Nicolae ANEAurelian COJCOARU Nicolae UREADiana THIERHEIMER Walter W. THIERHEIMER Optimizarea mecanismelorpentru suspendareai rularea roilorautovehiculelor Coordonator lucrare: Walter W. THIERHEIMER Editura Universitii TRANSILVANIA Braov 2008 Cuprins 3 Cuprins 1 Introducere ..................................................................................................................................................... 72 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie utilizate la autoturisme cu traciune pe fa ...................................................................................................... 15 2.1 Suspensii pentru autoturisme ......................................................................................... 152.1.1Suspensii independente cu elemente elastice metalice ................................... 162.1.1.1Suspensie independent cu arc elicoidal .................................................... 162.1.1.2Suspensie independent cu bra longitudinal de ghidare ............................ 192.1.1.3Suspensie independent cu arc elicoidal de tip picior elastic ...................... 192.1.1.4Suspensie independent cu element elastic lamelar dispus transversal ...... 202.1.1.5Suspensia independent cu element elastic bar de torsiune ..................... 212.1.2Suspensie independent cu element elastic pneumatic .................................. 242.1.3Suspensia independent cu element elastic hidropneumatic .......................... 262.1.4Suspensia independent cu element elastic mixt ........................................... 282.1.5Bare stabilizatoare ........................................................................................ 292.2Sisteme de direcie ........................................................................................................ 312.2.1Sistemul de direcie n cazul suspensiilor independente ................................. 332.2.2Sistemul de direcie n cazul punii rigide ...................................................... 342.3Mecanismul de direcie ................................................................................................. 352.4Mecanismul de direcie cu pinion i cremalier ............................................................ 362.4.1Avantaje i dezavantaje ................................................................................. 362.4.2Tipuri constructive ....................................................................................... 372.4.3Mecanism de direcie (fr bielete) ................................................................. 382.4.4Mecanism de direcie .................................................................................... 402.5Mecanism de direcie cu bile ......................................................................................... 422.5.1Avantajele i dezavantajele construciei ......................................................... 422.5.2Caseta de direcie ......................................................................................... 442.6Mecanisme de amplificare ............................................................................................ 452.6.1Sisteme hidraulice de amplificare .................................................................. 462.6.2Mecanisme de amplificare electro-hidraulice .................................................. 482.6.3Casete de direcie cu amplificare electric ..................................................... 512.7Coloana volan ............................................................................................................... 542.8Amortizoarele de direcie .............................................................................................. 582.8.1Amortizoare monotub, nepresurizate ............................................................. 593 Stadiul cercetrilor privind corelarea sistemelor de direcie i suspensie la autoturisme ..................................................................................................................................................... 61 3.1Necesitatea corelrii suspensiei cu direcia .................................................................. 613.2Aspecte privind cinematica direciei i a suspensiei ..................................................... 633.2.1Cinematica roilor directoare ......................................................................... 633.2.2Cinematica mecanismului de direcie ............................................................ 653.2.2.1Influena tipului casetei de direcie i a poziiei pe autovehicul ................... 653.2.2.2Configurarea mecanismului de direcie ...................................................... 663.2.2.3Dimensiunea i poziia bieletei .................................................................. 693.3Cinematica suspensiilor independente ......................................................................... 763.3.1Studiul suspensiei independente, cu patru bare inegale ................................ 773.3.2Efectul de virare produs de suspensia independent a punii din fa ............ 793.3.3Studiul suspensiei independente a punii din fa, cu articulaii sferice ......... 81Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor autovehiculelor 4 3.4Oscilaiile i stabilitatea roilor de direcie .................................................................... 823.4.1Oscilaia roilor de direcie ............................................................................ 823.4.2Echilibrarea roilor directoare ....................................................................... 903.4.3Stabilitatea roilor de direcie ........................................................................ 913.4.3.1Unghiul de nclinare longitudinal a pivotului ............................................ 923.4.3.2Unghiul de nclinare transversal .............................................................. 943.4.3.3Unghiul de cdere sau carosaj al roii ........................................................ 983.4.4Unghiul de convergen-divergen al roilor .................................................. 983.4.5Necesitatea meninerii unghiurilor de stabilitate n limitele prescrise ........... 1003.5Corelarea suspensiei cu direcia ................................................................................. 1013.5.1Anularea bracrii induse de mecanismele patrulatere de suspensie ............. 1023.6Micarea de ruliu i bracarea indus ......................................................................... 1043.6.1Oscilaii de tangaj i ruliu ........................................................................... 1043.7Evaluarea confortului i interpretarea spectrelor de acceleraie ................................. 1053.7.1Perturbaii datorate neregularitilor cii de rulare ...................................... 1063.7.2Filtrare prin efect de interferen ................................................................. 1074 Analiza influenei sistemelor de direcie i de suspensie asupra maniabilitii i stabilitii autoturismelor ....................................................................................................................... 111 4.1Maniabilitatea autoturismelor ..................................................................................... 1114.1.1Virarea autoturismelor echipate cu roi rigide i pivoi verticali .................... 1144.1.2Virarea autoturismelor echipate cu roi elastice i pivoi nclinai ................. 1154.2Stabilitatea transversal a autoturismelor ................................................................. 1164.2.1Mersul n curb al autoturismelor ............................................................... 1164.2.2Influena suspensiei asupra stabilitii autoturismelor ................................ 1194.3Centrul i axa de ruliu ................................................................................................ 1244.3.1Definiii ...................................................................................................... 1244.3.2Axa de ruliu ................................................................................................ 1284.3.3Centrul de ruliu n cazul suspensiilor independente .................................... 1304.3.4Centrul de ruliu la punile cu suspensie bare de torsiune ............................ 1374.3.5Centrul de ruliu n cazul punilor rigide ...................................................... 1374.3.6Influena suspensiei asupra micrii circulare ............................................. 1414.3.7Influena conlucrrii pneului cu suspensia asupra maniabilitii ................. 1425 Prezentarea obiectului cercetrilor ................................................................................................ 145 5.1Caracteristici generale ................................................................................................ 1465.2Caracteristici dimensionale i de greutate ale autoturismului .................................... 1465.3Caracteristici dimensionale ale mecanismului de ghidare al roii .............................. 1485.4Caracteristici constructive ........................................................................................... 1505.4.1Motorul ...................................................................................................... 1515.4.2Direcia ...................................................................................................... 1515.4.3Puntea fa i spate .................................................................................... 1525.4.4Roi i pneuri .............................................................................................. 1535.5Caracteristici generale ale soluiei constructive .......................................................... 1535.6Caracteristici dimensionale ale soluiei constructive .................................................. 1556 Modelarea cinematic, dinamic i matematic a sistemului roat, suspensie, direcie ............................................................................................................................................................ 157 6.1 Elemente de cinematica roilor directoare ..................................................................... 1586.2Cinematica sistemului de stabilizare mbuntit ....................................................... 1616.3Prezentarea modelelor dinamice ale autoturismului ................................................... 167Cuprins 5 6.4Modelarea matematic a micrii autoturismului ....................................................... 1696.5.1Definirea parametrilor geometrico-constructivi ai mecanismului .................. 1776.5.1.1Parametrii geometrico-constructivi ai caroseriei ....................................... 1776.5.2Parametrii geometrico-constructivi caracteristici subansamblului braului inferior al suspensiei .............................................................................................. 1796.5.3Parametrii geometrico-constructivi caracteristici subansamblului braului superior al suspensiei ............................................................................................ 