Sistemul de Directie Servohidraulic [PDF]

Zitiervorschau

Universitatea Tehnică ,,Gh. Asachii” Iași Facultatea de Mecanică

Proiect la

CALCULUL ȘI CONSTRUCȚIA AUTOVEHICULELOR RUTIERE 2 Tema: ,, Proiectarea sistemului de direcție

cu efect servohidraulic pentru autoturismul Dacia Logan II” Profesor:

Studenți: Cojocari Gheorghe

Ș. L. Dr. Ing. IOAN DAMIAN

Cojocari Veaceslav Dandu Ștefan Cristian Diaconu Ionuț Cosmin Grupa: 8402

-Iași 2020-

CUPRINS Etapele proiectului.....................................................................................................................................4 Date inițiale:..............................................................................................................................................5 ETAPA I...................................................................................................................................................5 Repartizarea greutatii autovehiculului....................................................................................................5 Repartizarea greutații autovehiculului pe punți.........................................................................................6 DESTINAȚIA Șl CONDIȚIILE IMPUSE SISTEMULUI DE DIRECȚIE............................................6 1.DETERMINAREA RAZELOR DE VIRARE.............................................................................................7 2.CALCULUL RAZELOR ROȚII...............................................................................................................9 3.STABILIZAREA UNGHIURILOR DIRECȚIEI.....................................................................................11 UNGHIUL DE ÎNCLINARE LONGITUDINALĂ AL PIVOTULUI..................................................11 UNGHIUL DE ÎNCLINARE TRANSVERSALĂ AL PIVOTULUI...................................................13 UNGHIUL DE CĂDERE AL ROȚII...................................................................................................14 UNGHIUL DE CONVERGENȚĂ AL ROȚILOR...............................................................................15 4.SCHEMA DE PRINCIPIU AL SISTEMULUI DE DIRECȚIE...............................................................16 ETAPA II................................................................................................................................................17 1.Determinarea fortelor care actioneaza asupra punții fata...................................................................17 Regimul frînării automobilului.........................................................................................................17 Regimul derapării automobilului......................................................................................................19 Regimul trecerii peste obstacole.......................................................................................................20 2.Determinarea fortelor si momentelor care solicita elementele componente ale sistemului de directie...20 Calculul fuzetei.................................................................................................................................20 Calculul pivotului fuzetei.................................................................................................................22 3.Calculul rapoartelor de transmitere....................................................................................................25 Raportul de transmitere unghiular....................................................................................................25 Raportul de transmitere al mecanismului de acționare a direcției.....................................................25 Raportul de transmitere al transmisiei direcției.................................................................................27 Raportul de transmitere al trapezului de direcție..............................................................................27 Raportul de transmitere de la fuzetă la levierul de direcție...............................................................27 Raportul de transmitere al forțelor....................................................................................................30 ETAPA III..............................................................................................................................................31 Verificarea elementelor sistemului de direcție: coloana volan; mecanism de actionare; bara de torsiune; bielete de direcție...................................................................................................................31 Axul volanului este solicitat la torsiune de către momentul M t dat de relația:..................................31 Calculul barei de torsiune.................................................................................................................31 Mecanism pinion – cremaliera..........................................................................................................34 Levierul de directie...........................................................................................................................35 Bara longitudinala de directie...........................................................................................................36 2

Bara transversala de directie.............................................................................................................36 Structura sistemului de direcție cu ajutorul căruia se realizează efectul servohidraulic....................37 Posibilitați de reglare a geometriei sistemului de direcție.................................................................38 Controlul si reglajul geometriei rotilor.............................................................................................38 Principalele reglari ale geometriei rotilor.........................................................................................38 Unghiul de cadere.............................................................................................................................38 Unghiul de convergență....................................................................................................................39 Unghiul de fuga (inclinare longitudinala a pivotului).......................................................................40 Bibliografie..............................................................................................................................................41

3

ETAPELE PROIECTULUI I



Determinarea razelor de virare



Calculul razelor roții



Stabilirea unghiurilor direcției



Schema de principiu a sistemului de direcție

II



Determinarea forțelor ce acționează asupra punții față



Determinarea forțelor și momentelor elementelor componenete ale sistemului de direcție



Calculul rapoartelor de transmitere unghiulară ia, și forțelor iF



Verificarea elementelor sistemului de direcție: coloana volan; mecanism

III

de actionare; bara de torsiune; bielete de direcție 

Structura sistemului de acționare hidraulica care realizeaza efectul servo si calculul forței hidraulice



Reglarea sistemului de direcție pentru obținerea geometriei



Desen de ansamblu a sistemului de direcție de la volan la roata directoare



Ansamblu casetă de direcție



Desene de execuție

IV

4

DATE INIȚIALE: Autoturism: Dacia Logan II Puterea motorului: 75 CP, 55 kw Turația motorului: 5500 rot/min Momentul: 107 N*m la turația de 4250 rot/min Tipul pneului: 185/65 R15 Ampatament: 2630 mm Ecartament față: 1480 mm Ecartament spate: 1470 mm Lungime: 4288 mm Lățime: 1740 mm Înalțime: 1534 mm Masa proprie inițială: 1050 kg Masa proprie totală: 1530 kg Viteza maximă: 161 km/h Diametrul de bracaj între trotuare:10500 mm, Raza de bracare 5250 mm

ETAPA I Repartizarea greutatii autovehiculului Repartizarea greutații totale a Ga, sau greutații de exploatare in cazul autovehiculelor speciale, pe punțile, respectiv pe roțile autovehiculului, se realizează in funcție de tipul constructiv și destinația autovehiculului.



