FACULTAEA DE INGINERIE MECANICA

Sectia AUTOVEHICULE RUTIERE

PROIECTConstrucţia şi calculul automobilelor – II

Tema

1) Suspensie rigida cu 4 brate 2)Frâna-Autocamion Gu=16,3t, MAC 215KW@2570 RPM

Student:

Secţia

Anul IV, grupa

Îndrumător: prof.dr.ing.

Anul universitar 2009-2010

Semestrul I

CUPRINS

1. Partea I - studiu de caz asupra sistemului de suspensie rigida cu 4 brate

1.1 Rolul sistemului de suspensie

1.2 Descrierea sistemului de suspensie rigida cu 4 brate

1.3 Exemple de suspensii rigide cu 4 brate

1.4 Avantaje si dezavantaje ale sistemului de suspensie rigida cu 4 brate

1.5 Intrebuintarea sistemului de suspensie rigida cu 4 brate

1.6 Schema cinematica a sistemului de suspensie rigida cu 4 brate

2. Partea a II-a - calculul sistemului de franare pentru un autocamion cu Gu=16,3t

2.1 Rolul sitemului de franare

2.2 Studiu de caz asupra sistemelor de franre pentru autocamioane

2.3 Alegerea sistemului potrivit pentru autocamionul meu - motivare

2.4 Schema simplificata a sistemului de franare

2.5 Calculul sistemului de franare

2.6 Verificarea sistemului de franare

2.7 Desen la scara 1:1 al sistemului de franare

1. STUDIU DE CAZ ASUPRA SISTEMULUI DE SUSPENSIE RIGIDA CU 4 BRATE

1.1 Rolul suspensiei, conditii impuse

La deplasarea autovehiculului, neregularitatile drumului produc oscilatii ale rotilor care se transmit puntilor. Suspensia autovehiculului realizeaza legatura elastica cu amortizare intre puntile

acestuia si cadru sau caroserie, miscorand sarcinile dinamice si amortizand vibratiile rezultate in urma actiunii componentelor verticale ale fortelor de interactiune dintre roti si drum.

Viteza de deplasare a automobilului pe drumuri cu suprafata neregulata este limitata in primul rand de calitatile suspensiei si in al doilea rand de puterea motorului. Confortabilitatea autovehiculului, este determinata in principal de suspensie.

Prin imrimarea caracterului dorit al oscilatiilor, suspensia alaturi de mecanismul de ghidare al puntii, influenteaza maniabilitatea, manevrabilitatea si stabilitatea autovehiculului, elemente care impreuna definesc tinuta de drum a autovehiculului.

Cinematica rotilor la trecerea peste denivelarile caii de rulare, si a masei suspendate fata de cea nesuspendata, la variatia sarcinilor in plan vertical, sunt determinate de tipul mecanismului de ghidare a puntii. Caracterul acestor miscari este determinat de suspensia autovehiculului, prin elementele sale elastice si de amortizare. Pentru asigurarea unui cinfort corespunzator, parametrii suspensiei trebuie sa fie alesi astfel incat sa tina seama de anumite conditii stabilite la teoria suspensiei, si anume :

- Amplitudinea masei suspendate se reduce cu atat mai mult cu cat raportul dintre masa suspendata/masa nesusoendata este mai mare, aceasta evidentiind avantajul puntilor articulate fata de cele rigide si generalizarea primelor la automobile cu confort sporit.

- Pulsatia oscilatiilor proprii ale sistemului este cu atat mai mica cu cat rigiditatea elementului elastic e mai mica, adica arcul este mai elastic. Micsorarea rigiditatii arcurilor este limitata de cresterea sagetii statice nominale. Rigiditatea suspensiei se alege in limitele de toleranta ale organismului uman, cand acesta sufera o miscare periodica verticala.

- Rigiditatea suspensiei puntii fata este mai mica decat cea a puntii din spate. In timpul mersului, automobilul abordeaza obstacolele prin rotile din fata mai intai, iar dupa un timp de puntea spate. In acest caz cu toata intarzierea atacului puntii spate, rotile din spate ajung din urma in miscare verticala rotile din fata, deoarece perioada lor de oscilatie e mai scurta si se anuleaza oscilatiile de galop.

