Mecanisme - Sistem de Suspensie-Directie la Autovehiculul de Tip Seat Cordoba

Proiect Mecanisme UNIVERSITAEA TRANSILVANIA BRAOVFACULTATEA DE INGINERIE MECANICASPECIALIZARE AUTOVEHICULE RUTIERE

PROIECT MECANISME

Student: ObaciuIonelSpecializare: A.R. Grupa 1114

Anul universitar: 2012 2013

Universitatea Transilvania din BrasovFacultatea de Inginerie MecanicaDepartamentul Autovehicule rutiere Student: Obaciu Ionel Sectia Autovehicule Rutiere An II Grupa 1114

Tema de proiect

Se da mecanismul articulat de tip DIRECTIESe cere:

Documentarea asupra tipurilor de sisteme de suspensie-directie utilizate la autoturismul de tip ..............1.1 Date tehnice : [de exemplu:Tipul autoturismului; Ecartamentul autoturismului; Ampatamentul autoturismului; Unghiul de pozitie al rotii directoare si al pivotului; etc]1.2 Cursa elementului de antrenareal directiei si unghiul maxim de bracare al rotii directoare;1.3 Solutii constructive a mecanismelor de suspensie si de directie (punte fata, detalii necesare).Reprezentarea la scara (format A4) a mecanismului primit si definirea ca sistem multicorp cu numar minim de corpuri si modelul geometricStudiul cinematic. Determinarea functiilor cinematice necesare.Reprezentarea grafica a functiilor cinematice.Optimizarea cinematica a mecanismului. (utilizarea soft-urilor de optimizare MAPLE si MATLAB)

Precizari:1. Pentru intarzieri mai mult de 2 saptamani in efectuarea unuia din punctele 2, 3, 4, 5 tema de proiect va fi schimbata.2. In saptamana 14 se va face evaluarea proiectului. Evaluarea cu o nota mai mica decat 5 (cinci) atrage refacerea proiectului si amanarea prezentarii la examen.3. In cazul schimbarii temei de proiect evaluarea se va face in sesiunea de restante din septembrie.

Graficul de desfasurare a activitatilor:

Sedinte ProiectPuncte01.03.201315.03.201329.03.201212.04.201326.04.201317.05.201331.05.2013

1V1Predarea proiectuluiSustinerea proiectului

2V2

3

4V3

5

Obs: V1 visa 1 pentru pct. 1; V2 visa 2 pentru pct. 2 si 3; V3 visa 3 pentru pct. 4 si 5Brasov 26.02.2013Coordonatori:Prof. Univ. Dr. Ing. Ion VISAAsist. Univ. Ing. Edith Bianca DOBRE

1. Documentare asupra tipurilor de sisteme de suspensie-directie utilizate la autoturismul de tip Seat Cordoba: Suspensia de tip McPherson

Rolul, conditiile impuse si clasificarea suspensiilor:

La deplasarea automobilului, neregularitatile drumului,produc oscilatii ale rotilor care se transmit puntilor. Suspensia automobilului realizeaza legatura elastica cu amortizoare intre puntile automobilului si cadru sau caroserie, micsorand 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 aste limitata in primul rand de calitatile suspensiei si in al doilea rand de puterea motorului. Confortabilitatea automobilului este determinata, in principal, de suspensie. Prin confortabilitate se intelege proprietetea automobilului de a circula timp indelungat cu vitezele premise de caracteristicile dinamice fara ca pasagerii sa aiba senzatii neplacute sau sa oboseasca repede si fara ca automobilul sau marfa transportata sa fie supusa distrugerii.Prin imprimarea caracterului dorit al oscilatiilor, suspensia, alaturi de mecanismul de ghidare al puntii, influenteaza maniabilitatea, manevrabilitatea, si stabilitatea automobilului, elemente care impreuna definesc tinuta de drum a automobilului.Cinematica rotilor la trecerea peste denivelarile caii, si a masei suspendate fata de cea nesuspendata, la variatia sarcinilor din plan vertical, sunt determinate de tipul de ghidare al mecanismului puntii. Caracterul acestor miscari este determinat de suspensia automobilului, prin elementele sale elastice si de amortizoare.

