CAPITOLUL 4

ARTICULATII SI BRATE – CONSTRUCTIE

4.1. Articulatii

Articulatiile sunt componentele puntilor care se uzeaza cel mai intens.

Din aceasta cauza numarul de articulatii constitue un criteriu constructiv de

apreciere al sigurantei in functionare si al fiabilitatii puntii. Ele au

urmatoarele roluri:

- sa permita miscarile relative intre componentele mecanismelor puntii;

- sa realizeze compensarile cinematice necesare;

- sa atenueze socurile, sa filtreze vibratiile si sa diminueze zgomotele in

timpul functionarii puntii.

Clasificarea articulatiilor se poate face in functie de urmatoarele

criterii:

A. Dupa miscarea permisa componentelor intre care este montata:

- cilindrica;

- sferica;

- mixta;

- axiala.

B. Dupa pozitia axei articulatiei fata de componentele intre care este

montata articulatia:

- rigida cu axa fixa;

- semirigida cu pozitia axei variabila in intervalul maxim de ±1,5 mm;

- elastica cu pozitia axei variabila in intervalul maxim de ±8 mm sau

chiar mai mult.

Articulatia mixta consta in suprapunerea pe o articulatie cilindrica

principala, a unei articulatii sferice care permite alte miscari de rotatie, dar

cu amplitudine mai mica, intre componente.

Articulatia axiala realizeaza sustinerea intre doua componente si are

rol preponderent de filtrare a vibratiilor.

Articulatia cu axa fixa foloseste drept elemente de legatura rulmenti

(lagare de rostogolire), sau bucse din bronz (lagare de alunecare), deci este o

articulatie metal pe matal. Ea asigura cea mai inalta precizie in functionarea

mecanismelor, dar nu permite compensari cinematice si nu realizeaza

filtrarea vibratiilor.

Articulatia semirigida foloseste drept element de legatura bucse din

materiale plastice dure (exemplu poliamida).

Articulatia elastica foloseste drept element de legatura bucse cu forme

complexe din elastomeri.

Observatie:

Se folosesc de multe ori elastomeri cu rigiditati diferite pe axele

principale.

O caracteristica a elastomerilor este bucla de histerezis, datorata

faptului ca la incarcare curba efort-deformatie este situata deasupra curbei de

descarcare, asa cum se vede din figura 4.1.

Fig.4.1.Bucla de histerezis a unui elastomer: OCA-incarcare: ADO-

descarcare

Rigiditatea elastomerilor depinde de o multitudine de factori, asa cum

se vede din figura 4.2.

Fig.4.2.Factorii care influenteaza rigiditatea elastomerilor

Combinand acesti factori se pot realiza articulatii cu elastomeri cu rigiditati

diferite pe anumite directii.

4.1.1.Articulatii cilindrice

Constructia clasica a articulatiei cilindrice consta dintr-o armatura

cilindrica exterioara de diametru D, o armatura cilindrica interioara de

diametru d cu sectiune plina sau tubulara, intre care se lipeste ca un manson

materialul elastic (cauciuc). Aceasta constructie este prezentata in figura 4.3.

Fig.4.3.Constructia clasica a articulatiei cilindrice

Pentru a prelua forte axiale mari se foloseste articulatia cilindrica cu

guler. Armatura exterioara are unul din capete rasfrant ca un guler, iar pe

acesta se muleaza gulerul mansonului din cauciuc. Armatura interioara poate

sa aiba capatul dinspre guler in interior sau pe fata gulerului mansonului din

cauciuc, in functie de modul de strangere si de montare al articulatiei.

Constructia unei astfel de articulatii este prezentata in figura 4.4.

Fig.4.4.Constructia articulatiei cilindrice cu guler

Combinand doua articulatii cu guler, una pe stanga si alta pe dreapta se

poate realiza o articulatie care preia forte axiale in ambele sensuri.

Daca ponderea fortei axiale din articulatie este aceeasi cu a fortei

radiale (articulatia dintre bratul transversal liniar al mecanismului

McPherson si partea larerala a barei stabilizatoare folosita ca tirant) se

foloseste articulatia elastica fara armatura exterioara cu manson conic cu

guler din cauciuc. Datorita factorului de forma, caracteristicile elastice ale

articulatiei pe directiile x si z sunt usor diferite. Constructia unei astfel de

articulatii este prezentata in figura 4.5.

a. b.

c. d.