1816.5.4Parametrii geometrico-constructivi caracteristici subansamblului fuzetei ..... 1826.5.5Parametrii geometrico-constructivi caracteristici subansamblului bieletei de direcie 1846.6Analiza geometrico-cinematic .................................................................................... 1856.6.1Date iniiale ................................................................................................ 1906.7Determinarea poziiei centrului de mas .................................................................... 1926.7.1Determinarea coordonatelor orizontale ale centrului de mas ...................... 1926.7.2Determinarea nlimii centrului de mas ..................................................... 194Bibliografie ..................................................................................................................................................... 203 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor autovehiculelor 6 Introducere 7 1 Introducere Automobilelengeneraliautoturismelenspecialaucunoscuto dezvoltare extraordinar ntr-un timp scurt al istoriei civilizaiei. Automobilul caprodusarevrstanjurdeosutdeaniicutoateacesteaseprevede ncoviandelungatapentruel. nprezentautomobilul estecelmairs-pndit produs industrial din lume. n scurta sa istorie automobilul a cunos-cut o perfecionare continu ajungndu-se la soluii deosebit de ingenioase, care asigur o fiabilitate ridicat i o bun siguran traficului rutier. Dintre sistemele automobilului cu influen deosebit asupra sigu-ranei circulaiei, respectiv asupra maniabilitii i stabilitii automobilului, o pondere deosebit o are sistemul de direcie. De aceea, n cursul timpului, s-aacordatoateniedeosebitperfecionriiacestuisistemicorelriico-respunztoare a lui cu celelalte sisteme ale automobilului, respectiv cu sus-pensia i sistemul de rulare. Studiuluioptimizriicorelriifuncionriidirecieicususpensiai s-a acordat i i se acord o atenie deosebit, lucru evideniat i n literatura de specialitate. ntimpulrulriiautoturismelor,datoritinteraciuniipneu-carosabil,aparoscilaiialesistemuluiderulare,careprinsuspensiesunt transmise i celorlalte subansambluri ale acestora. Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 8 Importanadeterminriioscilaiilormaselorautoturismuluirezid dinfaptulcasiulicaroseriaauomicareproprientimpulrulrii. Aceast micare determin oscilaii de ruliu i de tangaj, care, n funcie de regimul de deplasare, pot duce la efecte nedorite: uzuri premature ale pneu-rilor,disconfortpentrupasageriicelmainefavorabilefectfiindbracarea indus. nconstruciadeautoturisme,pelngparametriiconstructivi, funcionali i de fiabilitate, trebuie s se in neaprat seama i de influena acestora asupra conductorilor auto, pasagerilor i a mrfurilor transportate cuacestea.Confortuldeplasriiestedeterminatnprimulrnddecompor-tamentul suspensiei punii din fa [48, 57, 103]; iar stabilitatea este influ-enat n special de puntea din spate [33, 78, 81, 93, 118]. Tipuriledesuspensieimecanismededireciecarepnmaiieri se considerau moderne i de actualitate, astzi sunt deja nvechite, depite dinpunctdevederetehnic.Dinaceastcauzsecautnoisoluiitehnice, pentruambunticonfortulisiguranndeplasareaautoturismelor, care s fie oferite cumprtorului. nultimiiani,mecanismuldeghidarealroiis-adezvoltatfoarte mult,atttehniccticalitativ,fcndu-iapariianoisoluiiconstructive de puni fa i spate pe piaa construciilor de autoturisme. Ca urmare, re-zultnecesitateaoptimizriicorelriifuncionriidirecieicususpensia,ca rspuns la cerinele impuse de confortul i siguran n traficul rutier la de-plasarea autoturismelor. Limitele cercetrii sunt impuse de cerinele constructive i funcio-nale, care trebuie ndeplinite de mecanismele suspensiei i direciei, precum i de nivelul tehnologic prevzut pentru fabricaie. Ciledelucruadoptate,nstudiuloptimizriicorelriisuspensiei cu direcia i de reducere a fenomenului de bracare indus, prin diminuarea oscilaiilorderuliu,suntndirectdependencuposibilitileteoreticei experimentale de cercetare, a comportamentului dinamic de drum al autotu-rismului, avute la dispoziie. Elaborarea sistemului teoretic utilizat n cercetarea comportamen-tuluidinamicdedrumalautoturismelor,cutraciunepefa,presupune Introducere 9 determinareaunordate,carecaracterizeazvariaiantimpaforelori momentelorexterioareiaproprietilorelementelorcomponentealesiste-mului. Conceptul de comportament dinamic de drum, caracterizat n mare parte de stabilitate-maniabilitate, dar nu n totalitate, poate fi definit din mai multe puncte de vedere: nopticaconductoruluiauto,comportamentuldinamicdedrum esteoproprietatedeosebitaautoturismului,apreciindprinaceastars-punsul la comenzile date i a modului n care este el stpnit n diferite si-tuaii normale/limit. Psihologiaautoprincomportamentdinamicdedrumnelegen general comportamentul subiectului, adic al conductorului auto, n timpul conducerii unui autovehicul. Deci, pentru psiholog prezint interes aciunile conductorului auto n stare de stres, ncrcare psihic i fizic, generat de situaiile diferite din trafic, n timpul conducerii. Dinpunctdevedereainterpretriimicriiautoturismuluieste necesarcunoatereatraiectorieiautoturismuluipecarosabil,careestede mare importan. Comportamentul dinamic de drum n acest caz este dat de maniera de conducere, pentru mai muli conductori auto cu stiluri diferite de conducere, n abordarea i-n timpul realizrii virajului [112, 137, 185]. Toateacesteconsiderentenucaracterizeazntotalitatecompor-tamentul dinamic de drum, ci numai parial, deoarece ele descriu fie stabili-tatea-maniabilitateaautoturismului,fiecomportamentuldinamicalcondu-ctorului auto. Pe la mijlocul anilor 1960, s-a corelat studiul comportamen-tuluidinamicdedrumcustudiulaccidentelordecirculaie,s-auintrodus noiunile de siguran pasiv i siguran activ i comportamentul dinamic dedrumafostatribuitsiguraneiactive.Aceastansemnndc,unbun comportament dinamic de drum contribuie la reducerea numrului de acci-denterutieredatoratefactoruluitehnicsauafactoruluiuman.Reducerea riscului de accident, prin mbuntirea siguranei active, este unul din obi-ectivele principale avute n vedere de constructorii de autovehicule. n acest caz optimizarea corelrii suspensiei cu direcia, care duce la un bun compor-Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 10 tament dinamic de drum al autoturismului, are un rol i un loc important n cercetarea, dezvoltarea i construcia autoturismelor. Deoarece cauzele accidentelor de circulaie, pe lng conductorul auto i autovehicul, sunt influenate n mod deosebit i de mediul nconjur-tor,estenecesarca,dinperspectivareduceriiacestora,stabilitateantregu-luisistem,conductorauto-autovehicul-mediunconjurtor,sfiestudiat mai n profunzime. Dup comenzile date de conductorul auto urmeaz rs-punsul autovehiculului (autoturismului) prin reacia lui pe carosabil, ceea ce l oblig pe conductorul auto la noi aciuni i comenzi. Perturbaiile i con-diiile mediului nconjurtor, cum ar fi: starea i natura suprafeei carosabi-lului sau condiiileatmosferice; acioneaz asupra celor doi factori, influen-nd aciunile i comenzile conductorului auto i, respectiv, traiectoria au-toturismului. Deci, comportamentul dinamic de drum caracterizeaz stabilitatea generalasistemuluicucircuitnchis,conductorauto-autoturism-mediu nconjurtor. Pelngevaluareasubiectivacomportamentuluidinamicde drum,ncercrileimsurtoriledinamiceaudevenitunmijlocimportant de ajutor n dezvoltarea autovehiculelor. Dorina general, bazat pe experiena acumulat de inginerii cer-cettori, a condus n ultimii ani la implementarea tehnologiilor de vrf de n-cercare, msurare i achiziie de date, care stau la baza realizrii de modele noiiperfecionarealor,princomparareaiinterpretareadatelor.Pebaza acestor dezvoltri au luat fiin metode de ncercare pentru evaluarea noilor modele, soluii constructive, care fac posibil achiziionarea de date i n si-tuaiicritice(periculoase)dedeplasare,deoarecelancercareamodelului propus, se aleg i aceste tipuri de manevre, situaii i trasee, care pot fi: sur-se de accident; apar n faza premergtoare accidentului rutier sau n timpul accidentuluirutier,manevredeevitarealui.Astfelserealizeaziaprofun-darea cunotinelor privind legtura dintre stabilitate-maniabilitate i cauze-le accidentelor rutiere (ele trebuind dezvoltate permanent, n mod continuu). Pentru eficientizarea lucrrilor de cercetare, dezvoltare, prin meto-dancercri-msurtori,estenecesarcrezultateleobinutelancercarea Introducere 11 diferitelormodele,soluiiconstructive,spoatfipuseladispoziiaingine-rului cercettor n cel mai scurt timp posibil (dac este posibil chiar pe dura-ta ncercrilor). Pentru ndeplinirea acestor cerine se utilizeaz, la achiziia iprelucrareadatelor,nprimulrndcalculatoarenumericedetipPCpu-ternice (vitez mare de calcul, capacitatea sporit a memoriei operative i vi-tez de acces, facilitile grafice). Posibilitile de lucru ale computerelor ac-tualeaupermisadoptareaunortehnicidecercetarecomplexe,carepermit simulareancelemaibunecondiiiaproceselorreale.ncazulconcretal cercetrii comportrii dinamice a autoturismelor, particularizate pentru ana-liz stabilitii i maniabilitii autoturismelor, suportul oferit de computere permiteutilizareaunuiaparatmatematicputernicpentruachiziia,prelu-crarea i interpretarea datelor. Comportamentul dinamic bun de drum, care caracterizeaz o sigu-ran activ ridicat, necesit studii i ncercri de dinamica autoturismului ngeneralistabilitate-maniabilitatenspecial,amnunitedemaream-ploare. Pn n prezent sunt foarte multe lucrri care se ocup cu studiul teoreticalcomportamentuluidinamicalautoturismelor.nlucrareadefa s-acutatgsireaunorsoluiidembuntireastabilitii-maniabilitii, prin reducerea oscilaiilor de ruliu. Pentru aceasta, s-a proiectat i realizat o soluie constructiv nou de diminuare a micrii de ruliu a caroseriei auto-turismului.Aceastsoluies-arealizatprinplasareabareistabilizatoarea punii motoare i directoare din fa a autoturismului n poziie posterioar a acesteia i introducerea unor bielete pendulare cuplate cubraele cremalie-rei casetei de direcie. Obiectivulprincipalallucrriilreprezintcercetareateoretici experimentalautilitiiacesteisoluiiconstructive.Prinaceastaseurm-rete optimizarea corelrii sistemului de direcie cu cel de suspensie, n sen-sulspoririisiguraneiactiveaautoturismului,avutnvedere,nspecialla intrarea i ieirea din viraje. Pentru soluionarea problemelor complexe, care apar,s-auelaboratmodeleledinamiceimatematiceadecvate,caresper-mit descrierea micrii autoturismului att la deplasarea n viraj ct i rec-tilinie. Aceste modele stau la baza simulrii micrii autoturismului n con-Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 12 diii ct mai complexe de drum n scopul evidenierii avantajelor i a neajun-surilorsoluieipropuse.Cercetrileexperimentalerealizatecuaparaturi tehnologii noi de msurare i achiziie de date, au scopul de a confirma jus-teeamodelelorpropuseideaevideniapracticavantajelenoiisoluii. Combinarea celor dou aspecte ale cercetrii (teoretic i experimental) trebu-ie s conduc la stabilirea unor procedee noi de corelare a direciei cu sus-pensia la autoturisme. Avndnvedereacesteconsiderentelucrareaestestructuratn