1

FAC. DE INGINERIE MECANICA Cat. de Autovehicule şi Motoare

PROIECTla

Construcţia şi calculul automobilelor – II

Tema: Mecanism de ghidare – MacPhersonFrâna pentru autoturism

Student: Corhana Silviu DanielSecţia AR – IFRAnul IV, grupa 1476

Îndrumător: prof.dr.ing. Ion PREDA

Anul universitar 2010-2011Semestrul I

2

1 CUPRINS

Cuprins ................................................................................................................................... 2

2. STUDIU DE NIVEL PRIVINDMECANISMELE DE GHIDARE A ROŢILOR .................................... 3

2.1 FUNCŢIUNILE SUSPENSIEI ................................................... 3

2.2 FUNCŢIUNILE MECANISMULUI DE GHIDARE ......... 7

2.3 GEOMETRIA DIRECŢIEI ŞIPOSIBILITĂŢI DE REGLARE ................................................ 7

2.3.1 Unghiurile roţii ................................................................. 7

2.3.2 Unghiurile pivotului ........................................................ 8

2.3.3 Deportul pneumatic,longitudinal şi transversal ........................................... 9

2.4 TIPURI DE MECANISMEDE GHIDARE STUDIATE ....................................................... 10

2.5 Analiza Comparativă – Avantaje – Dezavantaje .................. 10

3. ANALIZA CINEMATICĂA MECANISMULUI DE GHIDARE ..................................................... 11

3.1 POSIBILITĂŢI DE REGLARE A GEOMETRIEI DIRECŢIEI (ROATĂ ŞI PIVOT) ........................................... 11

4. BIBLIOGRAFIE ......................................................................................... 12

3

2 STUDIU DE NIVEL PRIVIND MECANISMELEDE GHIDARE A ROŢILOR

2.1 FUNCŢIUNILE SUSPENSIEI

Suspensia automobilului este destinată să atenueze sarcinile dinamice ce se transmit de la drum să imprime oscilaţiilor caracterul dorit şi să transmită forţele care acţionează asupra roţilor şi cadrului.

Oscilaţiile ce apar la trecerea automobilului peste neregularităţile drumului influenţează calităţile tehnice de exploatare ale acestuia, în primul rând caracterul de mers lin al acestuia, calităţile de tracţiune , stabilitatea ,maniabilitatea şi durabilitatea.

Suspensia automobilelor este compusă din elementele elastice, dispozitivele de ghidare, şi elementele de amortizare.

Elementele elastice contribuie la micşorarea sarcinilor, dinamice verticale, provocând oscilaţiile caroseriei de amplitudine şi frecvenţe cat mai suportabile pentru pasageri şi care să nu dăuneze încărcăturii care se transportă.

Dispozitivele de ghidare transmit componentele orizontale ale forţelor dintre roţi şi drum, şi momentele acestor forţe la caroserie, determinând şi caracterul deplasării roţilor in raport cu caroseria automobilului şi in raport cu drumul.

Oscilaţiile ce apar la trecerea automobilului peste neregularităţile drumului influenţează calităţile tehnice de exploatare ale acestuia, în primul rând caracterul de mers lin al acestuia, calităţile de tracţiune, stabilitatea, maniabilitatea şi durabilitatea.

Condiţiile principale pe care trebuie să le îndeplinească suspensia unui automobil sunt următoarele:

Să aibă o caracteristică care asigură un confort corespunzător, cu înclinări transversale reduse fără lovituri în tampoanele limitatoare şi cu o stabilitate bună.

Caracteristica amortizorului să corespundă cu cea cerută de confortabilitate. Să asigure transmiterea forţelor orizontale şi a momentelor reactive de la roată la

caroserie.

4

Să aibă o durabilitate îndelungată elementele elastice, care fac parte din elementele cele mai solicitate ale automobilului.

Să aibă o greutate minimă

Pentru asigurarea unui confort corespunzător, parametrii suspensiei trebuie să fie aleşi ținându-se seama de anumite condiţii şi anume:

Frecvenţa oscilaţiilor proprii pentru autoturisme să fie de 50-70 oscilaţii pe minut. Frecvenţa oscilațiilor proprii depinde de săgeata statică a suspensiilor şi a pneurilor şi poate fi determinată cu relaţia : ν =300/√f [oscilaţii/minut]în care f=fs+fp [cm] este săgeata statică datorită suspensiei fs şi pneurilor fp.

Rigiditatea elementelor elastice a suspensiei să fie pe cât posibil mai reduse pentru a rezulta frecvenţe proprii mici.