- Pentru mentinerea neschimbata a caracteristicilor suspensiei cand masa suspendata se modifica ( repartitia maselor ramane neschimbata), rigiditatea arcurilor trebuie sa se modifice in aceeasi proportie cu masa suspendata. Aceasta conditie explica interesul pentru suspensii cu rigiditate proportionala cu sarcina.

- pentru asigurarea confortabilitaii, amortizarea oscilatiilor trebuie sa varieze in prima perioada intre 92 si 98% din energia transmisa partii suspendate, corespunzator unor valori ale raportului dintre primele doua amplitudini de 3,7 ... 22,4. La amortizari mai mari, cresc sarcinile dinamice transmise partii suspendate prin amortizor, iar amortizari mai mici pot duce la balansarea caroseriei si a rotilor la deplasarea pe cai cu neregularitati repetate. Confortabilitatea maxima se poate obtine combinand arcuri cu rigiditate proportionala cu sarcina cu amortizoare cu caracteristici neliniare.

Dupa tipul elementului elastic suspensiile pot fi: cu elemente metalice (arcuri foi, arcuri elicoidale, bare de torsiune), cu elemete nemetalice (arcuri din cauciuc, arcuri pneumatice si hidropneumatice) si mixte.

Dupa tipul caracteristicii elemetelor elastice, suspensiile pot fi cu caracteristica liniara, carcteristica neliniara, caracteristica progresiva si caracteristica in trepte.

Elementele elastice, indiferent de tipul sau caracteristica lor, pot forma functie de tipul de tipul mecanismului de ghidare al rotilor, suspensii dependente sau independente . Optiunea pentru o punte sau alta se face face in functie de destinatia autovehiculului, prin aprecierea cerintelor de confort, maniabilitate, stabilitate si costuri.

1.2 Descrierea sistemului de suspensie rigida cu 4 brate

Suspensia rigida cu 4 brate este o costructie veche de suspensie pentru puntea spate a unui autovehicul. Acest tip de constructie a fost realizat in anii 1920 si afost folosit pe scara larga pana in 1990. In zilele noastre nu mai este folosita decat pe cateva autovehicule de teren si pe autofurgonuri usoare si medii. Pe autovehicule de pasageri aceasta suspensie nu mai este folosita.

Componente :

- Osia ( ce cuprinde si reductorul central in cazul in care puntea este motoare)

- Brate superioare de control

- Brate inferioare de control

- Arcuri elicoidale sau arcuri foi

- Amortizoare

1.3 Exemple de suspensii rigide cu 4 brate

Fig. 1 Exemplu de solutie constructiva a suspensiei rigida cu 4 brate si pozitionarea in ansamblul autovehiculului

Fig. 2 Solutii constructive de suspensii rigide cu 4 brate

Fig. 3 Bratele de control superioare si inferioare ale suspensiei rigida cu 4 brate

1.4 Avantaje si dezavantaje ale sitemului de suspensie rigida cu 4 brate

Avantaje:

- Capacitate mare de incarcare la un gabarit redus

- Simplitate constructiva

- Intretinere usoara

- Fiabilitate buna

- Rigiditate mare

Dezvantaje:

- Confort redus

- Nu permite reglaraea unghiurilor de cadere si de convergenta, acestea fiind constructive

1.5 Intrebuintarea sistemului de suspensie rigida cu 4 brate

Sistemul de suspensie rigida cu 4 brate este intebuintat la autovehiculele de teren (off-road) si autofurgonuri de capacitati mici si medii.

1.6 Schema cinematica a sistemului de suspensie rigida cu 4 brate

Fig. 4 Elementele de legatura ale suspensiei rigide cu 4 brate

Fig. 5 Schema cinematica a suspensiei rigide cu 4 brate

2. CALCULUL SI PROIECTARA SISTEMULUI DE FRANARE PENTRU UN AUTOCAMION CU GU=16,3T

2.1 Rolul, clasificarea si cerintele impuse sitemelor de franare

Echipamentul de franare al unui automobil trebuie sa realizeze : reducerea vitezei automobilului pana la o valoare dorita, inclusiv pana la oprirea lui, cu o deceleratie cat mai mare si fara devierea primejdioasa de la traiectoria de mers, mentinerea constanta a vitezei automobilului in cazul coborarii unor pante lungi, mentinerea automobilului in stationare, pe teren orizontal si in pantele pe care acesta le poate uraca si cobaori.