asecapitole.Astfel,ncapitolulunu-Introducere-suntdefinitecerinele impuseautoturismelordinpunctdevederealsiguraneiactiveacirculaiei rutiere. ncapitoluldoi-Stadiulactualalsoluiilorconstructivedesus-pensiiisistemededirecieutilizatelaautoturismecutraciunepefa- suntprezentateprincipalelesoluiipentruacestesistemeiseanalizeaz avantajele i dezavantajele acestora din punctul de vedere al comportamen-tului dinamic i al siguranei active. Capitolul al treilea - Stadiul cercetrilor privind corelarea sisteme-lordedirecieisuspensielaautoturisme-definetenecesitateacorelrii suspensiei cu direcia i prezint principalele modele cinematice, dinamice i matematice utilizate pentru studiul teoretic al acestei corelri. n capitolul al patrulea - Analiza influenei sistemelor de direcie i desuspensieasupramaniabilitiiistabilitiiautoturismelor-suntpre-zentateprincipaleleconsideraiiprivindinflueneleacestorsistemeasupra comportrii dinamice a autoturismelor n special la deplasarea curbilinie. ncapitolulalcincilea-Prezentareaobiectuluicercetrilor-sunt prezentate datele tehnice principale ale autoturismului DACIA 1310 pe care s-aurealizatcercetrileteoreticeiexperimentale.Deasemenea,estepre-zentat succint noua soluie constructiv de diminuare a micrii de ruliu a acestui autoturism. Capitolul al aselea - Modelarea cinematic, dinamic i matemati-c a sistemului roat, suspensie, direcie - prezint modelele utilizate pentru studiul teoretic al comportrii dinamice a autoturismului, la deplasarea rec-tilinie i curbilinie, echipat cu soluia standard i cea propus de diminuarea Introducere 13 a micrii de ruliu. S-a avut n vedere un model dinamic generalizat cu apte grade de libertate. Acest model poate fi supus aciunii factorilor perturbatori exteriori, din partea cii de rulare i interiori indui de geometria de aezare a roilor directoare i a sistemelor de compensare a micrii de ruliu a auto-turismului. Tot n acest capitol sunt prezentate i metodele de determinare a mrimilorfiziceigeometricecareintrncompunereamodelelorteoretice de studiu. Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 14 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 15 2Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie utilizate la autoturisme cu traciune pe fa 2.1 Suspensii pentru autoturisme Tipul suspensiei este determinat de construciaelementuluielasticiaelemen-tului de ghidare [2], [3], [41], [55], [135]. Duptipulelementuluielastic, suspensiilesempartnsuspensiicuele-mente: metalice(arcurilamelare,eli-coidale, bare de torsiune); din cauciuc; pneumatice; hidropneumatice; mixte (combinarea a dou sau Fig. 2.1 Fig. 2.2 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 16 mai multe elemente elastice). Dup tipul elementului de ghidare, sunt: suspensii cu punte rigid, suspensii independente. Suspensiaindependent(puntearticulat)eliminlegturarigid nemijlocitdintreroileautovehiculului.Rolulgrinziipuniiestepreluatde ramsaucaroseriaautoturismului.nfunciedeplanulncarese deplaseazroatadirectoarelaridicareapeverticalaacesteia,suspensiile independente se clasific n suspensii cu deplasarea roilor n: plan vertical fig.2.1; planvertical-transversalfig.2.2prin:prghiedesuspensiepozi-iaa,patrulaterdesuspensiepoziiab,parale-logram de suspensie poziia c, mecanism cu cu-lis poziia d. - unghi de cdere, E - ecartament i - variaiile unghiului de cdere) planvertical-longitudinalfig.2.3:cu prghie poz. a., cu paralelogram poz. b.; plan intermediar. 2.1.1Suspensii independente cu elemente elastice meta-lice 2.1.1.1Suspensie independent cu arc elicoidal Soluiaconstructivauneisuspensiiindependente,lacarearcul elicoidalestedispusntrecadruibraulsuperioralpatrulateruluideghi-dare, este prezentat n fig.2.4. Fuzeta face corp comun cu biela patrulateru-lui (pivot fals), fiind legat de prghiile mecanismului de suspensie prin arti-culaii sferice. n acest fel fuzetei i este permis att micarea de rotaie n planul mecanismului (la trecerea peste denivelri), ct i micarea de braca-re, n jurul axei comune a articulaiilor sferice. Fig. 2.3 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 17 Prinmontareatiran-tului1dinfig.2.5setrans-mitentrelonjeronibraul superiorforeledetraciune idefrnarelacadrulauto-turismului.Cuajutorulti-rantuluisepoatereglaun-ghiuldenclinarelongitudi-nalapivotuluiprininter-mediulpiulielordereglaj2 sicontrapiulielor3.Trans-mitereaforelorverticalede labraulsuperiorlacarose-riesefaceprinintermediul amortizoruluitelescopic2 pnlataleruldesprijinal arcului1.Tijaamortizorului sefixeazpecaroserieprin tampoaneelasticedincau-ciuc, care permit deplasri unghiu-lare pentru amortizor. Suspensiaindependent folositlaautoturismeleOpel Kadett C fabricate ntre anii 1973-1979 i Chevette fabricate pn n anul 1985 este prezentat n fig.2.6 unde suportul detaabil al suspensiei este montat rigid cu lonjeroanele asi-ului, fr a fi folosite elemente elastice din cauciuc. Caracteristic este faptul c, braul superior susine amortizorul telescopic, elementul elastic fiind cu-prins ntre braul inferior i suportul suspensiei. Mecanismuldedireciecucremalieraestemontattotpesuportul suspensiei constituind un tot unitar, suspensie-directie-ansamblu roat, ce- Fig. 2.4 Fig. 2.5 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 18 eacepermitereglarea geometrieiroilorna-inte de a fi montate pe ramsaucaroseria autoturismului. Suspensia autoturismului Renault18,cudou braeicuelement elasticdispusntre aripainterioarisu-portuldepeamortizo-rultelescopic,este prezentatnfig.2.7. Soluiacuamortizorultelesco-picmontatpebraulsuperior este urmarea ctigrii spaiului dintreceledoubraenecesar arboreluideantrenarealroii. Dereinutfaptulc,elementele suspensiei(braele,tirantii, amortizorultelescopicibara stabilizatoare)icasetadedi-recie se monteazdirect pe ca-roseria autoturismului. Suspensieasemn-toare cu cea a autoturismelor Renault 18, 20 sau Fuego este suspensia au-toturismului Renault modelul 30 TX. De reinut faptul c, suspensia autotu-rismului Dacia 1300 ct i a modelelor derivate din acesta este asemntoa-recususpensiaautoturismuluiRenaultmodelele12(identice),18,20,30 TX. Fig. 2.6 Fig. 2.7 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 19 2.1.1.2Suspensie independent cu bra longitudinal de ghidare Practicsecautsoluiacon-structivcaresdescarcearipileinter-ioare n raport cu partea frontal a peda-lieruluiautoturismului,pecaresfie montate braul longitudinal de ghidare i elementulelasticelicoidal.Oastfelde suspensieestefolositlaautoturismele Rover TC i prezentat n fig.2.8 cu pozi-iaelementuluielasticaproapeorizonta-l,acestaestesprijinitdepedalierulautoturismului.Amortizorultelescopic este montat ntre bra i caroserie. 2.1.1.3Suspensie independent cu arc elicoidal de tip picior elastic nliteraturadespecialitatenusemaifolosetenoiuneadesus-pensietipMc.Pherson,deoareceoseriedefirmeauadusmodificriim-buntiri acestei suspensii i de aceea se va folosi noiunea de suspensie cu picior elastic. Prima apariie a piciorului elastic de ghidare a fost n anul 1965 la autoturismulPeugeot204,nanul1966aaprutlaFord12,15,M/P6,n 1967 la Audi - NSU Ro 80 i 1969 la Fiat 128 [135], [136]. Dotarea propriu-zis a autoturismelor cu astfel de suspensii s-a impus dup anii '70. Practic toate tipurile moderne de autoturisme, cu puntea fa motoare, au acest tip de suspensie independent, cu poziia arcului elicoidal nclinata i articula-iasfericinferioartranslatatspreroat,realizndu-seastfelunbrade rulare (deport) r0 negativ. Modificarea nensemnat a ecartamentului i a n-clinrii roilor n timpul deplasrii lor pe vertical reprezint avantajul aces-tei suspensii. Amortizorul telescopic este inclus n mecanismul de suspensie, care,mpreuncuarticulaiasferic,stabilescaxaderotaieapivotului fig.2.9. Fig. 2.8 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 20 nfig.2.10esteprezentatsuspensiapuniifaaautoturismului Audi 80, cu bra de rulare r0 negativ (r02.1.1.4Suspensie independent cu element elastic lame-lar dispus transversal = - 17 mm) i amortizorul telescopic poziionataproapevertical.Elementulelasticarepoziieoblic,concentric cu axa pivotului. Aceast variant constructiv este obinut prin nlocuirea braelor inferioarecuunarcdinfoidispus,transversal,carepoatefifixatntr-un punct sau n dou puncte. Fig. 2.10 Fig. 2.9 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 21 Amortizorultelescopicestedispusntrebielamecanismuluide suspensie i cadru, iar pivotul real este introdus n interiorul bielei, fig.2.11. Acest tip de suspensie este folosit la puntea din fa a autoturismului Opel Kadett.Suspensiaestemontat,lafelca idirecia,pesuportulsuspensiei.Prin aceastasepoatereglafoarteuorgeome-triaroilor,naintedemontareaacestora peasiu.Arculcufoidispustransversal poatepreluaforeledepeoricedireciei vanlocui:doubraeinferioare,arcurile elicoidaleibarastabilizatoarenmarea majoritate a cazurilor. SuspensiafalaautoturismulFiatmodelele1800i2300esteo suspensie cu dou brae oscilante, braul superior 1 fiind de form triunghi-ular iar de braul inferior 2 este fixat elementul elastic, bara de rsucire 3, dispuslongitudinalfig.2.13.Reglajulbareidersucireseefectueazprin intermediul prghiei de reglare 4. 2.1.1.5Suspensia independent cu element elastic bar de torsiune Pentruaasiguraspaiuldetrecerepentruarboriideantrenarese folosescca,elementeelasticearboridersuciredispuilongitudinal,nloc de arcuri elicoidale montate pe braul superior. La folosirea barelor de torsi-une apare posibilitatea c materialul s fie folosit judicios i totodat se rea-lizeaz o uoar cretere a gradului de amortizare. Dei nu sunt att de rspndite ca arcurile elicoidale, arcurile bar de torsiune au obinut n ultimul timp o ntrebuinare destul de larg att la autoturisme, ct i la autocamioane i autobuze. Elementulelastic,baradersucire,asigursuspensieioseriede avantaje: ocup loc mai puin dect arcurile elicoidale (prin montarea lor n lonjeroanele asiului); durabilitate mai ridicat, au o greutate redus, astfel contribuind la reducerea greutii maselor nesuspendate ale autoturismului, Fig. 2.11 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 22 realizeazodistribuiemaiavantajoasasarcinilorpecadru(ncazuldis-punerii longitudinale); lipsa frecrilor interne. Comparativ cu arcurile elicoidale, barele de rsucire au un proces tehnologicdeexecuiemaicomplicat,dispunereapeautoturismesteinco-mod i pentru a realiza un confort ct mai bun necesit lungimi mari de lu-cru. La autoturismul Renault 16R, aa cum susine productorul, lungimea mare a barelor de torsiune asigur un confort deosebit. Constructiv, arcurile bar de rsucire se realizeaz n urmtoarele variante: *bar de seciune circular fig.2.12 - a *bar de seciune dreptunghiular fig.2.12 - b *mai multe bare de seciune circular fig.2.12 - c *din lamele suprapuse fig.2.12 - d *combinat ntre cilindru de rsucire i bar de seciune circular fig.2.12 -e Folosirea arcurilor bar de torsiune lamelara n locul celor cu sec-iunecircularducelamicorarearigiditiisuspensieiilaevitareaieirii din funciune a elementului elastic n cazul ruperii unei lamele. Arcurilebardersucirepotfidispuse longitudinalsautransver-sal. Barele de rsucire longitudinale 1 pot fi elemente elastice pentru o sin-gur punte fig.2.13. Sau pentru ambele puni fig.2.14. Pentru a nu prelua i momente de ncovoiere, barele de rsucire mai lungi au reazeme intermedia-re fixate pe caroserie. Raportul dintre lungimea braelor oscilante ale suspensiei se alege astfel nct s se asigure o rigiditate minim la ncrcarea static i o mrire progresiv a rigiditii la destindere i comprimare. Fig. 2.12 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 23 Suspensia falaautoturismul Fiat modelele 1800 i 2300 este o suspensie cudoubraeoscilan-te,braulsuperior1 fiinddeformtriun-ghiulariardebraul inferior2estefixat elementulelastic,bara dersucire3,dispuslongitu-dinal fig.2.15. Reglajul barei de rsucireseefectueazprinin-termediul prghiei de reglare 4. Fiat folosete bare de rsucire3,avndlungimema-re,lamodelul130construit pn-n1977reprezentatn fig.2.16.Cursaactivasus-pensiei este de 160 mm. Cap-tul din spate a barelor de rsu- Fig. 2.13 Fig. 2.14 Fig.2.15 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 24 cireestepreluatdectreogrindtransver-salmontatpeasiucuajutoruluruburi-lor4iabucelordincauciuc10,izolnd astfel zgomotele care ar putea fi introduse n interiorulcaroserieidectresuspensie.Cu ajutorulurubului8seacioneazexcentri-cul6reglndu-seastfelgardalasol,dup caresestrnge(blocheaz)contrapiulia7, fig.2.17. Pentruarealizasimplitateacon-strucieisefolosetegrinda9careesten acelai timp suport i pentru motor, i se monteaz pe structura autoturis-muluicuajutorulorificiilor2.Forelelongitudinalesuntpreluatedectre bara stabilizatoare 1 montat anterior grinzii 9. n acest caz aripile interioare preiau doar forele introduse de ctre amortizorul telescopic. 