cu butucul rotii (fig. 28).

1.4 Tipuri de Mecanisme de Ghidare Studiate

Mecanismele de ghidare studiate sunt:

mecanism de ghidare cu brate inegale;

mecanism de ghidare de tip Mac Pherson;

mecanism de ghidare cu trei brate;

mecanism de ghidare cu patru brate;

Analiza Comparativ Avantaje Dezavantaje

Punte Rigida:Avantaje:

cost scazut;

durata de viata ridicata;

mentinerea cat mai constanta a ecartamentului;

Dezavantaje:

directie imprecise;

contact imperfect mai mare intre roata si drum;

Suspensie independenta:

Avantaje:

contact imbunatatit intre roata si drum;

comfort ridicat;

Dezavantaje:

constructie mai complexa;

cost mai mare;

2 ANALIZA CINEMATICA A MECANISMULUI DE GHIDARE

2.1 Comportamentul la Sltare

2.2 Comportamentul la Ruliu

Miscarea de ruliu a caroseriei n jurul unei axe aproximativ longitudinale este o

componenta imortanta a dinamicii si confortului automobilului. Aceasta miscare

este definita n mare parte de caracteristicile geometrice si elastice ale suspensiei.

4.STUDIU DE NIVEL PRIVIND suspensia unei autobetoniere Suspensia automobilului este destinata sa atenueze sarcinile dinamice ce se transmit de la drum sa imprime oscilatiilor caracterul dorit si sa transmita fortele care actioneaza asupra rotilor si cadrului.

Conditiile principale pe care trebuie sa le indeplineasca suspensia unui automobil sunt urmatoarele : -Sa aiba o caracteristica care asigura un comfort corespunzator , cu nclinari transversale reduse fara lovituri n tampoanele limitatoare si cu o stabilitate buna . -Caracteristica amortizorului sa corespunda cu cea ceruta de comfortabilitate. -Sa asigure transmiterea fortelor orizontale si a momentelor reactive de la roata la caroserie . -Sa aibe o durabilitate elementele elastice , care fac parte din elementele cele mai solicitate ale automobilului. -Sa aibe o greutate minima .

Suspensie cu arcuri lamelare duble

Suspensie cu arcuri in foi tip balansier

Suspensie arcuri in foi , Iveco Trakker

5. MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCIA SUSPENSIEI UNEI AUTOBETONIERE Materialele utilizate n constructia arcurilor se aleg astfel nct sa ndeplineasca o serie de conditii generale, cum sunt: rezistenta ridicata la rupere, limita ridicata de elasticitate, rezistenta mare la oboseala (uneori si rezistenta la temperaturi nalte, rezistenta la coroziune, lipsa proprietatilor magnetice, dilatatie termica redusa, comportare elastica independenta de temperatura etc.).

5.1.Tipuri de Materiale Utilizabile

Materialele feroase dedicate constructiei arcurilor sunt otelurile. Acestea pot fi oteluri carbon de calitate (OLC 55A, OLC 65A, OLC 75A, OLC 85A) sau oteluri aliate (cu Si, pentru rezistenta si tenacitate; cu Mn sau Cr, pentru calibilitate si rezistenta la rupere; cu V, pentru rezistenta la oboseala; cu Ni, pentru termorezistenta). Otelurilor pentru arcuri li se aplica un tratament termic de calire si revenire medie, obtinndu-se n acest mod o elasticitate marita n toata masa materialului. Marcile de oteluri pentru arcuri sunt standardizate.

5.2 .Rezistene Admisibile

Arcuri cu foi multiple, curbe, cu suspensie oblic_ la capete (fig.3.57)

Fig 3.57

-tot imax t ai 400_500N / min

- numarul de foi de arc, n

Elemente constructive Aspectele foilor de arc pot avea forme variate: drepte, trapezoidale, circulare, parabolice (fig.3.58), eventual cu naltimea descrescnd, pentru a micsora frecarea ntre foi n aceasta zona. Forme constructive pentru capetele foii principale sunt prezentate n fig.3.59.