Pentru asigurarea unui confort corespunzator, parametrii suspensiei trebuie sa fie alesi tinandu-se cont de anumite conditii stabilite la teoria suspensiei,si anume:-amplitudinea masei suspendate se reduce cu atat mai mult cu cat raportul dintre masa suspendata si cea nesuspendata este mai mare. Acesta explica avantajul puntilor articulate fata de cele rigide si generalizarea primelor tipuri la automobilele cu confort sporit.-pulsatia oscilatiilor proprii ale sistemului este cu atat mai mica cu cat rigiditatea elementului elastic este mai mica, adica arcul este mai elastic.-rigiditatea puntii din fata sa fie mai mica decat cea a puntii din spate. In timpul mersului, automobilul abordeaza obstacolele prin rotile din fata, iar dupa o intarziere, data de timpul de parcurgere al ampatamentului, de puntea din spate. In acest caz,cu toata intarzierea atacului puntii din spate, rotile din spate ajung din urma in miscarea verticala rotile din fata, deoarece perioada lor de oscilatie este mai scurta si se anuleaza oscilatiile de galop (oscilatiile in plan longitudinal). La autoturime, caracterizate de viteze mari de deplasare si ampatamente mici, problema pierde din importanta sa.[1]Clasificarea suspensiilor: se face dupa tipul puntii si dupa caracteristica elementelor elastice:-dupa tipul puntii se clasifica in suspensii cu roti dependente si suspensii cu roti independente,cea din urma intalnindu-se in cazul puntilor articulate,la care fiecare roata este suspendata cadru sau caroserie ca si in cazul modelului Seat Cordoba.-in functie de tipul caracteristicii elastice suspensiile se clasifica in suspensii cu caracteristica elastica liniara si suspensii cu caracteristica elastica neliniara.Caracteristica lineara a unei suspensii reprezinta variatia deformatiei a elementului elastic in functie de sarcina care produce aceasta sageata.Elementele elastice ale suspensiei sunt arcurile elicoidale in cazul de fata (suspensia McPherson).[2]Arcurile elicoidale se executa din bare de otel infasurate dupa o elice. La acest tip de arcuri nu apare frecare, ca urmare, suspensia cu astfel de arcuri preia numai sarcini care lucreaza in lugul axei lor si din aceasta cauza la o suspensie cu astfel de arcuri se prevad dispozitive de ghidare.[2]In figura 1.1. se reprezinta suspensia unei punti cu mecanism cu patrulater de ghidare cu culisa oscilanta (tip McPherson), care are amplasat elemental elastic 1 concentric cu amortizorul telescopic 2. Acestea impreuna inlocuiesc bratul superior al suspensiei. Tot pe corpul amortizorului se fixeaza si fuzeta 3. Fortele verticale sunt preluate de arcul eliciodal, iar fortele de tractiune sau franare se transmit la cadrul automobilului prin tirantul de legatura 4, articulate de bratul inferior 5.[1] .Fig. 1.1.Sistemul McPherson (numit asa dupa proiectantul sau Earle S. McPherson) cu suspensie articulate in fata si cu suspensie dubla articulata in spate,cu brate longitudinale, contribuie la siguranta pasagerilor.

