1

NOŢIUNI INTRODUCTIVE

A. NOŢIUNI ELEMENTARE DESPRE AUTOVEHICULELE RUTIERE VEHICUL – Mijloc de transport, cu sau fără autopropulsie, destinat deplasării pe o cale de comunicaţie terestră, subterană, acvatică, aeriană, cosmică. AUTOVEHICUL – Vehicul autopropulsat suspendat pe roţi, şenile, tălpi de alunecare sau pernă de aer, care serveşte la transportul pasagerilor şi/sau bunurilor, la tractarea de remorci, semiremorci şi utilaje, precum şi la efectuarea unor lucrări speciale (în agricultură, construcţii, amenajări de terenuri etc.). AUTOVEHICUL RUTIER – Autovehicul destinat deplasării pe o cale rutieră sau chiar pe teren neamenajat. AUTOMOBIL – Vehicul rutier carosat şi suspendat elastic pe cel puţin trei roţi, care se deplasează prin mijloace de propulsie proprii pe o cale rutieră sau chiar pe teren neamenajat; este destinat transportului, direct sau prin tractare, al persoanelor şi/sau bunurilor, sau efectuării unor servicii speciale. AUTOTURISM – Autovehicul având cel mult nouă locuri, inclusiv cel al conducătorului, destinat transportului de persoane şi/sau eventual de bunuri; poate tracta o remorcă. AUTOBUZ – Autovehicul având mai mult de nouă locuri pe scaune, inclusiv cel al conducătorului, şi care prin construcţie şi amenajare este destinat transportului de persoane şi, eventual, bagaje. AUTOCAMION – Autovehicul utilitar destinat transportului de bunuri pe o platformă, cu sau fără obloane şi care poate fi acoperită cu o prelată sau într-o caroserie închisă. TRACTOR – Autovehicul care dezvoltă forţă de tracţiune mare la un dispozitiv de remorcare (cârlig, bară de remorcare, şa etc.), folosit la tractarea sau la purtarea unor utilaje şi maşini agricole, la tractarea remorcilor sau semiremorcilor, precum şi la remorcarea şi acţionarea unor utilaje folosite în silvicultură, în construcţii etc. TREN RUTIER – Ansamblu rutier format dintr-un vehicul tractor şi una sau mai multe remorci sau semiremorci.

2

B. STRUCTURA AUTOVEHICULULUI RUTIER Sistemele unui autovehicul: • grupul moto – propulsor; - motorul – sursa de energie mecanică a autovehiculului; motor termic (M.A.I., turbină cu gaze, motor cu abur); motor electric; - stocarea energiei: rezervor pt. combust. convenţional, butelii pt. combust. gazoşi, baterii de acumulatoare, celule fotovoltaice; - transmisia – transmite mişcarea de la motor la sistemul de rulare, asigurând o corectă corelare între regimul de deplasare a automobilului şi regimul de funcţionare a motorului; - sistemul de rulare – asigură contactul cu solul şi preluarea forţelor cu care acesta reacţionează asupra autovehiculului pentru a asigura deplasarea lui conform dorinţei conducătorului;

sistem de rulare cu roţi; sistem de rulare cu şenile; etc.

• cadrul – structură de rezistenţă pe care sunt dispuse celelalte sisteme ale unui autovehicul; • caroseria – organ purtător şi protector al încărcăturii utile; are în plus rol estetic şi contribuie la definirea comportamentului aerodinamic al autovehiculului; la autoturismele actuale, cadrul şi caroseria constituie un singur corp; • suspensia – asigură confortul pasagerilor la deplasarea pe drumuri denivelate şi contribuie la controlul comportării autovehiculului în deplasare;

3

• sistemul de direcţie – realizează controlul direcţiei de deplasare a autovehiculului în conformitate cu dorinţa conducătorului, arhitectura sa depinde de tipul sistemului de rulare; • sistemul de frânare – realizează reducerea vitezei autovehiculului, oprirea sa şi asigurarea împotriva deplasării pe perioadele de staţionare; • sistemul de iluminare şi semnalizare – realizează condiţii de vizibilitate cât mai bune pe timp de noapte şi de ceaţă şi transmite celorlalţi participanţi la trafic intenţiile de deplasare ale conducătorului; • organele de lucru – dispozitive şi utilaje îmbarcate, tractate sau împinse de autovehicul destinate efectuării unor lucrări speciale; • sistemele de siguranţă activă şi pasivă – sisteme de control automat al motorului, transmisiei, sistemului de frânare, suspensiei, etc., respectiv saci gonflabili (airbag-uri), centuri de siguranţă ş.a.