G1 s-a notat greutatea repartizată pe puntea din față;



G2 este greutatea repartizată pe puntea din spate;



a și b sunt coordonatele centrului de greutate in plan longitudinal;



hg este înalțimea centrului de greutate;



G1S , G1D sunt greutațile repartizate pe roata din stânga , respectiv dreapta ale punții din față;

5

REPARTIZAREA GREUTAȚII AUTOVEHICULULUI PE PUNȚI Daca se are in vedere repartizarea greutații pe punțile autovehiculului și se scrie ecuația echilibrului de forțe in plan vertical și de momente in raport cu centrul de greutate C, rezultă: Ga=G1+Ge2=15009

N

G1=G2*b/a=8255

N

G2=G1*a/b=8617,5 N Pentru imbunatațirea calitaților de tracțiune se recomandă ca puntea (punțile) motoare să fie mai încărcate. Pentru a asigura o maniabilitate și stabilitate în curbe mai bune , este necesar ca puntea (punțile) directoare să fie mai încărcate. în vederea asigurării unei uzuri uniforme a anvelopelor ar trebui ca încărcarea roților să fie aceiași. Repartizarea greutății pe punțile autovehiculelor se face încă din faza de proiectare în funcție de destinația acestora.

DESTINAȚIA Șl CONDIȚIILE IMPUSE SISTEMULUI DE DIRECȚIE Sistemul de direcție este unul din mecanismele principale ale automobilului care are un rol hotărîtor asupra siguranței circulației, mai ales în condițiile creșterii continue a parcului de automobile și a vitezei lor de deplasare. Sistemul de direcție servește la dirijarea automobilului pe traiectoria dorită. Schimbarea direcției de mers se obține prin schimbarea planului (bracarea) roților de direcție în raport cu planul longitudinal al automobilului. în mod normal, roțile din față sînt roți de direcție, din următoarele motive: —

conducătorul are avantajul unei vizibilități mai hune. Aceasta din cauza că roata de direcție

exterioară viraj uliii descrie cercul cu raza cea mai mare și deci partea din automobil care este cea mai depărtată de centrul curbei este partea din fața conducătorului; —

transmisia la roțile de direcție din spate este foarte lungă și mai complicată decît la roțile din față. 6

Sistemul de direcție trebuie să asigure automobilului o bună maniabilitate și stabilitate. Un sistem de direcție este considerat stabil dacă la bracarea roților apar momente de readucere a acestora în poziția corespunzătoare mersului în linie dreaptă. Pentru ameliorarea maniabilității și stabilității direcției se adoptă o geometrie specială a roților directoare. Sistemul de direcție trebuie să satisfacă următoarele condiții: —

efortul necesar pentru manevrarea direcției să fie cit mai redus;

—

să aibă un randament cît mai ridicat;

—

șocurile provenite din neregularitățile căii să nu fie transmise la volan;

—

unghiurile de rotație ale volanului să fie suficient de mici pentru a realiza o conducere sigură în

raport cu viteza automobilului; —

stabilizarea mișcării rectilinii (roțile de direcție după ce virajul s-a efectuat, să aibă tendința de a

reveni în poziția mersului în linie dreaptă); —

construcția să fie simplă, să nu producă blocări și să prezinte o durabilitate cît mai mare;

—

să permită înclinarea roților în viraj, astfel îneît să nu se producă alunecarea lor;

—

oscilațiile suspensiei să nu provoace oscilațiile roților de direcție;

—

să permită reglarea și întreținerea ușoară;

—

să nu prezinte uzuri excesive care pot duce la jocuri mari și prin aceasta la micșorarea siguranței

conducerii. NOȚIUNI ASUPRA VIRAJULUI AUTOMOBILELOR Parametrii principali care determină cinematica automobilului în viraj sînt raza de virare și poziția centrului instantaneu de virare.

1.DETERMINAREA RAZELOR DE VIRARE În figura 1 se prezintă schema virajului unui automobil cu două punți. La automobile se întîlnește soluția cu puntea din față compusă dintr-o porțiune centrală AB care are la capete articulate două fuzete. Roțile se montează la extremitatea fuzetelor și se pot roti odată cu ele. Virajul automobilului este corect, adică roțile rulează fără alunecare, cînd toate descriu cercuri concentrice în centrul de viraj. în cazul unui automobil cu două punți, acest centru trebuie să se găsească la intersecția dintre prelungirea axei roților L din spate și a axelor de rotație ale celor două roți de direcție. Aceasta în- seamnă că în viraj roțile de direcție nu mai sînt paralele, ci sînt înclinate cu unghiuri diferite. Astfel, unghiul de bracare al roții interioare trebuie să fie mai mare decît unghiul de bracare al roții exterioare.