Rolul si conditiile impuse sistemului de directie

Sistemul de directie asigura maniabilitatea automobilului, adica capacitatea acestuia de a se deplasa in directia comandata de catre conducator, respectiv de a executa virajele dorite si de a mentine mersul rectiliniu, atunci cand virajele nu sunt necesare.Schimbarea directie (virarea) automobilului se realizeaza prin pozitionarea rotilor de directie. Operatia de pozitionare , prin rotatie, a rotilor in vederea virarii se numeste bracare.Sistemul de directie este unul din mecanismele principale ale automobilului care are un rol hotarator asupra sigurantei circulatiei, mai ales in conditiile cresterii continue a parcului de automobile si a vitezei lor de deplasare.Sistemul de directie trebuie sa satisfaca urmatoarele conditii:-stabilizarea miscarii rectilinii (rotile de directie dupa ce virajul s-a efectuat sa aiba tendinta de a reveni in pozitia corespunzatoare mersului in linie dreapta-sa asigure manevrarea usoara a directiei (efortul necesar pentru manevrarea directiei sa fie cat mai redus).-unghiurile de asezare a rotilor sa se modifice cat mai putin in timpul virarii-sa permita obtinerea unei raze minime de viraj cat mai reduse-sa aiba randament cat mai ridicat-sa elimine oscilatiile unghiulare ale rotilor de directie in jurul pivotilor fuzetelor-sa fie suficient de ireversibil, astfel incat socurile provenite din neregularitatile caii sa fie transmise cat mai atenuate la volan-sa permita o manevrare cat mai rapida a directiei (unghiurile de rotatie ale volanului sa fie suficient de mici pentru a realize o conducere sigura in raport cu viteza automobilului).-sa necesite acelasi numar de rotatii ale volanului (de la pozitia de mers in linie dreapta) pentru aceeasi raza de viraj la stanga ,respective la dreapta.-sa permita inclinarea rotilor in viraj, astfel incat sa nu se produca alunecarea lor-sa asigure compatibilitatea directiei cu suspensia (oscilatiile suspensiei sa nu provoace oscilatiile rotilor de directie)-sa permita reglarea si intretinerea usoare-sa nu prezinte uzuri excesive care pot duce la jocuri mari si prin acestea la micsorarea sigurantei conducerii-constructia sa fie simpla, sa nu produca blocari si sa prezinte o durabilitatea cat mai mare.[1]

In cazul autoturismului Seat Cordoba sistemul de directie este de tipul servodirectie electomecanica, cu pinion si cremaliera.

Mecanismul de actionare cu pinion si cremaliera se utilizeaza destul de des la autoturismele cu suspensie independenta a rotilor si cu bara transversala de directie. In felul acesta , numarul de articulatii ale trapezului de directie se reduce la 4, fata de alte solutii care necesita cel putin 6 articulatii. Prin angrenarea danturii cremalierei cu cea pinionului, miscarea este transmisa de la pinion la cremaliera. Forta este transmisa de la cremaliera la bieletele de directie care determina shimbarea directiei rotilor.Mecanismele de actionare a directiei cu pinion si cremaliera au o reversibilitate mare. Pentru micsorarea ei, unele mecanisme de acest fel sunt prevazute cu un arc de readucere care se opune rotirii volanului si reduce din reversibilitatea mare a acestui mecanism.[1]

Sistemul de servodirectie contine un distribuitor de comanda rotativ, prin care lichidul ce vine da la pompa de servodirectie este dirijat catre o fata sau cealalta a pistonului cremalierei. Intreg ansamblul piston se afla pe cremaliera. Pistonul converteste presiunea hidraulica in forta liniara care misca cremaliera la stanga si la dreapta. Forta ete transmisa prin bieletele de directie si prin rotule la pivoti,schimband directia de mers. Daca circuitul hidraulic nu este functional, este mentinuta comanda manuala , dar in aceste conditii este nevoie de un efort mai mare la manevrarea volanului. Miscarea de la volan este transmisa pinionului. De la pinion prin dantura acestuia care este angrenata cu cea a cremalierei, aceasta este pusa in miscare. Pesiune hidraulica in sistem este asigurata de o pompa cu palete.[3]

1.1. Date tehnice :

Ecartamentul reprezinta distanta dintre rotile situate pe aceeasi osie ale unui vehicul. La Seat Cordoba ecartamentul fata are dimensiunea de 1419 mm,

Iar ecartamentul spate are dimensiunea de 1408 mm,

Ampatamentul reprezinta distanta dintre osiile extreme ale unui vehicul, la Seat Cordoba fiind de 2460 mm,

Unghiurile de pozitie ale rotii directoare si a pivotului:

Unghiul de inclinare longitudinala a pivotului (de fuga) reprezinta inclinarea longitudinala a pivotului si se face ca, dupa bracare, rotile de directie sa aiba tendinta de revenire la pozitia de mers in linie dreapta[1]. Acest unghi este pozitiv cnd partea de sus a axei pivotului este inclinata spre spate[10] la Seat Cordoba avand valoarea de

Unghi de inclinare longitudinala Efectul stabilizator al unghiul de inclinare longitudinal

Unghiul de inclinare transversala (laterala) a pivotului face ca rotile sa tinda sa se deplaseze in jos. La Seat Cordoba fiind de .