4

CAPITOLUL I

CARACTERISTICILE CALITATIVE SI FUNCTIONALE ALE UNUI

AUTOMOBIL

1.1. Tipul automobilului si destinaţia acestuia automobile de transport automobile speciale (automacarale, automobile pt stingerea incendiilor, automobile pt intervenţii sanitare)

1) – automobile pt transportul de bunuri (VEHICULE UTILITARE) – pot tracta remorci 2) - automobile pt transport persoane 3) - automobile pt transportul bunurilor si persoanelor

VEHICULELE UTILITARE sunt alcătuite din:

- autocamioane – clasificare STAS 11908 -80 in funcţie de capacitatea de încărcare si felul platformei

- vehicule utilitare speciale – STAS 6689/1 -81 – automobilele destinate transportului de persoane si/sau bunuri pt care sunt necesare amenajări speciale

- automobilele destinate efectuării unui serviciu specializat (autocisterne pt diferite materiale, vehicule de pompieri, vehicule de salubritate, etc)

5

AUTOTURISME – automobilele destinate transportului a cel mult 9 persoane pe scaune (inclusiv conducătorul) – STAS 6689/1 – 81 Denumiri: berlina, berlina decapotabila, limuzina, break (familial) break utilitar, cupeu, coupe, cabrioleta, autoturism de teren AUTOBUZE – automobilele cu cel puţin 10 locuri pe scaune (inclusiv conducătorul) destinate transportului de persoane si bagaje – au 1 sau 2 nivele si pot tracta remorci STAS 6689/1 – 81 - in funcţie de nr locuri pe scaune, condiţiile de transport, anumite particularităţi constructive, alimentarea cu energie se clasifica in: - microbuz (minibus) – nr scaune < 17 - autobus urban - autobus interurban - autobus de cursa lunga (autocar) - autobus articulate - troleibuz automobilul care tractează remorci = vehicul tractor de remorca=autoremorcher automobilul care tractează semiremorci = vehicul tractor de semiremorca = autotractor

1.2. Tipul caroseriei - este definit de tipul automobilului, cu unele precizări Exemplu: - pt autoturisme caroseria se poate configura sub forma a 3 corpuri (trei ‘’volume’’) sau 2 corpuri (doua ‘’volume’’) - prin tema de proiectare se poate impune sa fie vorba de caroserie autoportanta

1.3. Tipul motorului si particularităţile sale Automobilele sunt echipate cu m.a.i cu pistoane:

- m.a.s. (OTTO) - m.a.c. (DIESEL) - motor cu pistoane rotative tip Wankel

Tipul motorului se stabileşte de către proiectant – poate exista o familie de motoare diferenţiate prin cilindreea totala sau existenta supraalimentării care echipează succesiv un acelaşi şasiu de autoturism 1.4. Tipul transmisiei Transmisia poate fi: - mecanica (cea mai răspândita – cu trepte) - hidromecanica - electrica

6

Transmisia mecanica continua poate fi :

- cu fricţiune (cu elemente flexibile: curea, lanţuri, roti de fricţiune) - cu impulsuri

Din pdv al comenzii transmisiile sunt:

- cu comanda manuala - automate

Transmisia automobilului poate fi cu recuperarea energiei la frânare – diverse soluţii de principiu 1.5. Tipul punţilor Stabilirea tipului punţilor se realizează de către proiectant; Pt autocamioane si autobuze clasa unei punţi este definita de sarcina statica maxima pt care este proiectata. 1.6. Tipul sistemului de conducere Tipul sistemului de direcţie se stabileşte de către proiectant, iar uneori se poate impune utilizarea unei servodirectii; Pt sistemul de frânare exista soluţii consacrate care nu trebuie impuse prin tema de proiectare;

In tema de proiectare se pot impune o serie de sisteme care îmbunătăţesc performantele de frânare si stabilitatea la frânare:

- sistemul antiblocare a roţilor ABS - sistemul de repartiţie automata a forţelor de frânare la punţi numit sistemul

electronic de repartiţie a forţelor de frânare EBD – Electronic Brake Distribution

- sistemul electronic de asistare a frânarii Soluţii de perspectiva: - frâna electrica de parcare, sistem de frânare electro-hidraulic, sistem de frânare electromecanic.