5.3.Mod de Prelucrare

Un arc mecanic poate fi definit ca un element elastic cu funcia principal de deflecie sau de deformare sub actiunea unei sarcini i de revenire la forma imial dup nlturarea ncrcrii. Performanele arcurilor sunt determinate de operatiile tehnologice de prelucrare i de o selecie judicioas a materialului. Deoarece eficiena unui arc este dependent de capacitatea sa de a nmagazina energie pe unitatea de greutate, nivelele de rezisten sunt de peste 1300N/mm2. Absorbia i eliberarea de energie implic ncrcri ciclice care conduc la solicitri de oboseal de lung durat.

Energia specific absorbit(J/kg):

pentru Cu foi multiple decalate corespunztor =42900(J/kg)

Tratamentul termic al arcurilor foi

Obiectivele tratamentului termic de clire-revenire sunt creterea caracteristicilor de rezistent mecanic i ndeosebi a rezistenei la oboseal de lung durat. De aceea trebuie selectate oteluri cu o clibilitate adecvat, care va fi apreciat prin determinri de duritate i examinri microstructurale.

Pretensionarea mecanic

Fig 9.5 Efectul sablrii asupra duratei de via a arcurilor foi

Pretensionarea i sablarea cu alice constituie mijloace eficiente de cretere a durabilitii la oboseal a arcurilor foi. Mecanismul prin care se produce mbuntirea rezistenei la oboseal const n generarea unor tensiuni reziduale de compresiune n stratul de suprafat al foii. Intruct

tensiunile reziduale se nsumeaz algebric cu tensiunile de serviciu, inducerea lor prin pretensionare va reduce nivelul tensiunilor principale i astfel va crete durata de via la oboseal. n figura 9.5 se arat efectul sablrii cu alice asupra mririi duratei de via la oboseal a arcurilor foi.

Aceast operatie va fi condus pe partea concav sau ntins a foilor.

Acoperire de protecie

ntotdeuna este de dorit i chiar necesar s se realizeze o protectie a foilor de arc mpotriva coroziunii generale, coroziunii tenso-fisurante i/sau a pierderilor de material din stratul de suprafa n care au fost induse tensiuni reziduale de compresiune. Orice material de protectie utilizat la asamblarea arcurilor foi artrebui s nveleasc complet foile i s aib o flexibilitate corespunztoare i o adeziune suficient de bun pe ntreaga perioad impus. Totodat, este foarte important cunoaterea efectului acoperirii asupra

duratei de via la oboseal. In cazurile cnd este necesar o protectie mai bun dect cea oferit de ulei, vopsea sau film de mas plastic, se recomand o acoperire electrolitic; n acest ultim caz se va prescrie o recoacere pentru eliberarea hidrogenului. Placarea optim (de exemplu cu cadmiu) se va face n vid, urmat de o acoperire cu mas plastic. Se pare c pentru arcurile foi care lucreaz n anumite medii corozive, oelul inoxidabil cu 17%Cr i 4%N durificabil prin clire urmat de mbtrnire prin revenire ofer cele mai bune proprieti de utilizare.

6.Tehnologii utilizate la constructia suspensiei unei autobetoniere ARCURILE IN FOI MULTIPLEse compun din mai multe foi saulame din otel de arc. Montarea lor presupune oasamblare preliminara a elementelor sale componente, in carescop se unge fiecare foaie cu vaselina grafitata (pentru a semicsora frecarea dintre foi) si se asaza foile una peste alta. Montarea se incepe cufoaia principala,cea mai lunga, carese asaza pe bancul de lucru sau in menghina. Peste aceasta seasaza una sau doua foi de intarire, dupa care urmeaza foile delungimi din ce in ce mai mici,numitefoi secundare.Toate foile se fixeaza cu un surub central (bulon) sau cu un nit,introdus prin gaura din mijlocul fiecarei foi.

7.Modalitati de deteriorare a suspensiei

Intretinerea suspensiei cu arcuri metalice consta in verificarea vizuala a starii thnice a arcurilor , strangerea bridelor si articulatiilor , controlul starii tehnice a arcurilor.Intretinera elementelor elastice pneumatice consta in controlul zilnic al etanseitatii si al pozitiei elementului la locul de montare .Anual , elementele elastice pneumatice trebuie demontate pentru indepartare apei si impuritatilor duse pe fundul pstonului iar la aceasta operatie se recomanda sa se efectueze dupa trecerea sezonului friguros .