Fig.4.5.Articulatie cilindrica cu guler si ghidare exterioara pe con

pentru preluarea fortelor axiale mari: a-constructia bucsei elastice: 1-

armatura interioara tubulara; 2-armatura gulerului; 4-manson din

cauciuc; b-constructia articulatiei: 3-saiba conica de strangere; c-

caracteristica elastica pe directia z; d-caracteristica elastica pe directia

x.

Pentru a obtine rigiditati diferite pe directii privilegiate se foloseste

articulatia cilindrica cu alveole. Volumul cauciucului dintre armaturi este

mai mare, iar in interiorul acestuia se realizeaza alveole (goluri cu forme si

pozitii riguros determinate). Schema constructiva este prezentata in figura

4.6.

Fig.4.6.Schema constructiva a articulatiei cilindrice cu alveole

O astfel de solutie se aplica la articulatiile bratelor trase ale puntii din

spate cu axele transversale. Prin modificarea factorului de forma (forma si

distributia alveolelor) se obtine modificarea rigiditatii pe directie verticala

cand forta verticala schimba sensul. Constructia articulatiei si caracteristica

elastica obtinuta sunt prezentate in figura 4.7.

Fig.4.7.Articulatie elastica cilindrica cu guler si alveole pentru brate

trase cu axa transversala si caracteristica sa elastica dupa axa z

Articulatiile cilindrice folosite la puntile autocamioanelor si

autobuzelor preiau forte radiale si axiale mari. In consetinta ele au

urmatoarele caracteristici constructive:

- armatura interioara are sectiune plina si se prelungeste lateral in

ambele parti prin capete de asezare gaurite pentru montarea pe

suportul fix al articulatiei;

- bucsa din material plastic dur se ghideaza pe sfera, atat pe boltul

armatura interioara cat si pe armatura exterioara; astfel articulatia

preia forte axiale insemnate si poate oscila cu un unghi mic in plan

orizontal;

- articulatia poate avea armatura exterioara prin care se preseaza in

alezajul din brat (articulatie piesa separata de brat), sau armatura

exterioara este tocmai corpul articulatiei care se asambleaza cu bratul.

Constructia articulatiei cilindrice pentru puntile autocamioanelor este

prezentata in figura 4.8.

a. b.

Fig.4.8.Articulatii cilindrice pentru puntile autocamioanelor: a-

articulatie cu armatura exterioara presata in alezajul de capat al

bratului; b-articulatie cu armatura exterioara capatul bratului

4.1.2.Articulatii sferice

Articulatiile sferice se folosesc cel mai mult pentru articulatiile fuzetei

cu bratele puntilor fractionate de directie. Ele permit atat deplasarea rotii la

comprimarea si destinderea arcului suspensiei, cat si bracarea rotilor de

directie. Din aceasta cauza sunt cunoscute sub numele generic de pivoti.

O articulatie sferica este formata dintr-un bolt central, cu capatul

interior prelucrat sferic, iar cu cel exterior prelucrat pentru imbinarea cu

primul element al articulatiei. Aceasta imbinare se poate face prin:

- presare pe con si strangere cu piulita filetata pe bolt;

- strangere pe cilindru cu sant de siguranta prin brida elastica prelucrata pe

elementul articulatiei;

- flansa realizata pe corpul boltului.

Sfera este imbracata de garnitura antifrictiune realizata din material plastic

dur, iar ansamblul astfel obtinut este introdus in corpul exterior, care se

inchide etans cu un capac metalic si se asigura prin sertizare sau cu o

siguranta elastica. In cazul articulatiilor care transmit forte axiale mari,

corpul exterior are forma de lulea, montarea boltului se face prin partea

libera si se asigura prin sertizare. Ungerea se face cu vaselina la montaj.

Articulatia este riguros etansata spre bolt cu o mansata speciala si burduf

asigurat cu inel elastic pe corpul exterior. Imbinarea corpului exterior cu al

doilea element al articulatiei se face prin:

- prelucrarea cilindrica a corpului si presarea lui in alezajul elementului;

- prelucrarea cilindrica a corpului si montarea lui in brida elastica din capatul

elementului articulatiei;

- cu flansa realizata pe corpul exterior;

- cu filet realizat pe axul lateral al corpului exterior;

- prin presarea si sertizarea axului lateral al corpului exterior in al doilea

element al articulatiei.