Sistemul de conducere al unui automobil este completat cu o serie de sisteme electronice de reglare si comanda care îmbunătăţesc stabilitatea si maniabilitatea automobilului, ajutând conducătorul sa realizeze deplasarea in siguranţa: ABS - sistemul antipatinare a roţilor ASR

- sistemul electronic de stabilitate ESP (cu acronimele ASMS, ASTC, CBWBS, DSC, etc)

7

CAPITOLUL II

CARACTERISTICILE CANTITATIVE SI PERFORMANTELE UNUI AUTOMOBIL

2.1. Formula roţilor

2. Npt x 2. Npm

Npt – nr total al punţilor Npm – nr punţilor motoare Exemple: 4x2; 4x4; 6x2; 6x4; 8x4; 8x6; 8x8 Pt un automobil de teren cu 2 punţi se impune formula roţilor 4x4 2.2. Capacitatea de transport (încărcare) Pt automobilele care transporta bunuri capacitatea de transport se exprima prin masa utila maxima calculata ( SR ISO 1176: 1998) notata mun [kg; t] Alte denumiri: masa utila maxima constructiva, masa utila nominala, sarcina utila nominala. Pt automobilele care transporta fluide se indica natura si volumul acestora exprimat in litri. Pt automobilele care transporta bunuri cu densitate redusa pe langa mun se precizează si volumul minim disponibil [m3] pt încărcătura (exemplu- pt transportul de confecţii) Pt automobilele care transporta materiale in vrac se indica fie mun (pt ciment), fie mun împreuna cu volumul corespunzător (cazul betonierelor care transporta asfalt) Pt automacarale se precizează sarcina maxima a macaralei, iar pt automobilele de salubritate pt deşeuri sunt indicate volumul util si gradul de compactare al deşeurilor. Pt autoturisme in mod indirect capacitatea de transport se exprima prin cilindreea totala a motorului Vh [l; cm3] cu care acestea sunt echipate. PERFORMANTELE AUTOMOBILELOR = calităţile de tracţiune si de frânare ale acestora

8

2.3. Performante de tracţiune pt regimul uniform de mişcare

a) Viteza maxima a automobilului in palier vmax [km/h] – viteza maxima de deplasare a automobilului cu mun care se deplasează pe un drum rectiliniu si orizontal (palier) fiind cuplata treapta de priza directa si cu motorul funcţionând la sarcina totala

- drum modernizat acoperit cu asfalt sau beton, viteza maxima a vântului < 3

m/s; temperatura mediului ambiant (-5…300 C); presiunea atmosferica - 1 bar; pe traseul de încercare se admit pante de cel mult 0,5% pe lungimi < 50 m.

b) Viteza constanta v1 [km/h] – cu care automobilul trebuie sa urce o panta de o

anumita valoare la deplasarea pe un drum modernizat cu suprafaţa uscata. c) Viteza minima vmin [km/h] – cu care automobilele cu mun calculata trebuie sa

se poată deplasa pe un drum in palier in stare foarte buna. Pt automobilele cu capacitate mare de trecere se impune ca in teren deplasarea sa se poată realiza cu o anumita viteza minima.

d) Panta maxima pmax [%] a unui drum cu suprafaţa uscata pe care automobilele

cu mun calculata trebuie sa o urce cu viteza constanta. e) Panta maxima in treapta de priza directa pdmax [%]a unui drum modernizat

cu suprafaţa uscata pe care automobilul cu mun calculata trebuie sa o urce cu viteza constanta când este cuplata treapta menţionata.

2.4. Performante de tracţiune pt regimul neuniform de mişcare

f) Timpul de demarare de la pornirea de pe loc pana la o anumita viteza – se presupune ca motorul funcţionează la sarcina totala, iar schimbarea treptelor se face astfel încât sa se obţină capacitatea maxima de demarare, la deplasarea pe un drum modernizat in palier;

- pt autoturisme viteza luata in considerare este 100 km/h, timpul de demarare corespunzător fiind notat td100 [s]

- in localităţi se adopta viteza de 50 km/h sau 60 km/h – timpul fiind td50 [s] sau td60 [s]

g) Timpul de demarare de la pornirea de pe loc necesar parcurgerii primilor 500 m (400 m) - td500 [s] sau td400 [s] 400 m = 1 sfert de mila (1 mila terestra = 1,6 km)

h) Timpul de demarare de la pornirea de pe loc necesar parcurgerii primilor 1000 m - td1000 [s]