Dispozitivele de franare se clasifica dupa utilizare si dupa natura transmisiei comenzii in de actionare si dupa structura transmisiei.

Dupa utilizare :

- frana de serviciu

- frana de stationare

- frana de siguranta

- frana auxiliara

Dupa natura transmisiei:

- frane cu transmisie mecanica

- frane cu transmisie pneumatica

- frane cu transmisie hidraulica

- frane cu transmisie combinata

- frane cu transmisie cu servomecanism

Cerintele functionale si constructive privind dispozitivele de franre sunt stabilite in Regulamentul nr 13. al CEE al ONU. Acesta recomanda urmatoarele performante minime admisibile :

Fig. 6 Performate la franare impuse de O.N.U. si C.E.E.

2.2 Studiu de caz asupra sistemelor de franre pentru autocamioane

Autocamioanele din prezent circula cu viteze din ce in ce mai mari si au sarcini utile foarte mari . In functie de sarcina utila ce o pot incarca, se folosesc doua tipuri de sisteme de franare :

- sistem de franare servo cu disuri ventilate cu actionare peneumo-hidraulica - acestea sunt folosite pe autocamioane si autotrenuri de fabricatie recenta . Acest sistem de franare era folosit in special la autovehicule mici si mijlocii, dar datorita evolutiei tehnologiei materialelor si a procedurilor de fabricatie, in ultimul deceniu acest sistem a fost adoptat si pentru autocamioane, avand avantajele unei stabilitati ridicate la incalzire si la franari la viteze mari. Are dezvantajul unui randament mai mic decat a sitemului cu tabur, dar datorita calitatilor sale este utilizat tot mai mult. Acest sistem de franare este folosit de catre Mercedes, DAF si MAN si altii.

Fig. 7 Sistem de franare cu disc pentru autocamion (putea spate)

- sistem de franare cu tamburi si actionare penumatica sau peumo-hidraulica, este solutia clasica de sistem de franare, dar datorita instabilitatii sale mari a pierdut teren in ultimul deceniu, locul fiin luat de sistemul cu discuri. Acest sistem mai este inca folosit pe autovehicule foarte grele care nu merg cu viteze mari si care au nevoie de un randament al sistemului de franare mai mare. Acest sistem este folosit de VOLVO, IVECO si Catterpillar pe vehicule cu capacitati foarte mari de incarcare.

Fig. 8 Sistem de franre cu saboti actionati de cama, iar cama actionata pneumatic

La ora actuala sistemele de franare sunt din ce in ce mai evoluate si complexe, ele avand diverse functii suplimentare cum ar fii recuperarea de energie in timpul franrilor, asistenta electronica pentru marirea maniabilitatii si stabilitatii autovehiculelor. Astfel avem urmatoarele componente montate pe sistemul de franare :

- senzori pentru ABS, ESP

- celule ce transforma caldura in energie electrica

- sistemul ABS

- repartitoare electronoice a fortei de franare

2.3 Alegerea sistemului potrivit pentru autocamionul meu - motivare

Pentru autocamionul meu am ales sistem de franare cu saboti si tambur. Sabotii fiind actionati de catre o cama, iar cama va fi actionata pneumatic. Solutia constructiva aleasa este sistemul simplex cu saboti articulati si servoasistare. Am ales acest tip de sistem de franare optand pentru un randament moderat,o stabilitate buna si un cost de prouctie redus.

2.4 Schema simplificata a sistemului de franare

In figura 9 avem prezentata schema sistemului de franare pneumatic cu saboti si tambur. Acesta are urmatoarele componente :

1-Compresor, 2-Filtru, 3-Conducta, 4-Separator de ulei, 5-Robinet de umflare a pneurilor, 6-Regulator de presiune, 7-Rezervor de aer, 8-Conducta, 9-Al doilea rezervor de aer, 10-Supapa de transfer, 11-Robinet, 12-Pedala de actionare, 13-Manometrul, 14-Camerele de franare, 15-Conducta, 16-Cuplaj de laegatura, 17-Conducta remorcii, 18-, 19-, 20-Rezervor, 21-Robinet invers, 22-Camere de frana remorca, A,B,C-Camerele robinetului central de comanda

Fig. 9 Schema unui sistem de franare pneumatic

Fig.9 Robinet central cumpana

Fig. 10 Robinet central cu piston releu (a) si piston de echilibrare (b)

2.5 Calculul sistemului de franare

Problema principala care se pune in calculul franelor cu saboti o constitue determinarea raportului de transmisie interior al franei prin intermediul coeficientului de eficacitate al sabotului. Coeficientul de eficacitate al sabotului depinde de calitatea materialului de frictiune, de modul de fixare al sabotului si de miscarea relativa dintre sabot si tambur.