La unii pivoti, folositi la autoturisme, corpul pivotului este realizat din doua

parti cilindrice coaxiale intre care se monteaza un manson pentru filtrarea

vibratiilor.

Articulatia sferica se foloseste si intre varful bratului triunghiular

central si carterul puntii motoare din spate.

In figura 4.9 sunt prezentate constructii de articulatii sferice folosite la

puntile automobilelor.

a. b.

c. d. e.

Fig.4.9. Variante constructive de articulatii sferice: a-cu fixare pe con

a boltului si corp cilindric strans in brida elastica; b-cu fixare pe flansa

a boltului si ax lateral al corpului fixat in brat; c-cu fixare pe con a

boltului si corp cilindric pentru presarea in brat; d-cu fixare pe con a

boltului si ax lateral al corpului; e-cu fixare pe con a boltului si flansa

pe corpul exterior.

Un pivot cu fixare pe cilindru cu sant de siguranta si strangere elastica

a boltului in bratul fuzetei si corp cu flansa orizontala pentru fixarea in brat

este prezentat in figura 3.47. Aceasta solutie permite montarea si demontarea

cu usurinta a pivotului (nu sunt necesare prese speciale), dar constructia

bratului fuzetei este mai complicata.

4.1.3.Articulatii axiale

Cele mai complexe articulatii axiale sunt intre culisa oscilanta (blocul

elasto-amortizor) si pasajul rotii la puntea fractionata McPherson. Ele preiau

forte axiale mari, permit miscarea oscilatorie a blocului elasto-amortizor si

asigura bracarea rotii (constitue pivotul superior al puntii). In plus ele trebuie

sa asigure o buna filtrare a vibratiilor provenite din doua surse: de la tija

amortizorului si de la talerul superior al arcului.

Partea principala a acestei articulatii este un cop inelar din elastomer

fixat prin suprafete plane, cilindrice si / sau conice pe doua armaturi metalice

profilate; cea de sus fixata prin suruburi pe pasajul rotii, cea de jos servind

ca suport pentru talerul superior al arcului. Forma sectiunii transversale a

inelului din elastomer este esentiala pentreu filtraea vibratiilor; un inel de

forma tronconica realizeaza filtrarea comuna a vibratiilor provenire de la

amortizor si de la arc; un inel de forma mai elaborata realizeaza filtrarea

independenta a vibratiilor provenite de la amortizor si arc.

Pentru a permite bracarea rotilor pe articulatie se monteaza ca piesa

separata un rulment axial cu bile. Sunt posibile trei posibilitati de dispunere

a rulmentului axial:

10 intre armatura de jos a articulatiei si talerul superior al arcului; la bracare

tija amortizorului este fixa, iar arcul impreuna cu tubul amortizorului si cu

fuzata se rotesc;

20 intre armatura de jos a articulatiei si tija amortizorului; la bracare tija

amortizorului se roteste cu tot amortizorul fata de articulatie;

30 intre talerul inferior al arcului si tubul amortizorului; la bracare tija

amortizorului si arcul sunt fixe si se roteste tubul amortizorului impreuna cu

fuzeta.

In figura 4.10 se prezinta constructia unei articulatii axiale cu o forma

simpla pentru inelul din elastomer si cu rulmentul axial montat intre

armatura de jos si talerul superior al arcului.

Fig.4.10. Articulatie axiala cu filtrarea comuna a vibratiilor provenite

de la amortizor si arc: 1-distantier; 2-piulita; 3-disc limitator la

destindere; 4-armatura de sus fixa pe pasaj; 5-armatura de jos

oscilanta; 6-rulment axial cu bile; 7-talerul superior al arcului; 8-

tampon limitator la comprimare; 9-arc elicoidal; 10-burduf de

protectie; 11-talerul inferior al arcului; 12-tubul amortizorului

In figura 4.11 se prezinta o articulatie axiala cu filtrarea independenta

a vibratiilor provenite de la amortizor si de la arc. Zona “A” a inelului din

elastomer realizeaza filtrarea vibratiilor provenite de la amortizor, iar zona

“B” realizeaza filtrarea vibratiilor provenite de la arc. Arcul si amortizorul se

sprijina pe armaturi mobile separate. Rulmentul axial este montat intre

armatura de jos a articulatiei si talerul superior al arcului.