9

i) Timpul de repriza – timpul de demarare necesar creşterii vitezei intre 2

valori date; Valori uzuale: 50 km/h – 100 km/h 60 km/h – 120 km/h Demararea se poate realiza prin schimbarea succesiva a treptelor, fie doar intr-o anumita treapta, fiind necesare precizări in acest sens. Capacitatea de demarare intre doua viteze date = elasticitatea automobilului

j) Distanta de demarare de la pornirea de pe loc corespunzătoare unui anumit timp de demarare – parametru utilizat mai rar (pt autoturisme se adopta uneori timpul de 4 secunde, distanta fiind notata sd4 [m] k) Viteza medie a automobilului vm [km/h] – trebuie precizate condiţiile in care are loc deplasarea acestuia: - factori constructivi (ai automobilului) - factori de drum (de traseu) - factori de trafic rutier - factori de organizare a circulaţiei rutiere - factori de strategie a conducerii automobilului.

In activitatea de transport se utilizează noţiunile: viteza medie tehnica (cea mai potrivita pt aprecierea rapidităţii unui automobil), viteza medie de exploatare (corespunde mai bine condiţiilor reale de deplasare) si viteza medie comerciala. Acestea se obţin prin raportarea distantei parcurse la următorii timpi:

- timpul efectiv de deplasare ( nu se tine seama de opririle datorate operaţiilor de încărcare – descărcare si de opririle la intersecţii);

- timpul efectiv de deplasare + timpul determinat de opririle la intersecţii; - timpul efectiv de deplasare + timpul pt încărcare – descărcare + timpul dat de

opririle la intersecţii 2.5. Performante de frânare

Performantele minime de frânare sunt stabilite prin norme in funcţie de tipul automobilului si mun calculata, automobilele fiind împărţite in clase cărora li se impun pt omologare anumite valori minime ale deceleraţiei medii si valori maxime ale distantei totale de frânare corespunzătoare unor viteze iniţiale precizate.

Potrivit normelor pt autoturisme deceleraţia minima este 5,8 m/s2, dar in mod curent deceleraţiile realizate depăşesc 7,0 m/s2. 2.6. Performante de consum de combustibil

a) Consumul de control Cc [ l /100 km ] – parametrul de consum al automobilului la deplasarea pe un drum modernizat in palier cu o viteza egala cu ¾ din viteza maxima, dar nu mai mare decât 110 km/h. Masa încărcăturii

10

este 180 kg daca mun/2 < 180 kg si egala cu mun/2 in caz contrar. Încărcătura include masa ocupanţilor si a echipamentului de încercare.

b) Consumurile de combustibil la vitezele constante de 90 km/h si 120 km/h, C90 [ l /100 km ] si C120 [ l /100 km ] – corespund parametrilor de consum ai automobilului la deplasarea pe un drum modernizat in palier, in aceleaşi condiţii de încărcare ca la consumul de control.

c) Consumul de combustibil la deplasarea in cicluri – se respecta condiţiile de încărcare de la consumul de control si se defineşte consumul de combustibil după un ciclu european adoptat după 1996 conform regulamentului 15 al CEE – ONU, respectiv directiva 80/1268/EWG.

d) Consumul mixt – se stabileşte in Europa ca medie aritmetica a consumului urban si a consumurilor C90 si C120.

e) Autonomia [km] – se stabileşte plecând de la tipul si destinaţia automobilului care se corelează cu consumul de combustibil si rezulta capacitatea rezervorului compatibila cu cerinţele de deplasare pe automobile.

2.7. Performanţe ecologice

Acestea sunt in legătura cu poluarea chimica si fonica produsa de automobile. Sunt asociate si cu poluarea mediului in procesul de fabricaţie si după scoaterea automobilelor din uz prin intermediul materialelor din care sunt confecţionate. Poluarea chimica principala este data de produsele arderii din m.a.i. cu acţiune toxica: CO, oxizi de azot NOx si hidrocarburi HC. Se adăuga CO2 cu efectul de sera foarte important si particulele de evacuare ale motoarelor diesel (PM). Determinarea emisiei de poluanţi se face la deplasarea in cicluri si exista norme care stabilesc valorile maxime permise ale cantităţilor de substanţe poluante in [g/km] pt autoturisme si in [g/kWh] pt autovehicule grele.