7

Fig.1.Schema virajului automobilului, fără a ține seama de unghiurile de derivă ale roților.

Poziția centrului instantaneu de viraj este determinat de raza R, care se află cu relația:

R=

L tgϒm

în care: L este ampatamentul automobilului;

ϒm=

ϒi+ϒe - unghiul mediu de bracare; 2

Capacitatea de virare a unui automobil este caracterizată de raza minimă de viraj Rmin, adică distanța de la centrul de viraj pînă la centrul suprafeței de contact al anvelopei roții exterioare, corespunzător unghiului maxim de bracare. Raza minimă de virare se determină cu relația:

Rmin≈

L sinϒemax

La deplasarea automobilului în viraj, punctele de gabarit extreme descriu traiectorii, a căror proiecție pe calea de rulare, determină o suprafață care poartă denumirea de fîșia de gabarit. Forma și dimensiunile fîșiei de gabarit caracterizează calitățile de maniabilitate ale automobilului. în cazul virajului unui automobil, lățimea fîșiei de gabarit este determinate de dimensiunile de gabarit ale automobilului, unghiul de bracare al roților de direcție și de viteza de deplasare. Lățimea fîșiei de gabarit Bg se poate determina cu relația:

Bg=ℜ−Ri=

L L − + B−b sinϒe tgϒi

în care:

8

ℜ=

L B−b L B−b + − și Ri= sinϒe 2 sinϒi 2

Tab.1. Determinarea razelor de virare Denumire

U

Valoarea unghiului de virare 5

10

5.00

10.00

M Unghiul de virare al rotii interioare, γi Unghiul de virare al roții exterioare, γe Unghiul de virare mediu, γm Raza centrului de virare, R Raza minima de virare, Rmin Raza exterioara de virare, Re Raza interioara de virare, Ri Latimea fasiei de gabarit, Bg

°

4.13

°

32939.52

mm

36517.79

mm

31836.75

mm mm

16355.6

1756.86

20.00

12.40

16.54

13.70

18.27

10788.6

6

9

18284.4

12247.6

5

4

16690.8

11584.7 8

7966.37

25

30

35

40

25.00

30.00

35.00

40.00

20.67

24.81

28.94

33.08

22.84

27.41

31.97

36.54

6245.8

5072.70

4213.79

3549.06

6267.72

5435.08

4818.53

6323.71

5517.35

4747.29

4408.06

3607.14

3134.68

1915.65

1910.20

1612.61

4 7450.7

9238.29

4 7415.1

9005.22

14793.1 8

mm

15.00

9.14

8 30079.89

20

8.27

4.57

°

15

9 5493.7

9700.19

7095.18

1884.60

1910.04

1897.70

8 1921.4 2

2.CALCULUL RAZELOR ROȚII

1. Determinarea razei libere a roţii. Raza liberă a roţii r0 este raza cercului exterior al benzii de rulare a pneului la presiunea normală, asupra căruia nu acţionează nici o sarcină (stare de repaus). Raza liberă poate fi măsurată ori calculată, după dimensiunile anvelopei cu relaţia: r0=0,5d+H, mm unde: d – diametrul jantei roţii, mm; H – înălţimea profilului anvelopei, mm. Dimensiunile roţii alese sînt: 185/65 R15, deci astfel putem afla r 0: r0=0,5*15*25,4+0,65*B=310,75 mm 2. Determinarea razei statice a roţii. Raza statică a roţii Rs este distanţa dintre centrul roţii şi suprafaţa de sprijin, cînd roata este încărcată cu sarcina nominală şi se află în repaus. Mărimea razei statice se micşorează la creşterea sarcinii şi reducerea presiunii aerului în pneu. Raza statică poate fi calculată cu relaţia: rs= 0,5d+H(1-λ), mm unde: λ – coeficientul de deformare a anvelopei. În calcule, pentru pneuri obişnuite şi late λ=0,1. 9

rs=0,5*15*25,4+0,65*B (1-0,1)=298,72 mm.

Fig.2.Dimensiunile principale ale unui pneu

3. Determinarea razei dinamice a roţii. Raza dinamică a roţii Rd este distanţa dintre centrul roţii şi suprafaţa de sprijin, în timpul mişcării automobilului încărcat cu sarcină nominală. La rulare raza dinamică a roţii, variază, fiind influenţată de regimul de mişcaare prin forţele centrifuge care provoacă o creştere a diametrului exterior al pneului, precum şi de momentul de antrenare sau de frînare aplicat roţii, care provoacă o reducere a diametrului exterior. Dintre cele două influente, ultima predomină şi rd