Fig.4.11.Articulatie axiala cu decuplare a vibratiilor provenite de la

amortizor si arc

In figura 4.12 se prezinta o articulatie axiala cu filtrarea comuna a

vibratiilor si cu rulment axial montat intre tija amotizorului si armatura

oscilanta a atticulatiei.

Fig.4.12.Articulatie axiala cu filtrarea comuna a vibratiilor si cu

rulment axial montat intre tija amortizorului si armatura oscilanta a

articulatiei: 1-contraaripa; 2-palier elastic oscilant; 3-armatura

metalica interioara a palierului elastic; 4-disc profilat limitator la

destindere; 5-manseta de protectie.

In figura 4.13 se prezinta articulatia axiala cu decuplarea partiala a

vibratiilor provenite de la amortizor si arc cu montarea rulmentului axial

intre talerul inferior al arcului si tubul amortizorului.

Fig.4.13.Articulatie axiala cu decuplarea partiala a vibratiilor si

montarea rulmentului axial intre talerul superior al arcului si tubul

amortizorului

O alta categorie de articulatii axiale sunt cele de sustinere. Ele se

monteaza intre grinzile suport ale puntilor si caroseria autoportanta si au rol

preponderent de filtrare al vibratiilor si de a conferi puntii o buna ghidare

prin asigurarea unei rigiditati mai mici in directie longitudinala, dar cu o

rigiditate mare pe directie transversala.

O astfel de articulatie este prezentata in figura 4.14. Suportul metalic

1 permite solidarizarea grinzii puntii cu armatura interioara 2, care contine

blocul central din cauciuc 8 cu sectiunea transversala in forma de trapez

isoscel in trepte. Acesta preia progresiv compresiunea de la armatura

intermediara 3 si expandeaza lateral marind rigiditatea transversala a

articulatiei. In partea centrala, armatura interioara si blocul central sunt

perforate de un canal longitudinal in care se monteaza axul de siguranta 9

care impiedica desfacerea articulatiei daca cauciucul se distruge. Armatura

interioara 2 este ghidata lateral in armatura intermediara 3 prin placile din

cauciuc 7 cu insertie metalica 6. Acestea au o rigiditate transversala mare,

dar rigiditate mai mica in directie longitudinala, deoarece fortele

longitudinale le solicita la forfecare. Patru pastile din cauciuc limiteaza

deplasarea longitudinala a armaturii interioare fata de armatura exterioara 4.

Sunt vizibile pastilele 5 care limiteaza deplasarea spre fata. Armatura

intermediara 3 se asambleaza cu armatura exterioara 4 prin suruburi care

servesc si pentru montarea articulatiei pe caroserie. Astfel articulatia imbina

armonios functiile de filtrare a vibratiilor, ghidarea puntii si siguranta in

exploatare.

Fig.4.14. Articulatie axiala de sustinere intre puntea din spate si

caroserie: 1-suport pentru montarea puntii; 2-armatura interioara; 3-

armatura intermediara; 4-armatura exterioara; 5-pastile din cauciuc

pentru controlul deplasarii spre fata; 6-insertie metalica; 7-placi

laterale din cauciuc cu insertie; 8- blocul central din cauciuc; 9-axul

de siguranta

4.2.Bratele puntilor

Bratele puntilor sunt componente ale mecanismelor plane sau spatiale

cu bare care ghideaza puntile rigide sau rotile puntilor fractionate. Forma lor

depinde de solicitarile la care sunt supuse.

Daca solicatarile sunt axiale, de intindere si de compresiune, se

folosesc brate drepte. Daca solicitarile sunt si transversale se folosesc brate

triunghiulare, trapezoidale sau in forma de “X”.

Bratele au la capete articulatii cilindrice sau sferice. In functie de

montarea articulatiilor la capetele bratului, acesta poate fi:

- cu articulatii montate direct in capul bratului (fara armatura

exterioara), situatie in care articulatia este integrata in brat, iar

schimbarea articulatiei implica schimbarea bratului;

- cu articulatii demontabile fata de corpul bratului, situatie in care

articulatia poate fi schimbata independent de brat.

Corpul bratului se executa din materiale si prin procedee diferite.