2.1.2Suspensie independent cu element elastic pneu-matic Elementulelasticpneumaticsentrebuineazcuprecderela suspensiaautovehiculelorlacaregreutateamaseisuspendatevariaznli-mitelargi,nfunciedencrctur(autobuze,autocamioane,autotrenuri etc.) dar se pot ntlni i la autoturisme. Pentruautoturismesuntfolositediferitetipuriconstructivede elemente elastice pneumatice.Cele mai des ntlnite sunt: cu burduf Fig. 2.17 Fi. 2.16 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 25 cu tub Suspensia cu element elastic pneumatic cu burduf poate fi cu unul sau mai multe etaje. Burdufulpropriu-zis1,prezentatnfig.2.18.esteformatdintr-un cord(nylonsaucapron)cauciucat.Etajelesuntdelimitatedectreinelul metalic 2 care limiteaz totodat deformaiile radiale ale burdufului. Etana-reasefacecuajutorulineluluifasonat3,flanele4iuruburi.Aceast metod este folosit de ctre firma Continental, alte soluii de etanare sunt date i de firmele Firestone i Dunlop. Cursa util este de pn la 400 mm. Suspensia cu element elastic pneumatic cu tub fig.2.19. Cursaactivlaacesttip de element elastic este de 300 mm. Pistonul5ntimpulfuncionrii executomicaredetranslaien interiorultubului1prinnfura-reaacestuiapepiston.Taloanele2 i 3 acoper umerii 11 ai talerului 4 respectivalpistonului5.Lapartea inferioarapistonuluisuntsudate urubul de montaj 6 i talerul limi-tator7.nmomentulcomprimrii maxime a tubului, talerul 7 intr n contactdirectcuelementulelastic Fig.2.18 Fig.2.19 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 26 suplimentar 8 la interiorul cruia se afl canalul de refulare 10 care comunic cu orificiuldininteriorulurubuluide montaj 9. 2.1.3Suspensia indepen-dent cu element elastic hidropneu-matic AutoturismulCitroenBX, primulcareareoastfeldesuspensie. Toatforadelucruestepreluatde azot care se afl n sfera 1, subpresiu-ne.Omembransepargazuldeuleiul hidraulic,mprindsferandou fig.2.20. unde diametrul pistonului 7 es-te de 22 mm, cursa util 182 mm. Sfera 1 este montat n capacul 2 al amortizo-rului telescopic.Piulia 12 se monteaz pe cilindrul 3 strngnd capacul 2 asigura-t fiind de urubul 21 care are rol i de urub de etansare. Uleiul hidraulic umple pistonul 7 la interior care i exercit presiunea asupra tijei de sprijin 13 sudat de baza cilindrului 6. Pistonul 7 se ghideaz n cilindrul 3 cu aju-torul suprafeei de ghidaj 20 avnd lungime foarte mare.Lamargineainferioaralungimiideghidajseaflineluldeetan-are 19. Pistonul este ncrcat axial iar pentru a se evita mersul greoi n ca-zul depirii de tolerane, presiunea de comprimare va fi preluat de capacul pistonului.Prin aceste msuri se reduce valoarea forelor n direcie radial i frecareadenepenire.Inelulfiletat14areroluldeetanareighidare, avndpeelmontatunineldinmaterialplasticcaregliseazncilindrul6. Elementele 14 i 15 preiau momentele laterale i longitudinale. Fig. 2.20 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 27 Pe inelul filetat 14 este mon-tattamponullimitatorlatraciune9 ntimpuldestinderiimaxime.Acest tamponintrncontactcupartea ferioarapiuliei5pecaresunt tatedispozitiveledeghidarei re15.Pentrumicorareafrecriin interioruldispozitivului15seaflun inel confectionat din teflon, iar pentru amenineoghidareperfectchiari laapariiaunormicimomentede covoiere ale cilindrului 3 ntre piesa 5 idispozitivul15estemontatuninel elasticdecentrare.Lapartea ioaradispozitivului15estemontat unineltipOcontraimpuritilor. Burduful8areprevzutdouorificii de aerisire 17. nfig.2.21.seobservmodalitateadeasamblareaamortizorului telescopicdearipainterioarprinuruburile23.Amortizorultelescopicse sprijinnfuzetaroii,poziionatdectrepana22dinfig.2.47.Lacompri-mare intr n aciune limitatorul de comprimare 11 fcnd contact cu inelul filetat14.Lafiecarecursdecomprimareseproduceosuprapresiunen spatiul23,iaruleiulpierdutpelngineluldeetansare19serecupereaz prinventilulderecuperare10.Pentruobinereauneilungimimaimaride lucru s-a adus nspre partea superioar tamponul 4 i elementul 18. Se mai observ montarea oblic a axului 25 al braului inferior de ghidare cu scopul diminuriitangajului.Suspensiafiindfoartemoale,ipentruameninen limitelenormalemomentulderuliualcaroserieibarastabilizatoare26are diametrul 22,5 mm fiind legat prin intermediul tijelor 27 de ctre braul in-feriordeghidare.Colierul29monteazbarastabilizatoare26pesuportul 28. Ca i arcurile elicoidale elementele elastice hidropneumatice preiau forte numai pe vertical. Fig. 2.21 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 28 n fig.2.22. este dat soluia elementu-luielastichidropneumaticafirmei constructoa-reCitroen,compusdinsemisferasuperioar 12 n care se afl azot sub presiune i semisfera inferioar care face corp comun cu cilindrul 5 n careseafllichidhidraulic.Celedouvolume ale semisferelor sunt delimitate de membrana 2. Umplereacuazotsefacepelaorificiuldeum-plere1.Conductadelichid11comuniccuci-lindrul 5 n care lucreaz pistonul 10 sprijinit pe tijaamortizoruluitelescopic8,tijcareintrn contact cu braul de ghidare. Lichidul scpat pe lngsistemuldeetanare7esterecuperatcu ajutorul returului 9. n timpul comprimrii sus-pensieiuleiulestecomprimatdectrepiston prin ventilul 4 al amortizorulului telescopic n interiorul semisferei inferioare acionnd asupra membranei 2 i a azotului. n timpul destinderii azotul fi-ind comprimat acioneaz prin intermediul membranei asupra lichidului hi-draulic refulndu-l n interiorul cilindrului 5. 2.1.4Suspensia independent cu element elastic mixt Suspensiaindependentntrepteesterealizat,ngeneral,prin combinareaadoutipuridiferitedeelementeelasticeicareaudeobicei legi diferite de variaii a rigiditii n funcie de sarcin. Scopul acestor sus-pensii este obinerea unei caracteristici elastice neliniare. nanul1984firmaMitsubishiaducemodelulGalantRoyalpe piaa european cu o suspensie combinat ntre arcuri elicoidale i element elasticpneumatic,prezentatnfig.2.23. Elementulelasticpneumaticavnd roldeelementelasticsuplimentar(corectorderigiditate),ntrebuinatm-preun cu amortizorul telescopic, este un arc cav din cauciuc. Introducerea arcurilor cave din cauciuc, ca arcuri suplimentare n suspensia autoturisme-lor, contribuie la mbuntirea confortabilitii i la mrirea durabilitii ar- Fig. 2.22 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 29 curilorprincipale.Amortizorultelescopic creaz dup principiul amortizoarelor telescopi-ce bitubulare. Aceast construcie a suspensiei faceposibilreducereamomentuluideruliui a tangajului (frnare sau traciune). Trecereadepepoziiamoalepepozi-iadursepoatefacemanualsauautomat. Partea pneumatic 2, 3 avnd i rolul de a regla nivelul vehiculului fa de sol astfel nct la vi-teza de deplasare de 90 Km/h s realizeze mic-orarea grzii la sol. Astfel la viteze mari de de-plasare sau la frnri brusce ventilul 4 al amor-tizorului telescopic va fi acionat n fraciuni de secunddectretijadeacionare9prinrsu-cirea ei, care se afl n interiorul tijei 8 a amor-tizoruluitelescopic.Elemen-tuldelucru1acioneaz ventilulprincipal5,ventilul de ocolire 6 i ventilul de re-fulare7.Camerasecundar 2senfoarpeelementul pneumatic 3. De reinut este fap-tulcarcurilecavedincau-ciuc au capacitate mare de a disipaenergia,suntuorde montat n suspensie, au rezilien mare i histerezis destul de mic. 2.1.5Bare stabilizatoare La autoturisme, n funcie de tipul suspensiei se folosesc bare sta-bilizatoaresimple,darcuformconstructivdiferitnfunciedesoluia Fig. 2.23 Fig. 2.24 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 30 constructiv, avnd ca scop micorarea oscilaiilor de ruliu i mrirea stabi-litii autoturismului n viraje. Stabilizatoarele sunt n general bare de rsucire dispuse transver-salfadeaxlongitudinalaautovehicululuiisefixeazdirectsauprin prghii intermediare de braele de ghidare ale suspensiilor independente. n fig.2.24esteprezentatmoduldemontarealuneibarestabilizatoare1. Aceasta este legat la capete prin intermediul tijelor 6, de braele suspensiei 2 i 3, iar n partea central de cadrul autoturismului prin bucele de cauci-uc 4 i 5. Datorit nclinrii autoturismului n timpul virajelor, cele dou ca-petealestabilizatoruluiserotescnsensuridiferite,ceeaceducelatorsio-narea barei 1. Rezistenalarsucireabareistabilizatoruluireducetendinade nclinare spre exteriorul virajului a caroseriei, prin limitarea comprimrii su-plimentare a arcului exterior virajului i a destinderii celui din interior. Dac deplasrile verticale ale celor dou roi sunt egale, bara stabilizatoare 1 se va roti n bucele de cauciuc 4 i 5 fr a se deforma. Cele mai rspndite stabilizatoare sunt de form U i pot fi monta-te att anterior ct i posterior fa de punte. Fig. 2.25 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 31 Diferiteformeconstructivedestabilizatoaresuntprezentaten fig.2.25 iar n anexa 2 fig.2.5 sunt prezentate barele stabilizatoare folosite n timpulprobelor.Poziiilee,f,g,reprezintstabilizatoarefolositelaautotu-rismele Mercedes modelele 190 i 190 E cu diametrul de 22 mm, realizate de fabricconstructoareKruppBruninghaus.Materialulfolositestesrmade oel pentru arcuri, modelat la rece. 2.2Sisteme de direcie n cazul autovehiculelor, conductorul auto trebuie s menin di-recia de deplasare prin intermediul modificrii unghiului de rotaie al vola-nului. Cu toate acestea, nu putem spune c exist o relaie ntre unghiul de rotaie al volanului i modificarea efectiv a direciei de deplasare a autove-hiculului, deoarece corelarea urmtorilor factori nu este definit de o funcie liniar. n figura 2.26 se prezint rspunsul ntrziat al roii dreapta, atunci cnd volanul se bracheaz cu 100 n timp de 0.2 secunde, cunoscut ca pas de virare. La roi se genereaz unghiul de alunecare f = 7 la ambele roi. Se ine