Unghi de inclinare transversala

Unghiul de convergenta sau de inclinare a rotilor din fata este unghiul de inclinare in plan orizontal a rotii fata de planul longitudinal al autovehiculului [1]. Acesta este pozitiv cnd partea frontala a rotii este inclinata spre planul median longitudinal al autovehiculului[10]. Unghiul de convergenta la Seat Cordoba are valoarea de .

Unghiul de convergenta al rotii

Unghiul de cadere sau de carosaj reprezinta inclinarea rotii fata de planul vertical. Acest unghi contribuie la stabilirea directiei, impiedicand tendinta rotilor de a oscila datorita jocului rulmentior. Acest unghi se alege in corelare cu unghiul de convergenta, astfel incat la deplasarea sub sarcina, sa asigure paralelismul planelor de rotatie ale rotilor[1].Este pozitiv atunci cand partea superioara a rotii este inclinata spre exterior[10].La SEAT Cordoba fiind de .

1.2. Cursa elementului de antrenare a directiei, unghiul maxim de bracare al rotilor directoare.

Cursa elementului de antrenare a directiei : max 4,3 rotatii; Unghiul maxim de bracare a rotilor directoare: . Raza rotii 245.5 mm.

1.3.Solutii constructive a mecanismelor de suspensie si de directie (punte fata, detalii necesare)

La Seat Cordoba suspensia puntii fata este o supensie independenta de tip McPherson cu bara stabilizatoare transversala, care este compusa din : Puntea articulata:

Formata din:1. bratul de rulare (de control)2. opritor3,4. surub hexagonal5. record de ghidare6. piulita7. fuzeta8. burduf10. bara de torsiune11. bucsa cauciucata12 tirant de legatura13. clema fixare14. surub asamblare15,17. piulita16. surub fixare[3]

Constructia unei punti cu mecanism manivela-culisa oscilanta (punte McPherson) este reprezentata in figura 6.39. Fuzeta 1 este solidara cu cilindrul 2 al amortizorului hidraulic telescopic (care reprezinta biela mecanismului). Axa de pivotare (axa pivotului fals) la virarea rotii este determinata de axa comuna a articulatiei sferice 6 de legatura intre biela si bratul inferior 5 (manivela) si a articulatiei 4 a tijei 3 (culisa) a pistonului amortizorului.

[1] Amortizor telescopic, alcatuit din:1. arc elicoidal2. manson cauciuc (saiba cauciuc)3. manson4. burduf cauciuc5. piulita6. capac7. surub fixare8. amortizor telescopic9. burduf10. surub fixare11. piulita12. fuzeta

Sistemul de directie La Seat Cordoba sistemul de directie este de tipul servodirectie electomecanica, cu pinion si cremaliera, avand in componenta urmatoarele elemente:1. cutia de directie2,3. ansamblul capat de bara4,5. capat de bara6. piulita7. piulita8. burduf cauciuc9. colier10. colier11. colier12. manson cauciuc, plastic13. surub14. capac cauciuc15,16. support sistem servodirectie17. suruburi18. suport sistem servodirectie

Rezervorul de ulei si partile de conectare (furtune):1. furtun flexibil de la orificiul pompei la coloana de directie2. furtun de retur3. suport4. valva anti-retur5. saiba (colier)6. colier7. clema de tip arc8. suport9. suport anti-rasucire18. coloana de directie19. pompa hidraulica20. ulei pentru sistemul hidraulic

Coloana de directie compusa din:1. coloana de directie ajustabila2. suportul lagarului pt coloana de directie3. bucsa4. surub hexagonal5. brat protector6. surub hexagonal

Pompa hidraulica pt sistemul de servodirectie,alcatuita din..1. pompa hidraulica cu motor electric2. capac3. suportul lagarului pentru pompa hidraulica4. rezervor ulei5. capac pentru rezervor cu indicator de nivel al fluidului6. capac o-ring (cu blocare)7. clema8. o-ring9. saiba cauciuc10. piulita hexagonala11. surub hexagonal

Analizarea mecanismului de direcie al autoturismului Seat Cordoba

Modelul structural i analiza structural.