Amortizarea oscilaţiilor trebuie să fie suficientă astfel încât după o perioadă amplitudinile să se micşoreze de 3 până la 8 ori.

Indicele de bază al mersului lin al unui automobil este valoarea medie pătratică a acceleraţiilor verticale măsurate în locuri caracteristice.(STAS 6926/13-74).

Suspensia cu arcuri în foi semieliptice dispuse longitudinal cu caracteristică neliniară. Suspensia cu arcuri în foi cu caracteristică neliniară se utilizează mai ales la puntea din spate a autocamioanelor.

Pentru a realiza o suspensie care să corespundă în ambele cazuri, se foloseşte suspensia cu arc suplimentar.

Fig. 2 Suspensia din spate cu arc suplimentar

La sarcini mari, începe să lucreze şi arcul secundar 2, care se sprijină pe suporturile 1 ale cadrului. Ea se compune din arcul principal 3 ce lucrează singur la sarcini mici şi mijlocii.

5

Fig. 3 Suspensia cu arcuri in foi semieliptice dispuse longitudinal

Arcul în foi 6 este dispus longitudinal faţă de cadru.Un capăt al arcului este fixat printr-un bolţ de articulaţie (pentru a transmite forţele de

tracţiune şi frânare la cadru), iar celălalt prin intermediul cercelului 12 care permite arcului să se deformeze sub acţiunea sarcinii (prin încovoierea arcului distanţa dintre centrele ochiurilor foii principale se modifică).Puntea din faţă a arcului este în legătură cu cadrul prin intermediul unui bolţ de articulaţie, iar partea din spate prin intermediul cercelului 12. Pentru limitarea cursei arcului este prevăzut tamponul de cauciuc 15.

Amortizarea oscilaţiei este asigurată de amortizoarele hidraulice telescopice cu dubluefect.

Suspensie PasivăSub aceasta denumire putem include toate sistemele de suspensie

convenționale/tradiționale. Principala caracteristică a acestora este aceea ca odată instalate pe mașina, parametrii suspensiei (duritate, garda la sol) nu pot fi controlați din exterior. Toate arcurile si amortizoarele tradiționale sunt considerate elemente de suspensie pasiva.

Suspensii ReactiveToate sistemele de suspensie tradiționale sunt de asemenea reactive. Când o roata trece

peste o denivelare, schimbarea de poziție a acesteia determina suspensia sa se comprime sau sa se extindă, ca răspuns. Intr-un mod asemănător, virarea, frânarea sau accelerația determina mișcări ale suspensiei, permițând caroseriei sa se incline lateral sau fata/spate. In acest grup putem include sisteme de suspensie ce sunt capabile sa controleze garda la sol in funcție de schimbările in greutate sau in forțele aerodinamice. Acest sistem este de asemenea capabil sa reactioneze la incarcari interne, precum balansul lateral, si sa contracareze efectele. Un exemplu de sistem pasiv-reactiv este Kinetic RSF de la Tenneco. Acesta are o interconexiune pasiva ce faciliteaza impartirea egala a incarcaturii intre roti si simplifica astfel multi parametri de design si solutii constructive, cum ar fi modificarea tariei suspensiei pe o sigura roata pentru a controla balansul lateral.

6

Suspensia semi-activăLa o suspensie activă, cantitatea de energie necesară pentru reglare continuă poate deveni

prea mare.- se introduce energei în sistem, dar acastă energie este neînsemnată şi nu este folosită

pentru generarea unor forţe active, ci pentru modificarea forţelor pasive din amortizor.

Roţile unei punţi pot fi conectate la caroserie în două moduri de bază:- ca roţi independente: folosesc punţi articulate;- ca roţi dependente: se folosesc punţi rigide (elem. dintre cele două roţi redeformabile)

(ISO):

Un corp în spaţiu are 6 grade de libertate: 3 translaţii şi 3 rotaţii.Mişcările unui autovehicul sunt considerate faţă de un sistem de referinţă standardizat

- axa X paralelă cu drumul şi înainte (zvâcnire);- axa Z perpendiculară pe drum şi în sus (săltare);- axa Y se determină cu regula mărimii drepte (clătinare);- rotaţia pe axa X – ruliu;- rotaţia pe axa Z – giraţie;- rotaţia pe axa Y – tangaj.