cont i de un unghi r foarte mic la roile punii spate. Pe parcursul pe-rioadei de msurare, acest unghi este mai mic dect fRevenirea la poziia neutr a volanului; .: Modificarea unghiului de bracare al roilor de direcie; Dezvoltarea forelor laterale la nivelul pneului; Modificarea direciei de deplasare. Fig. 2.26Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 32 Acestea rezult din caracteristica elastic a componentelor structu-riiautovehiculului.Pentruameninesauschimbapoziiadedeplasarea unui autovehicul, conductorul auto trebuie s corecteze n permanen un-ghiul de rotaie a volanului. Pentru a face acest lucru, conductorul auto va trebuisinseamadeoseriedeinformaii,alteledectpercepiavizual (modificareavizibiladirecieidedeplasare).Acetifactori,includspre exemplu micrile caroseriei (masa suspendat), percepia referitoare la pro-pria poziie n scaun (acceleraia transversal) i momentul de rotaie n ra-portcucentruldemas.Conductorulautoprimeteceamaiimportant informaiedelamomentuldegiraie,momentcareifurnizeazunfeed-back al consecinelor forelor care acioneaz asupra roilor. Prinurmare,funciasistemuluidedirecieestedeaconvertiun-ghiul de virare al volanului ntr-o coresponden ct mai fidel cu unghiul de bracarealroilor,inaceeaimsurdearealizaointerdependenntre poziiaroilordirectoareiunghiullavolan.Aceastasemanifestprinmo-mentuldeactualizareaplicatdeconductorulauto,prinintermediulmeca-nismului de direcie figura 2.16, care transform momentul de antrenare de la un capt n for de mpingere la cellalt capt, for ce se aplic braului fuzetei 4 prin intermediul bieletelor 5. Acestea sunt fixate la ambele extremi-tiprinarticulaiisfericeirealizeazmomentulderotaiecomandatprin intermediulcoloaneivolan.RotaiaserealizeaznjurulaxeiEG,numit axa pivotului. n figura 2.27 se prezint un sistem de direcie i suspensie cu bielete lungi i caset de direcie; un capt al casetei este legat cinematic de melcul de antrenare i este fixat cu brid. Bi-eletelesuntlegatecinematiccuamortizoarele, prin intermediul unor brae care conin articula-iisferice.Peaxuldreptseobservogreutate adiional,greutateceareroluldeapreluavi-braiile. Bara antiruliu unete partea inferioar a braelor.Pentrueficientizare,parteaposterioar Fig. 2.27Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 33 a barei a fost conceput mai nalt dect punctele de fixare cu braele trans-versale. 2.2.1 Sistemul de direcie n cazul suspensiilor indepen-dente Dac avem un sistem de antrenare care implic o micare de rota-ie, spre exemplu axele cuplajului (urubul conductor 4 i articulaia brau-lui 5 din figura 4.15) sunt la un unghi de 90 una fa de cealalt, n cazul suspensieiindependente,interioarelebraelorsuntconectateculevierulde direcie 3, respectiv levierul 1 figura 2.28. n figura 2.28 se prezint un sis-tem de direcie simetric legat cinematic cu mecanismul de suspensie. n ca-zul autovehiculelor cu poziionarea pe partea dreapt a volanului, acionarea caseteidedirecieestenparteadreapt.Braul3ilevierul4serotescn aceeaidirecie.Bieleta6uneteceledoubrae.Dupcumsevede,ele-mentele 4 i 5 sunt conectate prin intermediul braului 6. n cazul mecanis-mului de direcie cu pinion i cremalier, este mai economic s se fixeze bie-letele 7 cu captul cremalierei. Fig. 2.28 Fig. 2.29Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 34 Figura2.29prezintsoluiacupinionul,cremalieraitriunghiul delegtur,poziionatenspatelepunii.Bieletelesuntlegatecinematiccu capetele de cremalier 7 ntr-o parte i cu braele portfuzet 4 n cealalt. 2.2.2Sistemul de direcie n cazul punii rigide Mecanismul de direcie cu pinion i cremalier nu reprezint solu-ia cea mai adecvat n cazul suspensiei cu punte rigid, din cauza variaiei longitudinalecarezultatalmicrii decomprimareasuspensiei.Mica-rea relativ dintre roat i caseta de direcieprovoacbracareaindus. Prin urmare se folosesc numai case-tededireciecumicarecircular. n cazul punii rigide, n plus fa de braele 4 sunt necesare doar bara de conexiune3,braulintermediar5, baradecomand10pentruaface posibil virarea roilor. Dac se utilizeaz soluia cu arcuri foi, acestea trebu-ie s fie perfect aliniate n direcie longitudinal, iar vertical s fie deasupra barei 5 la micarea rectilinie a vehiculului. Unghiul de virare este un factor esenial n relaia dintre raza de virare interioar i exterioar. Braul fuzetei 11estefixatprinintermediulunuicuplaj sferic,figura2.30,debaralongitudinalde direcie3carefacelegturantreelementul 11ilevieruldedirecie10.nmomentul bracrii spre stnga, braul este supusunui efort de traciune i rotete simultan ambele roi,iarnmomentulbracriispredreapta braul 3 este supus unui efort de comprima-re. Un singur bra face conexiunea ntre cele dou roi (bara transversal de direcie). Fig. 2.30 Fig. 2.31Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 35 Figura 2.31 prezint vederea lateral a punii fa rigide. Se obser-vcurbeledemicare9i7ladezbatereasuspensiei.Formacurbei7este determinatdeextremitatealateralafoiiprincipaleaarculuilamelari poate fi determinat din deplasarea arcului msurnd modificarea n lungi-me atunci cnd se ataeaz o ncrctur (sarcin) i apoi se nltur. n ca-zul suspensiilor cu arcuri foi, cuplajul 10 al levierului de direcie, levier legat direct de caseta de direcie 1, trebuie poziionat astfel nct atunci cnd pun-tea este la cursa maxim de comprimare a suspensiei, articulaia inferioar 12 s descrie un arc de cerc identic cu arcul de cerc 9 arc descris de centrul punii frontale. Arcul de cerc 9, trebuie s fie identic cu curba 7, n caz con-trarexistpericoluldearezultaoconvergenzeroatuncicndsuspensia realizeazcursamaxim(spreexemplunmomentulvirriifigura2.32). Dac puntea rigid are n componen i o bar de tip Panhard, la un capt prins de caroserie iar cellalt este legat la punte pentru a permite deplasri doar pe vertical ale roilor i nu longitudinale, bara transversal de direcie trebuie s fie paralel cu bara Panhard. Construcia sa este similar celei cu a braului intermediar prezentat n figura 2.39, fiind necesar posibilitatea ajustrii lungimii ei, iar la capete prinderea se face prin intermediul a dou articulaii sferice. 2.3Mecanismul de direcie Mecanismelededirecie au rolul de a asigura deplasarea ro-iledirectoare,respectivaautotu-rismului, pe traiectoria dorit. Pozi-ionarearoilorsefacecuajutorul unormecanismecuprghiiarticu-late,labazacrorastaulanurici-nematice cu patru, ase sau opt elemente. Deoareceaxelepivoilornusuntparalele,axelepivoilorfiindi axele cuplelor de legtur la puntea autoturismului, rezult c mecanismul Fig. 2.32Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 36 dedirecieesteunmecanismarticulatspaial.Bielele patrulaterelor spaiale care compun mecanismul de di-reciesuntlegatedelevierelefuzetelorprinarticulaii sferice. Pentrucmecanismuldedireciesasigure virarea autoturismului dup aceiai lege i la stnga i ladreapta,seimpunecaelsfiesimetricfadeax longitudinal a autoturismului. ncazulsuspensieiindependente,mecanis-mele direciei au la baz lanuri cinematice cu ase sau opt elemente, lanul cinematic cu patru elemente este incompatibil cu depla-sarea roilor n plan vertical fig.2.33. 2.4Mecanismul de direcie cu pinion i cremalier 2.4.1Avantaje i dezavantaje Acest mecanism de direcie cu micare de translaie, este utilizat att la vehiculele de dimensiuni mici imedii, ct i n construcia celor de mare capacitate i de vitez i aproape la toate tipurile de vehicule cu sistem desuspensieindependent.Avantajelefademecanismelecumelciroat melcat sunt: construcie simpl; costuri reduse la fabricaie; uor de manevrat datorit nivelului ridicat de eficien; contactul dintre cremalier i pinion nu prezint jocuri libere i se pstreaz un grad ridicat de autocorelare a jocului, figura 2.36; bieletele pot fi prinse direct la extremitatea cremalierei; confer elasticitate redus mecanismului de direcie; compact; nu necesit bra intermediar (inclusiv lagrele); Fig. 2.33 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 37 sepoatelimitacursacremaliereiideaiciunghiulmaximde bracare. Ca dezavantaje pot fi amintite: sensibilitate mare la impact; tensiuni ridicate n cazul forelor unghiulare n bielete; sepoateresimifoarteuorceamaimicschimbareacaracte-risticilor de funcionare ale mecanismului de direcie (mai ales n cazul auto-vehiculelor cu traciune anterioar); lungimea bieletei este uneori prea mic n cazul soluiei de fixare la captul cremalierei; mrimea unghiului de bracare este dependent de cursa crema-lierei; uneori necesit brae de lungimi mici, rezultnd astfel fore mai mari n ntreg mecanismul de direcie; reducerea manevrabilitii n condiii critice (de exemplu n tim-pul manevrelor de parcare), dac nu dispune i de un mecanism de amplifi-care a forei de acionare; nu poate fi folosit la punile rigide. 2.4.2Tipuri constructive Exist n prezent patru tipuriconstructivedemecanism pinioncremalier,figura2.34 i anume: 1. Pinionuldeantrena-re nu este poziionat pe axa lon-gitudinaldesimetrieavehicu-lului (n poziionarestnga pen-truvehiculelecuvolanulpe stnga,irespectivdreaptala vehiculelecuvolanulpedreap- Fig. 2.34 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 38 ta), iar bieletele se nurubeaz direct n captul cremalierei. 2. Pinionuldeantrenareestepoziionatpeaxalongitudinalde simetrie a vehiculului, iar bieletele se monteaz la fel ca n cazul anterior. 3. Pinionul de antrenare este poziionat lateral (dreapta sau stnga la fel ca n cazul 1), iar bieletele sunt fixate simetric fa de axa longitudinal de simetrie a autovehiculului. 4. Pinionul poziionat lateral fa de axa de simetrie a vehiculului, iar ambele bielete sunt fixate pe o parte a cremalierei, figura 2.15 acest me-canism mai poart denumirea de direcie scurt. 