In Europa începând cu 1990 aceste norme au primit denumirea generala Euro 0, I, II, III, IV si V. Normelor Euro III, IV si V le corespund următorii ani de intrare in vigoare: 2000, 2005 si 2008.

Conform directivei Comisiei europene 2000/53/EC pt automobilele scoase din uz începând cu 2006 masa care se recuperează si se reutilizează trebuie sa fie 85% din masa totala. La proiectare se tine seama de acest fapt adoptându-se soluţii constructive pe baza unor criterii riguroase – se întocmeşte o lista roşie care conţine materialele si substanţele chimice a căror utilizare este fie interzisa, fie se folosesc intr-o concentraţie redusa.

Exemplu: azbestul nu poate fi utilizat, cadmiul si compuşii acestuia in lacuri si vopsele se utilizează in concentraţii mai mici de 0,01%.

Pt zgomotul exterior provocat de automobile exista norme stabilite prin Regulamentul nr.51 – CEE – ONU. In anul 2000 zgomotul avea nivelul 71 dB (A) pt autoturisme si 77 dB (A) pt autocamioane.

2.8. Caracteristici pentru confort Se referă la următoarele aspecte:

11

a) – poziţionarea corectă din pdv ergonomic a organelor de comanda, a scaunelor conducătorului si ale pasagerilor, cursele si forţele de acţionare ale diferitelor organe de comanda, intrarea si ieşirea comoda din automobile – exista norme sau recomandări.

b) - oscilaţiile automobilului in ansamblu c) – vibraţiile diferitelor ansambluri si parţi ale automobilului si zgomotele

produse in interiorul automobilului (nu exista norme stricte) d) – temperatura, umiditatea si viteza aerului in spaţiul ocupat de şofer si pasageri

– standardul SR ISO 7730:1997. Referitor la pct b se utilizează o serie de parametrii de evaluare a oscilaţiilor automobilului:

- acceleraţia medie pătratica amp [m/s2] – exista normele ISO 2631-1-1985/1997 care stabilesc limitele de expunere la oscilaţiile după cele trei direcţii pentru corpul omenesc in funcţie de timp

- doza de vibraţii Dv [m.s-7/4] – pentru o zi de lucru la limite de precauţie este de 8,5 m/s1,75, iar in zona de risc este 15,0 m/s1,75

- derivata acceleraţiei in raport cu timpul (socul) [m/s3] – poate depăşi + 10 m/s3 (valori acceptabile + 2 m/s3, iar valori confortabile + 1 m/s3)

- acceleraţia / deceleraţia maxima [m/s2] 2.9. Caracteristici pentru siguranţa activă si pasivă Siguranţa activă este determinata de:

- calităţile de stabilitate, maniabilitate si performantele de frânare - condiţii de vizibilitate (ziua si noaptea) - iluminarea si semnalizarea luminoasa a automobilelor - un anumit grad de confort Stabilitatea si maniabilitatea sunt înglobate in noţiunea mai larga de ţinuta de

drum – road – holding ability – SR ISO 8855:1999. Ţinuta de drum se defineşte prin gradul de virare (subvirare si supravirare). Condiţiile minime de maniabilitate sunt definite in STAS 6926/2 – 92. Ţinuta de drum este dependenta de caracteristicile şasiului, caroseriei si pneurilor

si îmbunătăţirea acesteia este asociata cu sistemele electronice de reglare menţionate. Siguranţa pasiva este definita prin capacitatea automobilului de a proteja

ocupanţii săi in cazul unor coliziuni cu alte automobile sau obstacole, precum si in cazul răsturnărilor. De asemenea automobilele nu trebuie sa producă răniri ale pietonilor la impactul cu aceştia.

Pt aceasta suprafeţele interioare ale automobilelor cu care vin in contact ocupanţii automobilului nu trebuie să prezinte proeminenţe ascuţite si trebuie să amortizeze şocurile, un rol însemnat revenind volanului pt protecţia conducătorului. Se folosesc mijloace de reţinere a ocupanţilor la producerea impactului, precum si perne

12

gonflabile care măresc suprafaţa de contact si amortizează şocurile (air-baguri montate frontal, dar si lateral).

Caroseria si barele de protecţie trebuie să fie astfel proiectate încât partea centrala (celula in care se afla ocupanţii automobilului) să rămână intactă, energia de impact fiind preluată de restul automobilului, care trebuie să prezinte deformaţii plastice mari pentru a diminua deceleraţiile la producerea şocului.