În cazul unei roţi independente, mecanismul de ghidare trebuie să asigure doar mişcarea de săltare; această mişcare sus – jos va fi folosită pentru comprimarea arcului, celelalte grade vor trebui anulate; anularea gradelor de libertate nedorite se face prin utilizarea unor mecanisme cu bare cât mai rigide pe direcţiile pe care trebuie anuleze mişcarea, aceastea preluând forţele ce apar la roţi şi transmiţându-le caroseriei. În cazul în care folosim o punte rigidă trebuie să se asigure 1 grad de libertate pentru fiecare roată, pentru punte aceasta înseamnă că trebuie să i se permită săltare pe Z şi rotaţie după X.

Fig. 4 Suspensia puntii fata a autoturismelor Dacia

Suspensie traditionalaIn aceasta configuratie amortizorul nu este o parte structurala a sistemului de suspensie.

Aceasta inseamna ca daca ar fi stricat sau chiar ar lipsi, este totusi posibil ca masina sa poata fi condusa pina la primul service pentru a fi reparata. In aceasta situatie pozitia rotii (data de bratul inferior si superior) precum si inaltimea sasiu si sosea (data de arcul) va ramine la fel. La sistemul traditional de suspensie amortizorul si arcul sunt intotdeauna montate separat. Amortizorul folosite in acest sistem de suspensie se numeste Amortizor traditional. Cele mai des intilnite solutii de fixare a amortizorului sunt:

• Tip bucsa / bucsa• Tip bucsa / tija filetata• Tip tija filetata / tija filetata• Tip tija filetata / Tip suport U

2.2 FUNCŢIUNILE MECANISMULUI DE GHIDARE

1. Trebuie să realizeze o legătură corectă a roţilor sau şenilelor cu caroseria, trebuie să permită anumite grade de libertate şi să îngrădească altele;

2. Să diminueze vibraţiile de ecartament;3. Să menţină unghiul de cădere cât mai aproape de valorile optime;4. Să permită diminuarea mişcărilor de tangaj.5. Să asigure o poziţie ridicată a centrului instantaneu de ruliu al caroseriei pentru ca efectul

de ruliu să fie diminuat;

2.3 GEOMETRIA DIRECŢIEI ŞI POSIBILITĂŢI DE REGLARE

Destinaţia sistemului de direcţie - Sistemul de direcţie serveşte la modificarea direcţiei de deplasare a automobilului. Schimbarea direcţiei de mers se obţine prin schimbarea planului (bracarea) roţilor de direcţie în raport cu planul longitudinal al autovehiculului.

2.3.1 Unghiurile roţii

Unghiul de cadere: exprima inclinarea transversala a rotii in raport cu verticala;unghiurile de cadere a rotilor de pe aceeasi punte trebuie sa fie egale, admitandu-se abateri de maxim 30’.

Unghiul de convergenta: arata abaterile unghiulare ale planului longitudinal de simetrie ale rotilor fata de axa masinii.Valorile obtinute la masurarea convergentei nu trebuie sa difere in functie de incarcatura vehiculelor;diferentele mari sunt semnele unor jocuri in timoneria sitemului de directie.Se accepta 25’ ca diferenta maxima intre convergentele masurate cu masina incarcata si cu ea goala.

Unghiul de inclinare transversala a pivotului fuzetei: se formeaza intr-un plan perpendicular pe directia de deplasare a masinii intre verticala si axa pivotului.

Unghiul de inclinare longitudinala a pivotului fuzetei: reprezinta inclinarea spre fata masinii a axei pivotului. El trebuie sa aiba valori egale la cele doua roti admitandu-se diferente foarte mici.

Unghiurile maxime cu care se rotesc rotile directoare pornind de la pozitia neutra se numeste unghi de bracaj. Dupa cum se stie, ele nu sunt identice pentru ambele roti; roata din interiorul virajului parcurge un unghi mai mare decat cealalta.

2.3.2 Unghiurile pivotului

Unghiul de înclinare longitudinală a pivotului β (sau unghiul de fugă), reprezintă înclinarea longitudinală a pivotului şi se obţine prin înclinarea pivotului în aşa fel încât prelungirea axei lui să întâlnească calea într-un punct A, situat înaintea punctului B de contact al roţii.

Fig. 5 Unghiul de cadere

Unghiul de înclinare longitudinală a pivotului face ca, după bracare, roţile de direcţie să aibă tendinţa de revenire la poziţia de mers în linie dreaptă.

Fig. 6 Schema virajului unui automobil

Acest moment caută să readucă roata în poziţia corespunzătoare mersului în linie dreaptă şi se numeşte moment stabilizator. Prezenţa unghiului β face ca manevrarea automobilului să fie mai grea, deoarece, la bracarea roţilor, trebuie să se învingă momentul stabilizator.