A:T1 2 f = 1r = 2B:R2 3f = 1r = 2 C:R3 2f = 1r = 2D:R1 4f = 1r = 2E:R2 5f = 1r = 2F:R5 6f = 1r = 2G:R1 6f = 1r = 2

M = 3(nc 1) - ri = 3(6 1) 14 = 1

Modelul structural i analiza structural ca sistem multicorp.

Numr de corpuriRestriciiLocri

1 2TA2

1 3RG2

1 4RD2

2 3R RE, F1

2 4R RB, C1

3 4---

M = 3(nc 1) - ri = 3(4 1) 8 = 1.

Modelul structural i analiza structural a mecanismului de direcie primit.

A:R2 4f = 1r = 2B:R2 3f = 1r = 2C:R1 3f = 1r = 2D:R1 4f = 1r = 2E:R4 5f = 1r = 2F:R3 7f = 1r = 2G:R7 8f = 1r = 2H:R5 6f = 1r = 2I:R6 1f = 1r = 2J:R8 1f = 1r = 2

M = 3(nc 1) - ri = 3(8 1) 20 = 1

Modelul structural i analiza structural ca sistem multicorp a mecanismului de direcie primit.

Numr de corpuriRestriciiLocr

1 2RJ2

1 3RI2

1 4RD2

1 5RC2

2 3---

2 4---

2 5R RG,F1

3 4R RH,E1

3 5---

4 - 5R - RA,B1

M = 3(nc 1) - ri = 3(5 1) 11 = 1

5)Geometria corpurilor la mecanismul de direcie primit.

5.1.Determinarea punctelor de interes i ataarea sistemului de referin fix i a sistemelor de referin mobile.

Corpul 1:

X(1)I1 = - 802 mmX(1)C1 = 115 mmY(1)I1 = 0Y(1)C1 = 40 mm

X(1)D1 = - 115 mmX(1)J1 = 802 mmY(1)D1 = 40 mmY(1)J1 = 0

Corpul 2:

X(2)J2 = 0Y(2)J2 = 0

X(2)G2 = - 50 mmY(2)G2 = - 220 mm

Corpul 3:X(3)I3 = 0Y(3)I3 = 0

X(3)H3 = 50 mmY(3)H3 =- 220 mm

Corpul 4:

X(4)D4 = 0Y(4)D4 = 0

X(4)E4 = - 45 mmY(4)E4 = - 290 mm

X(4)A4 = 0Y(4)A4 = - 110 mm

Corpul 5:

X(5)C5 = 0Y(5)C5 = 0

X(5)F5 = 45 mmY(5)F5 = -290 mm

X(5)B5 = 0Y(5)B5 =- 110 mm

AB = 230 mmHE = 591 mmFG = 591 mm

8) Rezolvarea funciilor cinematice i aflarea necunoscutelor

Pt 5= -0,26517994166 rad / -15o rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= - 0,3953488171 rad/ -22,6504= -0,2617994166 rad/ -150xo3= - 802xo5= 115yo3= 0yo5= 403= -0,3262650472 rad/ -18,60

Pt 5= - 0,1745329444 rad/ -100 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= - 0,254616661 rad/ -14,504= -0,1745329445 rad/ -100xo3= - 802xo5= 115yo3= 0yo5= 403= -0,2198779912 rad/ -12,50

Pt 5= - 0,08726647220 rad/ -50 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= - 0,1258486385 rad/ -7,204= -0,08726647220 rad/ -50xo3= - 802xo5= 115yo3= 0yo5= 403= -0,1096561407 rad/ -6,20