In timpul franarii, pozitia sabotului se schimba sub actiunea fortei de actionare, a fortei de reactiune si a fortei de frecare dintre sabot si tambur.

Fig 10. Schema de calcul pt sabotul articulat

In cele ce urmeaza este prezentat calculul pentru franele unui autocamion avand o frana pneumatica cu un saboti articulati. Valorile dimensiunilor sabotului de frana se adopta constrcutiv, iar calculele se fac pentru verificare.

Se adopta urmatoarele valori pt sabotul articulat:

Rt=192 mm

h=278 mm

α1=49o

α2=83o

α0=132o

µ=0,3

Diametrul cilindrului de actionare de actionare 35 mm

Se calculeaza coeficientul de eficacitate dupa relatia:

C p ,s=US

=

µ∗hr t

α 0

r t

∗f (α1 ,α 2)∓µ[1−

α 0

rt

∗1

2∗(sin α 2+sin α 2) ]

unde

f ( α1 , α2 )=sin 2 α 2−sin 2 α1+2(α2−α1)

4(sin α2−sin α1)=78,84

C p ,s=

0.3∗278192

132192

∗78,84∓0.3 [1−

132192

∗1

2∗(0,992+0,754 )]

=¿

C p=0,948

C s=0,622

Frana simplex va avea raportul de transmitere interior:

C´simplex= CP+CS=1,57

Deoarece avem si servoasistare C total=C '+C servo=3,7

Momentul de franare realizat va fi:

Mf 1=¿ Cservo∗Srt=

3,7∗Π d ²1

4p1r t=3.82∗p1[daN∗m ]¿

2.6 Verificarea sistemului de franare

Conditiile tehnice impuse franelor de automobil sunt:

- Pentru frana de serviciu:

- Spatiul de franare maxim: S f=0.1 V + V 2

150- Viteza maxima a autocamionului v=90 km/h

- Deceleratia medie: dm ≥ 4,4 m / s2

S f=0.1 V + V 2

150=0.1∗90+ 8100

150=63 m

- Pentru frana de stationare:

- Spatiul de franare maxim:S f=0.1 V + V 2

75- Viteza maxima a autocamionului v=90 km/h

- Deceleratia medie: dm ≥ 2,2m / s2

S f=0.1 V + V 2

75=0.1∗90+ 8100

75=126 m

Unul din parametrii de apreciere a solicitarii franelor il constituie puterea specifica disipata de garmitura de frictiune:

SSP2=M a 2

Ag 2

∗dm∗V max

Unde: M a 2=14 t este masa repartizata pe puntea din spate

M a 1=7 t este masa repartizata pe puntea din fata

Ag 1=783 cm2 aria suprafetei garniturilor de frecare de la puntea din fata

Ag 2=1463 cm2 aria suprafetei garniturilor de frecare de la puntea din spate

V max=90 km /h

Limitele uzuale pentru puterea specifica sunt:

Psp 1,2 ≤ 0.35−0.55kw

cm2pentru franele cu saboti;

Psp 1,2 ≤ 0.75−0.95kw

cm2pentru franele cu disc;

SSP2=14

1463∗4.4∗90=0.37 kw /cm2 ( se incadreaza∈limita impusa )

O problema importanta o constitue solicitarile mecanice ale tamburelor, discurilor, sabotilor etc. Dimensionarea tamburelor si discurilor de frana se face, de regula, pe cale empirica, pe considerente de rigiditate mecanica si solicitari termice. Franele cu tambure elastice provoaca o uzura conica a garniturilor de frictiune, ca urmare modificandu-se si distributia presiunii si raportul de transmitere interior al franei.