2.10. Conducerea confortabila a automobilului

Driveability (senzaţia pe care o are conducătorul in diferite situaţii de mişcare) – capacitatea de răspuns a automobilului la comenzile prin pedala de acceleraţie si la schimbarea treptelor, funcţionarea liniştita si confortul determinat de motor si transmisie, inclusiv la schimbarea treptelor. Aspecte relevante:

- ezitare sau întârziere la comanda prin pedala de acceleraţie; - motorul dezvolta mai putina putere decât este de aşteptat pentru a obţine viteza

dorita; - motorul nu porneşte sau nu se opreşte imediat; - puterea motorului variază, deşi pedala de acceleraţie este fixa (se modifica

permanent viteza); - mers in gol neregulat si instabilitatea funcţionării; - răspunsul la eliberarea pedalei de acceleraţie; - zgomote si vibraţii la mersul in gol, pornirea/ oprirea motorului, deplasarea in

regim staţionar, schimbarea treptelor. Mărimile de evaluare obiectiva ale conducerii confortabile a autoturismului sunt corelate cu evaluările subiective ale conducătorilor, acordându-se note. Pentru aceasta se utilizează diferite metode, numărul parametrilor luaţi in considerare este aproximativ 950, fiind posibil sa se definească un anumit automobil ca fiind de baza din pdv al dinamicitaţii (stil sportiv) si al confortului in conducere. Un rol important in studiul acestei probleme îl are simularea.

Fig. Răspunsul automobilului la apăsarea pedalei de acceleraţie

13

CAPITOLUL III

ORGANIZAREA GENERALĂ A AUTOVEHICULELOR RUTIERE

Automobilele sunt alcătuite din mai multe ansambluri, subansambluri şi mecanisme care pot fi

împărţite în următoarele grupe: a) motorul (sursa de energie) b) transmisia c) sistemul de rulare (de propulsie) d) sistemele de conducere e) caroseria f) mecanisme de lucru şi instalaţiile de confort.

Schema generală a amplasării părţilor principale ale automobilelor este prezentată în Fig.3.1.

Fig.3.1. Părţile componente ale automobilului

a) Motorul 1, care constituie sursa de energie a automobilului, transformă energia chimică combustibilului folosit în energie mecanică necesară mişcării automobilului. De regulă motorul se amplasează în faţă, dar există situaţii de amplasare în spate a motorului la autobuze şi la unele autoturisme. La unele autocamioane pentru a mării platforma de încărcare motorul se plasează sub cabină şi caroserie, iar la unele autobuze sub podea între cele două punţi.

b) Transmisia serveşte pentru modificarea, transmiterea şi distribuirea momentului motor al motorului 1, la roţile motoare 7 ale automobilului. Transmisia se compune din următoarele subansambluri: ambreiaj 2, cutie de viteze 3, transmisia cardanică 4, reductorul central 5 şi diferenţialul 6.

De la motorul 1 cuplul motor se transmite ambreiajului 2, care serveşte la cuplarea şi decuplarea motorului de transmisie, în vederea opririi şi pornirii automobilului, precum şi la schimbarea treptelor de viteze.

Cutia de viteze 3 modifică vitezele de deplasare şi forţele de tracţiune ale automobilului. De asemenea, permite obţinerea mersului înapoi şi staţionarea îndelungată a automobilului cu motorul în funcţiune.

Transmisia cardanică transmite cuplul motor de la cutia de viteze la puntea motoare din spate, iar în cazul automobilelor cu motorul în faţă - transmisie pe roţile din faţă şi, motor în spate - transmisie pe roţile din spate, acest subansamblu dispare.

Reductorul central, pe lângă faptul că transmite cuplul motor la puntea din spate, participă la mărirea raportului total de transmitere şi face în acelaşi timp să se transmită mişcarea de la un arbore la altul, atunci când aceştia sunt dispuşi unul faţă de altul sub un unghi de 90°.

Diferenţialul dă posibilitatea celor două roţi motoare să se rotească cu turaţii diferite, lucru necesar la deplasarea automobilului în viraj sau pe drumuri cu neregularităţi.

14

c) Sistemul de rulare transformă mişcarea de rotaţie în mişcare de translaţie şi cu ajutorul lui automobilul se sprijină pe drum.