2.4.3Mecanism de direcie (fr bielete) Soluia constructiv de tip 1 prezentat anterior este cea mai sim-plsoluie,carenecesitspaiuredus,capetelebieletelorsuntfixatelaex-tremitile cremalierei, figura 2.35, iar atunci cnd ro-ile sunt bracate, datorit poziionrii geometrice a ro-ilorapareunmomentderevenirecareproduceor-sucire a cremalierei n jurul axei sale de simetrie. Exis-tposibilitateadeapoziionaarborelepinionuluifa de coloana volan, figurile 2.50 i 2.55, facilitnd astfel conectarealor.Dacsefoloseteunbraintermediar, figura2.52sepoatepreluaocullanivelulacestui elementconstructivncazulunuiaccident.Dacse realizeazovedereamecanismuluidinlateral,ntre-gul mecanism este rotit (spre exemplu n jurul axei y). Etanareacremaliereiprinintermediulunor burdufuri elastice, figura 2.35, face posibil i lubrifie- Fig. 2.35 a Fig. 2.35 b Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 39 reapermanenta liereicuvaselin tent, ale crei caracteris-ticitrebuiessepstreze nintervaluldetempera-turde-40Ci+80C. Esteimportantdenotat c dac un burduf se dis-truge, lubrifiantul iese din interior,permindtoto-datptrundereaimpuri-tilordinmediungreu-nnd manevrarea cremalierei, conducnd chiar la blocarea acesteia. De ace-ea este important verificarea i meninerea intact a burdufurilor de protec-ie. Figura 2.36 reprezint seciunea soluiei constructive la care jocul dintrepinionicremalierpoateficuuurinndeprtat,daricorectat pentru a menine un nivel optim de preluare a ocurilor. Pinionul de antre-nare8sesprijinlauncaptperulmentulcuace9,iarlacellaltperul-mentulcubile7radial-axial.Ptrunderiledeprafiimpuritilemecanice sunt mpiedicate de garnitura 6 poziionat n buca filetat 5 i de capacul din cauciuc 4. La autovehiculele cu volanul poziionat pe stnga, cremaliera 10 se sprijinlaextremitateadreaptpeunineldinmaterialplastic,iarpartea stng este fixat prin intermediul unui element de ghidare 3, care realizea-zforanecesardeapsarentrepinionicremalier. ncazulvehiculelor cuvolanulpeparteadreapt,soluiaconstructivesteinversat.Partea concav a ghidajului 3 nu permite micri radiale ale cremalierei. n momen-tulbracrii,atuncicndavemde-afacecumomentederotaiedestulde mari,carepotconducelaoreducereadimensiuniipeteidecontactnan-grenajul pinion cremalier, elementul de ghidare 3 are rol de a menine un jocprestabilit.nacestscop,parteainferioaraacestuielementsefixeaz cu urubul 1, distana dintre cele dou elemente fiind de maxim 0.12 mm. Fig. 2.36 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 40 Funcie de mrimea mecanismului de direcie, arcul elicoidal 2 are o for iniial de tensionare de 0.6 1.0 kN, for necesar pentru a asigura un contact continuu ntre pinion i cremalier i a compensa micile defecte de fabricare ce pot s apar n timpul prelucrrii danturii. Pentru a asigura un rspuns corect i un feed-back corespunztor al direciei, forele de freca-re dintre cremalier i cuzinetul 3 trebuie s fie ct mai mici. 2.4.4Mecanism de direcie Dupcumsevedenfigura2.27,ncazulmecanismului McPherson, modalitatea de fixare a bieletelor pe braul port-fuzet i poziio-nareasuporilordeamortizoare,facecabieletelestrebuiascsfiende-prtate de centru dac se vrea ca s se monteze caseta de direcie la o nl-ime mai mare. n acest caz bieletele trebuie s fie foarte lungi pentru a pu-tea preveni bracarea indus n timpul rulrii roilor. Figura2.37prezintovederedesusacaseteidedireciepentru autoturism.nraportcuaxapuniiestepoziionatposterior,iarcasetade direcie este ntr-o poziie relativ superioar. Din acest motiv bieletele trebuie Fig. 2.37 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 41 fixate la mijloc i cu o form curb pentru ca s nu existe pericolul de a in-tra n contact cu caseta de direcie n timpul virrii.Elementuldeghidareprincanelurprevinersucireacremalierei. Lainterior,ambelebieleteauuncuplajelastictipflexibloc;seremarci distana a care provoac momentul de ncovoiere i de rsucire n timpul os-cilaiilor roilor. Cele dou uruburi 6 sunt fixate rigid ntre ele prin aibe de siguran. Dac se slbesc uruburile 3 i 4 se poate regla convergena roi-lor prin modificare poziiei elementului filetat 5. Caseta de direcie are dou puncte de fixare pe caroserie, care sunt la distane relativ mari i care preiau forele i momentele laterale cu o minim ncovoiere. De asemenea se obser-v jocul permis s. Cuplajele inferioare sunt fixate la centrul autovehiculului, chiar pe cremalier,sauprinintermediulunuisuportcuroldeamortizare,carela rndulluiestefixatpecremalier.Proiectantultrebuies seasigurecanu cumvacremalierassersuceasccaurmareamomentelorderotaiece aparnexploatare.Cndroileefectueazmicareapevertical,bieletele suntlarndullordeplasatecuunanumitunghi,acestlucrusepoaten-tmpla i n momentul virrii. Distana efectiv a dintre captul de legtur albieleteiicentruldesimetriealcremalierei,prezentatnfigura2.37, formeaz un bra care poate provoca un moment de rsucire al casetei. Cele dou elemente de ghidare care gliseaz pe caneluri n interiorul casetei mpi-edic micarea de rsucire a acesteia. Astfel, dac jocul este redus, deplasa-rea cremalierei va fi greoaie, iar dac jocul este prea mare atunci pot s apa-r zgomote n timpul deplasrii. Din cauza faptului c forele care intervin n mecanismul de direc-ie au punctul de aplicare la o distan destul de mare fa de prinderea de cremalierpotsapardeformaiielasticenmecanismuldesuspensiei amortizare. Rezultatul direct este nrutirea maniabilitii. Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 42 2.5Mecanism de direcie cu bile 2.5.1 Avantajele i dezavantajele construciei Vedereadesusasistemuluidedirecieesteprezentatnfigura 2.38. Bara de direcie i bieletele sunt fixate de braul de comand i cel de sprijin, iar la cellalt capt, bieletele sunt cuplate cu braul portfuzet, rezul-t astfel un mecanism patrulater simetric. Bara anti-ruliu este fixat de bra-ulinferiorfixatlarndulluidelonjeronprinintermediuladoua flexiblocuri. Rigiditatea acestor buci mpreun cu poziia nclinat a bielete-lor (vederea de sus) face ca la virare s rezulte o reducere a forelor necesare pentru bracare. De aici rezult i comportamentul subvirator. Amortizoarele sunt fixate de articulaia de direcie, decalarea negativ a axei pivotului fiind de rCasetele de direcie cu micare de rotaie sunt dificil de montat n cazul autovehiculelor cu puntea fa motoare, iar n cazul unei concepii cla- = -14 mm. Fig. 2.38 Fig. 2.39 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 43 siceaunuivehiculcususpensieindependent,estenecesarintroducerea braului 1 (figura 2.28) i a levierului de legtur 6 pentru a realiza conecta-rea cu braul de comand 4, bieletele sunt ajustabile i au la ambele extre-miti articulaii sferice, figura 2.39-2.40. Acesttipdemecanismestemaicomplicatncazulautoturismelor cususpensieindependentimultmaicostisitoaredectsoluiacupinion i cremalier, totui confer o mai mare elasticitate. Configuraiauneibieletereglabile,cuarticulaiisfericepre-lubrifiate i tij rezistent la ncovoiere este prezentat n figura 2.39. Inter-iorul acestei tije este filetat la ambele capete, ntr-o parte cu filet stnga iar cealalt are filet dreapta. Lungimea poate fi ajustat cu 10 mm. Cnd con-vergena este n limitele prescrise, este posibil ca lungimea bieletelor s dife-re stnga fa de dreapta, rezultnd necesiti de virare diferite la cele dou roi, de aceea este necesar ca tija central s fie simetric nfiletat la cele do-u extremiti. Aceast soluie este adoptat n cazul punilor rigide frontale. Comparndceledousoluiiconstructive(frmecanismde servoamplificare) rezult o serie de avantaje: poate fi folosit n cazul punilor rigide, figura 2.30; posibilitatea de a prelua fore foarte mari; unghidevirarefoartemarearborelecaseteidedireciepoate srealizezeorotaiedepnla45,carelarnduleipoatefiamplificat prin raportul de virare; se pot folosi bielete mai lungi; rezultsarcinimicilanivelulbrauluidecomandilecelin-termediar n cazul n care apar fore diagonale la bielete; se pot realiza bielete de orice lungime i form, obinnd astfel o cinematic a mecanismului de direcie care s permit un raport de virare isFigura 2.40 prezint un cap de bar utilizat n cazul autoturismele i utilitarele uoare. Carcasa 1 are un filet foarte fin (M14x1.5 sau M22x1.5) i este realizat din oel de recoacere C35V. cucretereaunghiuluidevirare.Forelenecesarepentrumanevrarepeloc sunt reduse. Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 44 Suprafaadeoelclit 41Cr4Vsefolosetepentrureali-zareaextremitiisfericearotulei 2.Elementulefectivallagrului oparteacochilei3realizatdin polyacetal(Delrin)nconjoar sfera;capacul4asiguretana-rea. Burduful din cauciuc sau po-liuretan 5 este fixat de inelul elastic 6 pe carcasa 1 i de un alt inel elastic 7 pe tija rotulei (cep). Cepul are la partea inferioar un alezaj fin 8 pentru asi-gurarea piuliei filetate cu splint. 2.5.2Caseta de direcie Fig. 2.40 Fig. 2.41 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 45 Figura2.41exemplificocasetdedireciecubile;nprezentcu excepia unor cazuri particulare, aceasta se monteaz doar mpreun cu un mecanismdeamplificare.Fixareabrauluidecomand9serealizeazprin intermediul unei danturi conice. Arborele de comand 4 are un filet rotund prin care ruleaz bile de rulment.Cndvolanulseroteteacestebileantreneazmanonul5.Bilele care ies din filet, fie prin partea superioar fie prin cea inferioar, funcie de sensul de rotaie al volanului, sunt readuse n poziie prin intermediul tubu-lui 6. Manonul 5 este danturat pe o parte, care vine n contact cu sectorul dinat7iastfelcuarboreledeieire8.Vzutdinlateral,poziiauorun-ghiularacaseteipoatefivzutnparteasuperioardreapta.Acestlucru estenecesarpentrucaboluldealiniere1sanulezejoculroilorlamers rectiliniu, prin ajustare axial. Dac apare un joc n rulmenii cu bile 2 i 3, piulia de strngere trebuie eliberat i capacul restrns. n practic se gsesc foarte puine construcii de limuzine mari ca-re folosesc acest tip de sistem fr mecanism de amplificare. Din raiuni de confort,s-auintrodusmecanismeasistatehidraulicattlaautoturismect i la autoutilitare. 2.6Mecanisme de amplificare n ultimii ani aceste mecanisme au devenit din ce n ce mai utiliza-te la autovehicule, datorit creterii greutii pe puntea fa pe de o parte i tendinarealizriiuurineinmanevrarepedecealalt.Cuexcepiaunor vehiculedeclasfoartemicmecanismeledeamplificaresuntfieopionale fie, de cele mai multe ori, incluse ca standard n echiparea autoturismelor. Mecanismele de direcie cu acionare manual sunt folosite ca baz pentruceleasistate,profitnddeavantajulclegturilemecanicentrevo-lan i roat, cu toate componentele pstrate cu sau fr echipament auxiliar de amplificare. Momentul la volan aplicat de conductorul auto este sesizat de un sistem de msur localizat n zona de intrare a arborelui n caseta de direciesaupecoloanavolaniseintroducforesuplimentarensistem. Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 46 Acestea urmeaz o curb caracteristic (caracteristic de supap) sau familie de curbe, funcie de valoarea momentului de rotaie al volanului dac se ine cont i de ali parametri, viteza de deplasare spre exemplu. Ajutorul pentru mecanismuldedirecieestenfelulacestaredusrealiznduncontactct mai bun ntre roat i calea de rulare. 