Reacţiunile laterale dintre pneu şi cale apar mai frecvent în urma acţiunii asupra automobilului a unor forţe centrifuge; de aceea momentul de stabilizare realizat prin înclinarea longitudinală a pivotului este proporţional cu pătratul vitezei şi poartă denumirea de moment stabilizator de viteză.

Momentul stabilizator creşte cu cât pneurile sunt mai elastice, deoarece reacţiunea laterală se deplasează mai mult, în spate, faţă de centrul suprafeţei de contact. În general, mărirea elasticităţii pneurilor se realizează prin scăderea presiunii lor interioare.. De aceea, la un automobil cu pneuri cu mare elasticitate, pentru a nu îngreuna prea mult manevrarea, unghiul de înclinare longitudinală a pivotului β se micşorează, iar, în unele cazuri, se adoptă pentru acest unghi valori nule sau chiar negative (ajungând până la – 1°30’)

La automobilele cu puntea rigidă, valoarea unghiului β este de 3 - 9°, iar la cele cu roţi cu suspensie independentă de 1 – 3°30’.

Unghiul de înclinare transversală (laterală) a pivotului δ dă naştere la un moment stabilizator care acţionează asupra roţilor bracate. La bracare, datorită unghiului de înclinare transversală, roţile tind să se deplaseze în jos. In cazul unei bracări de 180°, această deplasare ar avea valoarea egală cu hmax, dar deoarece acest lucru nu este posibil, întrucât roata se sprijină pe drum, rezultă o ridicare a pivotului, respectiv a punţii din faţă şi a cadrului.

Fig. 7 Schema bracării rotii

Rezultă, deci, că la bracarea roţilor de direcţie trebuie învins momentul de stabilizare ce apare datorită unghiului δ, necesitând pentru aceasta o creştere a efortului la volan, şi respectiv, o înrăutăţire a manevrabilităţii automobilului.

Fig. X Axele rotii si pivotului suspensiei MacPherson

2.3.3 Deportul pneumatic, longitudinal şi transversal

Analiza gradelor de libertate necesare unei roţi/punţi rigide, se realizează de către mecanismul de ghidare prin preluarea forţelor şi momentelor corespunzătoare acestor grade de libertate ce trebuie îngrădite, rezultă mecanismul de ghidare trebuie să fie suficient de rezistent pentru a prelua forţele maxime ce pot apărea în timpul deplasării.

Deportul – aduce complicaţii mari constructive, deoarece punctul de aprindere al portfuzetei de braţele mecanismului de ghidare trebuie împins mult în roată.

2.4 TIPURI DE MECANISME DE GHIDARE STUDIATE

Punti rigide si punti articulate

2.5 ANALIZA COMPARATIVĂ – AVANTAJE – DEZAVANTAJE

Suspensia MacPherson păstrează toate avantajele suspensiei cu arbore compus faţă de cea multibraţ.

- asigura o stabilitate mai buna în linie dreapta si o directie mai precisa.- este mai uşoară şi mai compactă.- asigură, de asemenea o rigiditate mai mare a unghiului de cădere a roţilor,- permite ca garda la sol să fie ajustat în mod independent de sistemul de suspensie.- compensează mişcarea de ruliu a caroseriei şi menţine constant ecartamentul.- sporeşte substanţial stabilitatea laterală.

3 ANALIZA CINEMATICA A MECANISMULUI DE GHIDARE

3.1 POSIBILITĂŢI DE REGLARE A GEOMETRIEI DIRECŢIEI (ROATĂ ŞI POVOT)

Pentru a înţelege această condiţie, este mai bine să considerăm viteza de rulare a roţii una foarte mică, fără interferenţe; în această situaţie nu există forţe perturbatoare ce acţionează asupa vehiculului, cum ar fi, forţa centrifugă, împingerea laterală datorată vântului, forţe acceleratoare da-torate cuplului motor, etc.

O condiţie esenţială, pentru a preveni că roata să fie supusă frânării laterale ce ar fi foarte dăunătoare pneului, este ca, atunci când urmează traiectoria impusă, aceasta trebuie să fie perfect perpendiculară pe raza curbei.

4 BIBLIOGRAFIE

1 Untaru, M. ş.a. Calculul şi construcţia automobilelor. E.D.P., Bucureşti, 1982.

2 V.CAMPIAN,GHE. CIOLAN, Automobile,Brasov, Reprografia Universitatea”Transilvania”, 1989