Pt 5= 0 rad/ 00 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= - 0,005163982738 rad/ -0,304= 0 rad/ 00xo3= - 802xo5= 115yo3= 0yo5= 403= 0,005163982738 rad/ 0,30

Pt 5= 0,08726647220 rad/ 50 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= 0,1096561407 rad/ 6,204= 0,08726647220 rad/ 50xo3= - 802xo5= 115yo3= 0yo5= 403= 0,1258486385 rad/ 7,20

Pt 5= 0,1745329444 rad/ 100 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= 0,2198779912 rad/ 12,504= 0,1745329445 rad/ 100xo3= - 802xo5= 115yo3= 0yo5= 403= 0,2545616662 rad/ 14,50

Pt 5= 0,26517994166 rad / 15o rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= 0,3262650473 rad/ 18,604= 0,2617994166 rad/ 150xo3= - 802xo5= 115yo3= 0yo5= 403= 0,3953488171 rad/ 22,650

9) Optimizarea mecanismului de direcie primit

Pentru optimizarea mecanismului de direcie primit s-a optat pentru modificarea poziiei cuplei C i rezolvarea sistemului de funcii cinematice, observnd modificrile aprute. Coordonatele originale Coordonatele modificateXC1 = 115 mmXC1 = 115 mmYC1 = 40 mmYC1 = 45 mm

X(5)C5 = 0 mmX(5)C5 = 0 mmY(5)C5 = 0 mmY(5)C5 = 5 mm

Se observ o modificare a poziiei cuplei C i pe corpul 5, sistemul de referin ataat corpului 5 rmnnd n poziia original. Modificarea poziiei cuplei C i pstrarea neschimbat a potiiilor celorlalte cuple mai implic i modificarea lungimii segmentului CB de la mm la mm i CF de la la mm.

Pt 5= -0,26517994166 rad / -15o rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= - 0,4029355155 rad/ -23,080 4= -0,2739984681 rad/ -15,70xo3= - 802xo5= 113,7yo3= 0yo5= 40,173= -0,3408596454 rad/ -19,50

Pt 5= - 0,1745329444 rad/ -100 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= - 0,2590795754 rad/ -14,804= -0,1825534349 rad/ -10,50xo3= - 802xo5= 114,14yo3= 0yo5= 40,083= -0,2298071696 rad/ -13,20

Pt 5= - 0,08726647220 rad/ -50 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= - 0,1279521973 rad/ -7,304= -0,09124392504 rad/ -5,20xo3= - 802xo5= 114,56yo3= 0yo5= 40,023= -0,1147725983 rad/ -6,50

Pt 5= 0 rad/ 00 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= - 0,00516398273 rad/ -0,304= 0 rad/ 00xo3= - 802xo5= 115yo3= 0yo5= 403= 0,00516398273 rad/ 0,30

Pt 5= 0,08726647220 rad/ 50 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= 0,1116108328 rad/ 6,104= 0,09124394087 rad/ 5,20xo3= - 802xo5= 115,43yo3= 0yo5= 40,023= 0,1315191161 rad/ 7,50

Pt 5= 0,1745329444 rad/ 100 rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= 0,2237334476 rad/ 12,704= 0,1825536968 rad/ 10,50xo3= - 802xo5= 115,9yo3= 0yo5= 40,073= 0,2669123463 rad/ 15,30

Pt 5= 0,26517994166 rad / 15o rezult:xo2= 802xo4= - 115yo2= 0yo4= 402= 0,3320342141 rad/ 19,104= 0,2739998711 rad/ 150xo3= - 802xo5= 116,3yo3= 0yo5= 40,173= 0,4163945335 rad/ 23,80

10).Bibliografie:

[1] DIP motors Braov[2] Internet: www.seat.ro[3] Internet: www.speedycars.net[4] Internet: www.clubseat.eu[5] M. Untaru .a. Calculul i construcia automobilelor ,editura Didactic i Pedagogic Bucureti 1984.[6] Vasile Cmpian .a. Automobile ,editura Universitii Transilvania Braov 1985.

32