2.6.1 Sisteme hidraulice de amplificare Mecanismele cu asistare hidraulic sunt cele mai utilizate. Metoda defolosirealichiduluisubpresiunepentruasporiefectuldeamplificarea forei,servomecanismulestedestuldesofisticatifoarteavantajosnceea ceprivetecosturile,spaiulnecesarigreutatea.Sensibilitatealamicare produsdesuprafaadrumuluiideaiciefectulvibraiilortorsionalecese resimte la nivelul mecanismului de direcie este redus considerabil, mai ales la nivelul pinion-cremalier. Acest lucru poate fi atribuit proprietii de auto-amortizare a sistemului hidraulic.Poate fi de altfel i motivul pentru care este posibil ca amortizarea s se realizeze i cu ajutorul unui amortizor montat pe caseta de direcie la autovehiculele cu mecanism de direcie cu pinion-cremalier, avnd n vede-recacestaestenecesarpentruacelaitipdevehiculedarcucasetma-nual. n figura 2.42 este ilustrat sistemul hidraulic de amplificare, sem- Fig. 2.42 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 47 nificaiile notaiilor fiind urmtoare: 1 pompa hidraulic acionat de motor prin intermediul unei curele trapezoidale, 2 conducte de nalt presiune, 3 circuit de rcire, 4 conducta de retur, de la supapa de pe carcasa pinio-nului la pomp, 5 caseta de direcia cu acionare extern, 6 bloc supape, 7, 8 circuite de presiune spre cilindrul de lucru, 9 coloana volan cu arbo-re intermediar, 10 volan. Pompadelichidhidraulicesteantrenatdirectdemotorigene-reaz n mod constant presiune. Deoarece mecanismele hidraulice sunt con-cepute astfel nct este permanent disponibil un volum suficient de mare de alimentarepentruafacefaiunormanevreextremedevirarechiarin condiiideturaieredusamotorului,suntnecesaresupapedelimitarea debitului. Acestea limiteaz debitul de alimentare la aproape opt litri pe mi-nutpentruaprevenipierderilehidraulicecarearaprealaturaiimariale motorului.Funciedeschemaconstructivamecanismuluidedireciei concepia pompei, se ateapt la un consum suplimentar ntre 0.2 i 0.5 litri la suta de kilometri. Subansamblurile care sunt introduse n mecanism pentru a furni-zaputeresuplimentarsuntprezentatenfigura2.42.Lichidulhidraulic sub presiune ajunge din pompa 1 prin intermediul conductei de nalt pre-siune2iacircuituluidercire3directncasetprinbloculsupapelor6 localizat n carcasa pinionului. Aici, funcie de direcia de rotaie a volanului iaforelorderezistenlaroiarelocdistribuirealichiduluincilindrul drept sau stng (poziiile 7 respectiv 8). Ambii au legtur cu cilindrul de lu-crucareesteintegratncarcasacaseteidedirecie5.Unpistondiafragm localizatlanivelulcremaliereiseparcameradepresiune.Diferenelede presiune genereaz fora axial dorit FPi( ),2 ,1 pi hid hid piF p p A = prin suprafeele active ale pistonu-lui: (2.1) unde Api reprezint suprafaa efectiv a pistonului, n cazul de fa diferenadintrepistonisuprafaacremalierei,iarphid1iphid2reprezint presiunile ce acioneaz pe suprafaa de lucru. n situaia n care nu exist Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 48 moment de torsiune, spre exemplu la rulare rectilinie, lichidul hidraulic tre-ce din blocul de supape 6 napoi n pompa 1 prin conducta de retur 4. Principiuldefuncionarealsupapeiesteprezentatnfigura2.43 peocasetdedireciecubile.nmodasemntorfuncioneazincazul unei casete cu cremalier. Ca n majoritatea casetelor de direcie cu aciona-re hidraulic, msurarea momentului de rsucire la volan se realizeaz prin intermediuluneibaredetorsiune17.Aceastbarunetecarcasa5asu-papelor cu pistonaele 9 i 10 ale supapelor. Momentul de rsucire de la vo-lan genereaz un moment de torsiune la nivelul barei 17. Pistonaele supa-pelor se deplaseaz i deschide degajrile radiale 13 sau 14 funcie de direc-ia de rotaie. Acesta duce la o diferen de presiune ntre camerele presuri-zate Dp1 i Dp2. Fora axial rezultant la nivelul pistonului de lucru 2 este calculat cu ecuaia (2. 2). Deoarece p221 2 1 24pipi hid sau pi hid sauDF p A p= = este i la nivelul spaiului interior al pistonului n spatele elementului 5, ariile suprafeelor sunt aceleai n ambe-le extremiti: (2.2) 2.6.2Mecanisme de amplificare electro-hidraulice n cazul mecanismelor de amplificare electro-hidraulice, pompa hi-draulicantrenatdemotorprinintermediulcureleitrapezoidaleestenlo-cuit de o pomp acionat electric. Figura2.44prezintundesendeansamblualmecanismului electrohidraulic.Pompaacionatelectric,creeazpresiuneahidraulicn sistem.Pompaestegestionatelectronic,astfelcncazulncarenueste necesar o suplimentare de for, alimentarea cu lichid hidraulic este redu-s. Schemafuncionalacaseteidedireciecubile,npoziianeutru (deplasare rectilinie) este prezentat n figura 2.43.Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 49 Supapa, pistonul de lucru i angrenajul mecanic se afl n aceeai carcas. Cele dou pistonae ale supapelor au fost desenate altfel dect pozi-ia lor real pentru a fi uor de prezentat principiul de lucru. 1 carcasa ca-setei, 2 piston filetat, 3 cuplaj de prindere, 4 arbore de direcie cu sec-tor dinat, 5 melc fix cu corpul supapei, 6 bile, 7 orificiu de recirculare abilelor,8supapdelimitareadebitului,9,10pistonaelesupapelor, 11, 12 orificii de admisie, 13, 14 orificii radiale, 15, orificiu de retur, 16 rezervor de lichid, 17 bara de torsiune, 18 pompa hidraulic, 19 supap de limitare a presiunii. Sistemul electro-hidraulic din figura 2.44 cuprinde. 1 pompa ac-ionat electric (cuprinde i rezervorul), 2 conducta de legtur cu supapa casetei de direcie, 3 caseta de direcie cu pinion i cremalier, 4 bloc su-pape. Fig. 2.43 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 50 Alimentarea electric a pompei prin intermediul conductorilor elec-trici face posibil o mai mare flexibilitate n ceea ce privete locul de ampla-sare a pompei. n figura 2.45, pompa este localizat n imediata vecintate a casetei de direcie. Comparativ cu sistemul pur hidraulic, conductele de pre-siune pot fi considerabil mai reduse ca dimensiune, i nu este nevoie de cir-cuit de rcire. Sistemele electro-hidraulice prezint urmtoarele avantaje: subansamblulcarerealizeazpresiuneapoatefipoziionatn imediataapropiere(dinconsiderentedespaiuisiguranncazdeacci-dent) figura 2.32; datorit alimentrii electrice, surplusul de putere este disponibil chiar i atunci cnd motorul este oprit; sistemul generator de presiune poate realiza presiunea cerut de cazurile particulare ce pot s apar n timpul conducerii; caracteristicile de virare (natura i mrimea forei suplimentare, sensibilitatea, dependena de vitez) pot fi corectate prin unitatea de control electronic, n mod individual pentru fiecare autoturism n parte. Sistemuldegestiuneesteprezentatnfigura2.45.Unitateagene-ratoaredepresiuneconceputcaounitatemodular,poatefiacionatde diferite motoare electrice de curent continuu (cu sau fr perii), iar pompa va alimentacircuitulcudiferitevolumedelichidhidraulic(dela1.25pnla 1.75cm3/rotaie)funciedenecesitate.Rezervoruldelichidhidrauliceste disponibilattpentruconcepiaorizontalctivertical.Presiuneadelu-cru este de pn la 120 bari, cu un consum maxim de 80 A. Fig. 2.44 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 51 2.6.3Casete de direcie cu amplificare electric nlocuireasistemuluihidraulicsaucelmecanicdeamplificarea foreicuunmotorelectricoferavantajesuplimentarenceeaceprivete greutatea,spaiulcompartimentuluimotor,ncomparaiecusistemul electro-hidraulic din cauza eliminrii componentelor hidraulice. Alte avanta-je se refer la variaii pe un domeniu mai mare al suplimentrii forei datori- Fig. 2.45 Fig. 2.46 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 52 t analizei unui sigur parametru i anume semnalul electric. Figura 2.46 prezint colana volan cu ansamblul de acionare elec-tric. 1 carcasa coloanei volan, 2 ax volan, 3 buca reglabil profilat, 4 poteniometru rotativ, 5 servomotor, 6 melcul de antrenare, 7 trans-misia melcat. Mecanismdedireciecu cremalieracionatelectriceste exemplificatnfigura2.47.Unitatea servoacioneazdirectpepinionul deantrenare.Caurmare,mrimea solicitrii la care este supus pinionul este direct proporional cu mrimea foreiindusdemecanismulelectric deasistare,comparativcumecanis-mul mecanic sau hidraulic de asista-re. Unitatea electric de ampli-ficarepoatefimontatdirectpeco-loanavolan,figura2.46,pepinionfigura2.47saupecremalierfigura 2.48.Sarcinapemecanismiforamaximlanivelulcremaliereisuntn funciedesoluiacon-structiviauvaloricu-prinsentre650kgsau 6000Ni850kgsau 8000Nrespectiv1300kg sau 10000 N. Sistemulareo puterelimitatdatde faptulcavemuncurent limitatla12V.Avantajele seobservncazulauto-turismelormicidatorit cantitiredusedeener- Fig. 2.47 Fig. 2.48 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 53 gie.Pentruoutilizareeficienticuavantajeasupracomportamentuluila virare este necesar o tensiune de 42 V.Dinfigura2.46,sepoateobservaprincipiuldefuncionarealan-sambluluiservo-direcie.Angrenajulmelcat7,dinmaterialplastic,esten legtur cu axul volan 2. Acesta este antrenat de melcul 6, care la rndul lui este cuplat cu arborele motorului electric 5. Momentul de rotaie de la volan produceunmomentdetorsiunelanivelulbrauluidetorsiunemascatn aceast figur de buca 3. Axul volan este angrenat axial la partea superioa-rcuvolanulprincaneluriicubrauldetorsiunenparteainferioar.Pe msur ce arborele se ridic, buca 3 realizeaz o micare axial pe coloana volan proporional cu rsucirea braului de torsiune. Aceast micare axia-l este transmis poteniometrului rotativ 4 prin intermediul unei fante. Ser-vomotorulcontroleazforadeamplificareduponomogramintrodusn memoria unitii electronice de control, funcie de momentul la volan i vite-za de deplasare. Mecanismuldedirecieacionatelectricesteprezentatnfigura 2.48. Unitatea servo acioneaz direct pe cremalier. Acest tip se folosete n cazul vehiculelor cu sarcini mari pe axe i fore mari de virare. Curentul este de maxim 105 A cu alimentare de 12 V. Dac se realizeaz o alimentare de 42 V sistemul are un curent de maxim 35 A. Fig. 2.49 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 54 Figura 2.49 prezint mecanismul de direcie cu acionare electric alunuiautoturism,ncaresemnificaiilenotaiilorsunturmtoarele:1 ansamblul electromecanic coloan volan, 2 coloan volan cu arbore inter-mediar, 3 caseta de direcie cu pinion i cremalier. Este un mecanism cu transmisieprincoloanavolan,spreexempluaxulintermediartransmiten-tregulmomentrezultatdinmomentullavolaniceldezvoltatdemotorul electric. Datorit transmiterii directe la caseta de direcie, acest moment este considerabilmaimaredectmomentultransmisfrajutorulmotorului electric, i de multe ori este necesar s fie luat n considerare atunci cnd se proiecteaz dimensiunea elementelor componente care au efect direct asupra performanei autovehiculului. 2.7Coloana volan ConformstandarduluigermanDIN70023iISOnomenclatorul componentelorautovehiculelorcoloanavolanconstdintubexterior(cu-noscut i sub denumirea de cma de protecie) care este fixat de caroserie i din arborele coloanei volan. Acest arbore este fixat la capete n tubul exte-riorprindoirulmenisaulagredealunecare,poziiile9i10dinfigura 2.51iareroluldeatransmitemomentuldeviraredelavolan,aplicatde ctre conductorul auto MH , ctre caseta de direcie. Structura coloanei volan, cu volan concav este prezentat n figura 2.50. Axul volanului este cuplat la caseta de direcie cu bile prin intermediul unuicuplajelastic.Poziiabprezintcomportamentulacesteisoluiicon- Fig. 2.50 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 55 structive n cazul unui accident. Se remarc deformarea zonei gofrate, flexi-bilitatea casetei i deformarea datorit prelurii energiei de impact la nivelul volanului. Coloanavolancuarboreintermediaresteprezentatschematicn figura2.51.Axulvolantelescopicfigura2.52sesprijinntubulcoloa-nei, la partea inferioar pe rulmentul cu ace 9, iar la cea superioar de rul-mentulcubile10.Bolulpentrublocareaantifurtintrncanalul5.Axul aproape vertical al pinionului cremalierei este legat de axul volan prin inter-mediularborelui6,cudoucuplajecardanice7i8laambeleextremiti. Cuplajul inferior este etanat mpotriva ptrunderilor de impuriti cu ajuto-rul unui burduf din cauciuc 11. Fig. 2.51 Fig. 2.52 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 56 Axulvolantelescopic(figura2.52)estealctuitdintr-oparteinfe-rioar1,careesteaplatisatlaexterioritubul2aplatisatlainterior. Buciledeplastic3asiguratenuareazgomoteloriforadecomprimare predeterminat. Lamela 4 este poziionat pe axul 1 pentru a permite trece-reacurentuluielectricnecesaracionriiavertizoruluisonor.Cepulpentru blocarea volanului intr n degajarea prelucrrii 5. Coloana volan cu tub deformabil (gofrat) figura 2.53 Ambele zone gofrate 1 att ale axului intermediar ct i n cazul axului telescopic 2 satis-faccerineledesiguran.Cuplajelecardanicesuntrealizatedinaliajede aluminiu. Deviaiile unghiulare relativ mici se pot compensa cu ajutorul unui cuplaj cardanic, poziia 10, n figura 2.50. Acesta are i rolul de a elibera co-loana volan de