Defectele in exploatare, cauzele care conduc la ruperea foii principale de arc sunt : oboseala materialului , incarcatura neuniform repartizate , socuri produse de denivelarile caii , cat si cele din spate , in apropierea ochiului de arc sau in dreptul oficiului bulonului central de strangere. Rupera foilor secundare de arc in afara cauzelor enumerate la ruperea foilor principale , defectiunea poate avea loc si datorita factorilor : neinlocuirea foii principale defecte , slabrea bridelor de arc , intretinera necorespunzatoare .Uzarea sau ruperea filetului bridelor bulonului de arc acesta defectiune apare datorita urmatoarelor cauze : ruperea foilor secundare de arc , slabirea bridelor , ruperea folilor principale de arc . Iar remedierea defectinii se face in atelierul de reparatii.

Ruperea sau slabirea arcurilor cauzele care produc aceste defectiuni sunt similare cu cele ale foilor de arc iar inlaturarea defectiunii se face in atelierul de reparatii prin schimbarea arcului , pe parcurs se poate introduce o saiba matalica intre partile rupte ale arcului si legatura acestora.

8.Justificarea solutiei constructive alese si calculul suspensiei autobetonierei

Greutatea autovehiculului si capacitatea de incarcare

Greutatea proprie a autovehiculului

G0 =8400kgf

Greutatea utila a autovehiculului

Gu = *V= 2.27.510=

16500kgf

= 2.2 - pentru autocisterne

Greutatea totala a autovehiculului

Ga = G+Gu = 8400+16500 =24900kgf = 244185.585N

Repartizarea greutatii pe puntile autovehiculului

- greutatea pe puntea fata

8000kgf

- greutatea pe puntea spate

16900kgf

g:9.81m/s2

Gu:mu*g=16900*9.81

8.1. Justificarea solutiei alese

Pentru constructia suspensie autobetonierei se alege un sistem cu 2 punti cu arcuri in foi tip balansier pentru ca sarcina ce revine pentru puntiile din spate este de 16900kg. Din cauza incarcaturi mari trebuie sa avem pe spate doua punti.(sarcina ce vine pe o punte in acest caz este de 8450 kg).Se vor efectua calcule pentru un arc al puntii spate a autovehiculului. Vom avea nevoie de urmatorii parametrii :

-greutate propie 8000N

-greutate autovehicul incarcat

Ga = G+Gu = 8400+16500 =24900kgf = 244185.585N

-greutatea puntii spate

=16900kgf -lungimea totala a arcului l=1320mm -mi - coeficient de schimbare dinamica a reactiunilor mi=5 - - kd - coeficient dinamic kd=3.5

- - randamentul arcului =0.7

-f - coeficient de aderenta f=0.8 - -miF -coef. de schimbare dinamica a reactiunilor in regimul franarii miF=-5

-b -latimea foii de arc b= 120 mm -h - inaltimea foii de arc h=20 mm - -C distanta de la sol la prinderea din fata C= 337 mm9.Identificarea unei modalitati de crestere a calitatii arcurilor in foi

Pentru a creste calitatea unui arc se vor folosii materiale de ultima generartie, cu concentratii optime de aliaje, care vor fi testate in numeroase conditii de solicitare si la greutati foarte ridicate,pentru a rezistata un timp foarte indelungat pe autovenicule.

10.Cuprins

1.Untaru,M..a. Calculul i construcia automobilelor. EdituraDidactic i Pedagogic, Bucureti,1982.2. Untaru,M. Poincu,Gh. Stoicescu,A. Pere,Gh. Tabacu,I. Dinamica autovehiculelor pe roi. Editura

Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1981

3. Cmpian,V. Vulpe,V. Ciolan,Gh. Enache,V. Preda,I. Cmpian,O. Automobile. Universitatea din

Braov, 1989.

4. Ciolan,Gh. Preda,I. Pere,Gh. Cutii de viteze pentru autoturisme. Editura Didactic i Pedagogic,

Bucureti 5. www.fasep.it/english/support/tech_talks/Geometria_directiei.pdf 6. www.iveco.ro/demo/AD-N410T45_R.pdf 7. http://www.mta.ro/doctorat/rezumat_teza_sorin_enache.pdf

8. www.omtr.pub.ro/didactic/om_isb/om1/om5.pdf 9. www.fim.usv.ro/pagini/specializari/tcm/files000/tam/curs/C13.pdf

10