Alegerea materialului si a procedeului de obtinere depinde de destinatia

bratului, de forma sa si de solicitarile la care este supus. Se pot folosi

urmatoarele metode:

10 Brat executat din tabla din otel prin ambutisare.

Metoda se foloseste pentru bratele supuse la solicitari reduse (autoturisme) si

se aplica atat pentru bratele drepte, cat si pentru bratele triunghiulare,

executate dintr-o singura piesa sau din mai multe piese. Asamblarea pieselor

se face cu sudura prin rezistenta. Metoda este ieftina, cu productivitate

ridicata, iar in anumite conditii de proiectare permite obtinerea formei finite

a bratului fara prelucrari ulterioare prin aschiere.

20 Brat executat din otel prin forjare, dintr-o singura bucata.

Metoda se foloseste pentru bratele supuse unor solicitari mari

(autocamioane) si se aplica atat pentru bratele drepte, cat si pentru bratele

triunghiulare. Articulatiile se asambleaza demontabil in capetele bratului.

30 Brat turnat din fonta (mai rar din otel).

Metoda sa aplica bratelor triunghiulare sau in forma de “X” (brate cu forma

complicata) si supuse unor solicitari mari. Articulatiile se asambleaza

demontabil in capetele bratului.

40 Brat executat din mai multe piese forjate din otel si asamblate

nedemontabil prin strangere si sertizare la cald. Metoda se aplica bratelor

drepte si triunghiulare simetrice, cu forme simple si supuse unor solicitari

mari. Articulatiile se asambleaza demontabil in capetele bratului, sau capul

bratului constitue armatura exterioara a articulatiei.

50 Brat executat prin turnare sub presiune din aliaj pe baza de

aluminiu. Metoda se aplica bratelor drepte si triunghiulare pentru puntile

autoturismelor din clasa superioara. In general articulatiile sunt montate

nedemontabil in brat.

Bratele drepte pot avea lungime fixa sau variabila. Acestea sunt

realizate din doua sau trei bucati asamblate prin filet asigurat cu bride

elastice si se folosesc atunci cand este necesara reglarea geometriei puntii

sau a rotilor.

In figurile urmatoare se prezinta variante constructive de brate folosite

la puntile automobilelor.

Fig.4.15. Brat drept ambutisat cu sectiune deschisa variabila in “U”;

pe inima profilului, spre pivot, este realizata flansa cu patru gauri

pentru asamblarea cu tirantul si gaura cu locas sferic pentru montarea

amortizorului

Fig.4.16.Brat drept ambutisat, cu corpul din doua piese cu sectiune

constanta in forma de “U” asamblate pe latura centrala prin sudura cu

arc electric; intre articulatiile de capat, spre pivot, este realizat locasul

pentru legatura elastica cu tirantul (bratul lateral al barei

stabilizatoare)

Fig.4.17.Brat triunghiular nesimetric (alungit spre spate) realizat din

piese ambutisate din tabla asamblate prin sudare electrica si rezistiva;

articulatiile sunt demontabile

Fig.4.18.Brat triunghiular simetric realizat prin ambutisare, cu

sectiune deschisa in forma de “U”; articulatiile sunt demontabile

Fig.4.19.Brat triunghiular forjat arcuit spre spate si articulatiile sale cu

elasticitate diferita pe directii preferentiale

Fig.4.20.Brat inferior drept, forjat cu articulatii nedemontabile

Fig.4.21.Brate drepte forjate dintr-o singura bucata, cu articulatii

cilindrice demontabile

Fig.4.22.Brat drept cu lungime reglabila, executat din piese forjate

asamblate prin strangere; articulatiile nu sunt demontabile

Fig.4.23.Brat triunghiular central executat din mai multe piese forjate

asamblate prin strangere; articulatiile sunt demontabile

Fig.4.24.Brat central in forma de “X” turnat si bratul central in forma

de “V” (triunghiular simetric) pe care il inlocuieste; articulatiile sunt

demontabile

Fig.4.25.Brat triunghiular simetric cu articulatii cilindrice demontabile

si semifabricatul sau forjat

Fig.4.26.Brat drept cu corpul arcuit in sus realizat prin turnare sub

presiune din aliaj usor pe baza de aluminiu; articulatiile nu sunt

demontabile

Subansamblul cu cea mai complicata forma din compunerea puntilor

pentru autoturisme este fuzeta puntii fractionate McPherson. O fuzeta

asamblata prin sudare cu arc electric din componente ambutisate si turnate

este prezentata in figura 4.27.

Fig.4.27.Fuzeta pentru punte fata McPherson de constructie sudata,

asamblata cu butucul rotii