fore n cazul unui impact, iar n cazul mecanismelor asistate hidraulic are i rol de amortizor de zgomot. Dac coloana volan nu se alinia-z perfect cu arborele pinionului de antrenare a mecanismului casetei de di-recie,atuncisefoloseteunarboreintermediar,montajullaextremiti fcndu-seprinintermediulcuplajelorcardaniceuniversale,poziia6nfi-gura 2.52. Construcia cu decuplare n caz de impact este prezentat n figura 2.54.Peaxulcareleagpinionulcaseteicucoloanavolanseafloplac Fig. 2.53 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 57 semi-rotund.Peaceastplacsuntdouboluri1teiteverticalsprepo-dea. Ele fixeaz cuplajul 2 prins de axul volanului.Tubul exterior al axului volanului este prins de caroserie prin intermediul unei console deformabile. n cazul unui impact, consola 3 se deformeaz iar bolurile elibereaz cupla-jul 2. Axulvolantrebuie sfierigidnceeaceprivete rezistena la rsucire pentru a menineoelasticitateredus a ansamblului. Pe de alt par-te mpreun cu carcasa sa tu-bulartrebuiesfiedeforma-bilndirecielongitudinal. Trebuiesserealizezeunra-portoptimpentrucancazul unuiaccidentsfiedestulde rigid ca s poat s realizeze o fordereacienecesarpen-tru deschiderea airbagului i destul de deformabil pentru ca vtmrile pro-duseconductoruluiautosfiectmaireduse.Caoconsecin,nunele statedinSUA,existreglementricareprevdcaairbagulsfiecptuit, pentruprotejareaocupanilorncazulncareacetianupoartcenturade siguran (dei aceasta este obligatorie). Existtreitipuriconstructivedecoloanvolancarendeplinesc condiiile de siguran cerute: Motorul electric 3 al co-loaneivolanreglabiledinfigura 2.55antreneazcuplajulsferic prinintermediultransmisiei4 careangreneazcu canelura5a axului volanului, modificnd ast-fel lungimea volanului (poziia 1). Pentruomodificarepevertical Fig. 2.54 Fig. 2.55 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 58 acelaimecanismbasculeaznjurulpivotului8prinintermediulbraului 7. ax volan cu o zon gofrat figura 2.50; ax volan telescopic figurile 2.52 i 2.53; ax volan detaabil figurile 2.27 i 2.54. Pentru a mri confortul n timpul deplasrii, majoritatea produc-torilor au conceput coloana volan ajustabil fie ca dotare standard fie ca op-iune. Poziia volanului poate fi reglat pe vertical i/sau lungime, poziiile 1 i 2 din figura 2.55. Dup cum se vede n figur, ajustarea poziiei se poate realiza i cu ajutorul unui motor electric. Figura2.56prezint soluiacupoziiaverticalaco-loaneivolan.ncazulunuiim-pact,primadatcedeazvola-nul urmat de consola de prinde-re1,careesteastfelconceput pentru ca la o anumit for s se deformeze prin curbare spre interior. La autoutilitarele uoare, caseta de direcie este poziionat anteri-or punii din fa. Acest lucru face ca ntreaga coloan volan s fie aproape vertical.ncazulunuiaccident,prinderea1acoloaneivolandecaroserietrebuie s fie flexibil figura 2.43. 2.8Amortizoarele de direcie Amortizoarelededireciepreiauocurileivibraiiletorsionalede la volan prevenind astfel rotaia liber (fr aciune), n cazul autovehiculelor cutraciuneanterioar,fenomencepoatesaparinmomentulncare conductorulautoacioneazbruscvolanul.Acesteamortizoarecrescnive-luldeconfortalocupanilorisiguranancirculaie.Mecanismulcarelu-creazuniformpentreagacurs,permitemanevrareauoar,daroprete oscilaiile necontrolate ale roilor atunci cnd acestea sunt supuse unor per- Fig. 2.56 Stadiul actual al soluiilor constructive de suspensii i sisteme de direcie 59 turbaiilateralei/saulongitudinale.nacestcaz,dispozitivuldeatenuare genereaz fore corespunztoare n concordan cu vitezele pistonului. Acestesistemedeamortizaresuntpoziionateorizontal.ncazul unuimecanismdedireciepinion-cremalier,oparteaamortizoruluieste fixat pe carcasa mecanismului, iar cellalt pe cremalier. La casetele de di-recie cu bile, levierul de direcie, n cazul mecanismelor de suspensie inde-pendent, braul intermediar sau bara transversal de direcie n cazul pun-ilor rigide, pot fi utilizate ca puncte de pivotare. 2.8.1Amortizoare monotub, nepresurizate n general aceste amortizoare au un piston de 20 22 mm diame-tru, tija acestuia avnd 8 sau 9 mm. Sunt folosite pentru: preluarea vibraiilor ansamblului motor; suspensia scaunului conductorului auto; preluarea vibraiilor la nivelul mecanismului de direcie. Primele dou sunt montate vertical i li se ataeaz doar supapa de compresie. Identic sistemului cu tub dublu, acesta asigur presiunea de re-zisten la deplasarea tijei pistonului n cursa de revenire. Camera de egali-zare se situeaz deasupra camerei de lucru i este umplut n pri egale cu lichid i aer. Cele dou fluide se pot amesteca dac nu exist nici un separa-tor ntre ele, lucru des ntlnit n cazul amortizoarelor destinate prelurii vi-braiilor motorului. Amortizoarelorataatemecanismuluidedirecie,nutrebuies dezvolte fore de extensie deoarece roile vor fi forate s vireze n permanen-.Amortizoarelesuntmontatenpoziieorizontal,astfelcsepotfolosi doar amortizoare nepresurizate. Construcia lor prevede un separator pentru ca fluidele de lucru s nu se amestece. Figura2.57prezintconstruciastandardaunuiamortizor nepresurizat,lacaremanonulflexibil1estefixatlaexteriorpecarcasa3. Aceastafixeazextremitilemanonuluielasticprinpresarepentruasigu-Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 60 rareaetaneitii.nacelaitimpaceastmsurmpiedicdeplasareala micarea mainii.Cnd tija 17 a pistonului de deplaseaz nspre interior, uleiul trece prin orificiile 4 ale supapei din corpul 5 modificnd poziia normal nchis a elementelor mobile ale supapei, care sunt controlate de arcul 7. Volumul dintre tubul 3 i manonul 1 lucreaz ca o camer de ega-lizare.Manonul1imodificformanmomentulncareuleiultreceprin orificiile 9. Blocul de supape 10 la care acioneaz n momentul revenirii tijei pistonului se afl montat pe tija pistonului. Inelele 11 de pe piston etaneaz cilindrul de lucru 2. Elementul de ghidare 12 al tijei pistonului, scaunul 13 i discurile 14 sunt situate ntre cele dou degajri inelare. Canalul longitu-dinal acioneaz ca un element de egalizare a presiunii. Bucele 15 i 16 asi-gur montarea. Avantajulacesteisoluiiestedatdelungimeascurt,iarpentrua deplasa tubul 2 n raport cu manonul 1 i carcasa 3 este necesar creterea considerabil a sarcinii. Tubul carcasei 3 mai lung ar fi dezavantajos. Fig. 2.44 Stadiul cercetrilor privind corelarea sistemelor de direcie i suspensie 61 3 Stadiul cercetrilor privind corelarea sistemelor de direcie i suspensie la autoturisme 3.1Necesitatea corelrii suspensiei cu direcia Lapuniledirectoarearticulate,mecanismelesuspensieiindepen-dente au la baz lanul cinematic patrulater. Biela mecanismului patrulater desuspensieesteiport-fuzet,pivotulfacecorpcomuncubiela,astfelc mecanismele de direcie i suspensie sunt n legtur direct. Cele dou me-canisme sunt n planuri diferite (aproape perpendiculare), astfel c dei po-sed mpreun dou grade de mobilitate, nefiind luate n seam eventualele gradedemobilitatepasiv,acesteaseinflueneazreciproc [4],[89],[92],[112]. Dezbatereasuspensieiareinfluennunumaiasupradireciei,ci seproducimodificrideecartament,unghidecdere,convergen,ncli-nare transversal a pivotului. Se tie c variaiile unghiului de cdere i ale ecartamentului au efecte negative, ca urmare se impune cunoaterea acestor variaii,nvedereadeterminriicalitilorsuspensieiiansambluluipivot-fuzet-roat.Modificareaconvergeneiicderiideterminapariiademo-mentegiroscopice.Modificareaacestormrimipentruceledouroidirec-toarepoatefideaceeaivaloareisens,ladeplasripeverticalaleroilor Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 62 sau de mrimi i sensuri diferite, la dezbateri inegale ale suspensiei. Modifi-carea maxim apare cnd o roat este n poziie maxim superioar, iar cea-lalt n poziia maxim inferioar admis de suspensie. Ladeplasarearectiliniemecanismuldesuspensieinflueneaz micarea roilor directoare (prin bracarea indus de mecanismul de suspen-sie n mecanismul de direcie) precum i legea de transmitere real a meca-nismului de direcie (prin bracarea indus de mecanismul suspensiei n tim-pul virrii autoturismului) [110], [136], [142]. Cinematica i dinamica autoturismului n viraj depind n mare m-sur de raportul dintre unghiurile de bracare ale roilor de direcie, care este determinat de parametrii transmisiei direciei [141], [179], [180]. La alegerea raportului optim dintre unghiurile de bracare ale roilor de direcie se urmrete, mai ales, ca uzura anvelopelor s fie minim. Tre-buie artat ns c, acest raport influeneaz i stabilitatea micrii autotu-rismului, rezistenele la deplasarea n viraj i raza minim de viraj. Tipulsuspensieiinspecialschemaelementuluideghidare,in-flueneaz mrimea i valorile relative ale unghiurilor de deviere lateral ale pneurilordeterminndcalitilesub-sausupraviratoare,adicstabilitatea micriiautoturismului.Tipulsuspensieiinflueneazinclinarealateral a prii suspendate sub efectul forelor transversale [15], [29], [33]. Trebuie precizat c autoturismele parcurg traiectorii curbilinii cu o vitez ridicat i datorit forelor centrifuge apar rotiri mari ale caroseriei n jurul axei de ruliu. Ca urmare, suspensia roii din exteriorul traiectoriei este puterniccomprimat,iarsuspensiaroiidininteriorvafidecomprimat. Aceasta face ca unghiurile de bracare ale roilor s se modifice, ceea ce im-puneunstudiudeansamblualproprietilorcinematiceidinamiceale punii din fa. Bracareaindusdesuspensieladeplasarearectiliniedetermin modificareaconvergentei-divergenteiroilordirectoare,impunndautotu-rismuluiotraiectorieerpuit,faptceducelapierdereastabilitiimicrii autoturismului. n vederea stabilirii influenei suspensiei asupra direciei, se impu-ne calculul legii de transmitere a mecanismului de direcie, att pentru pozi-Stadiul cercetrilor privind corelarea sistemelor de direcie i suspensie 63 ia normal (autoturismul ncrcat normal i drum fr neregulariti), ct i pentru autoturismul gol sau cu ncrctura maxim, pe drum cu denivelri normale i maxime. Trebuie remarcat faptul c, mecanismele de suspensie independen-te a roilor directoare trebuie s fac fa unor condiii cinematice i dinami-ce extrem de complexe, ca multiplele cerine sunt adesea contradictorii i c, deci, obinerea soluiei optime este o problem de mare complexitate, dar i de mare importan (sigurana traficului rutier). 3.2Aspecte privind cinematica direciei i a sus-pensiei 3.2.1Cinematica roilor directoare Pivotul fuzetei este dispus nclinat, fa de vertical, cu unghiul de fug i de nclinare transversal 0 respectiv 0, iar axa roii este nclinat cu unghiul de cdere 0 i de convergen 0. Astfel roata directoare se rotete n jurul unor axe nclinate n spaiu, executnd o micare de rotaie proprie n jurul axei fuzetei, o rotaie de bracare n jurul pivotului i o deplasare pe ver-tical mpreun cu pivotul. Acestea ns, executndu-se n jurul unor pivoi nclinai fa de sol, oblig puntea autoturismului s se ridice cu o anumit nlime sau suspensia s se deformeze suplimentar. Fig. 3.1 Optimizarea mecanismelor pentru suspendarea i rularea roilor 64 Punctul de contact K dintre pneu i calea de rulare, fig.3.1, va des-crie un cerc de rulare cu raza: sin K A A Ko o= =(3.1) 2 2f r K Ao+ =(3.2) ( )o o ooo + + =90 ;frg arcocot = unde r - este raza roii i f - lungimea fuzetei. Astfel c raza este) ( cos2 2o o of + + + =(3.3) Planulcerculuiderazfiindnclinatfadeca