La automobilele cu o singură punte motoare (Fig. 1), sistemul de rulare se compune din roţile motoare din spate 7 şi roţile de direcţie din faţă 8, care sunt legate la sistemul de direcţie 9. Tot din sistemul de rulare face parte şi suspensia, în funcţie de numărul roţilor motoare şi nemotoare automobilele pot fi realizate în diferite variante după cum urmează:

4x2 sau 4x4 - autovehiculele cu două punţi, 6x2, 6x4, 6x6 - automobilele cu trei punţi, 8x4, 8x8 - automobilele cu patru punţi.

Varianta 4x2 cu punte motoare dispusă în spate se întâlneşte la aproape toate tipurile de automobile, iar 4x2 cu punte motoare în faţă este utilizată, de regulă, la autoturisme. Varianta 4x4 se foloseşte la autocamioanele şi autoturismele cu capacitate de trecere mărită, iar variantele 6x2, 6x4, 6x6, 8x4 şi 8x8 se folosesc la autocamioane şi autotractoare.

d) Sistemele de conducere sunt formate din sistemul de direcţie 9 şi sistemul de frânare. Sistemul de direcţie are rolul de a orienta roţile de direcţie în funcţie de felul traiectoriei mişcării automobilului şi de a asigura acestora o manevrabilitate mai bună. Sistemul de frânare asigură încetinirea sau oprirea automobilului din mers, evitarea accelerării la coborârea pantelor şi imobilizarea automobilelor oprite.

e) Caroseria este montată pe şasiul (transmisie şi sistem de rulare) automobilelor şi este rezervată conducătorului auto, pasagerilor sau mărfurilor transportate. La autocamioane caroseria se compune din cabină şi platforma pe care se aşează bunurile de transportat

f) Mecanismele de lucru şi instalaţii de confort. La unele automobile se utilizează o serie de mecanisme de lucru ca priză de putere, diferite sisteme de ridicare, dispozitivul de remorcare, etc. cu ajutorul cărora puterea motorului este utilizată pentru executarea de lucrări. La automobilele actuale se găsesc instalaţii şi aparatură pentru asigurarea confortului, a siguranţei circulaţiei şi controlului exploatării, din care fac parte: instalaţia de încălzire şi aerisire, aparatajul de bord şi iluminat, centuri de siguranţă, etc.

Organizarea generala a unui autovehicul înseamnă dispunerea relativa a postului de conducere si a spaţiului util, precum si a grupului motor-transmisie fata de punţile autovehiculului. Prin definirea organizării generale a unui autovehicul se precizează numărul şi poziţia punţilor motoare.

3.1. Organizarea generală a autoturismelor

15

Înainte de folosirea punţilor cu suspensii cu roţi independente motorul trebuia să fie plasat în

spatele axei punţii faţă, deoarece altfel ar fi rezultat o înălţime exagerat de mare a autoturismului si o încărcare mare a acestei punţi.

Descărcarea punţii spate ar fi fost însemnată, diminuând aderenta roţilor acestei punţi. Deoarece motoarele timpului aveau puterea redusă, rezultau astfel chiar si pentru modelele ieftine valori ale cilindreei totale de (3 - 4litri), ceea ce impunea lungimi si mase mari ale motoarelor. Ampatamentul si lungimea totala a autoturismului aveau valori mari, iar scaunele din spate erau plasate deasupra punţii spate, cu efecte dăunătoare asupra confortului.

Un rol hotărâtor în perfecţionarea soluţiei clasice de organizare l-a avut introducerea la puntea faţă a suspensiei cu roţi independente, ceea ce a permis plasarea motorului intre roţi la o înălţime joasă. Astfel postul de conducere si scaunele pasagerilor au fost deplasate mai în faţă, cele din spate fiind aduse într-o zona mai favorabila din punct de vedere al confortului la oscilaţii.

Organizarea generala s-a îmbunătăţit si mai mult prin folosirea motoarelor în V mai scurte si prin introducerea suspensiei cu roţi independente la puntea din spate.

Astăzi soluţia clasică de organizare generală este adoptată la autoturisme cu motoare având capacitatea cilindrică peste 2 litri.

Avantaje: - încărcări statice ale punţilor apropiate, iar la sarcina maxima puntea din spate este mai încărcată (cca 56%) ceea ce este foarte favorabil tracţiunii (pt automobilele de lux si cele care tractează); - lungime destul de mare a părţii frontale pentru deformare şi deplasarea grupului motor în partea inferioară a torpedoului la o coliziune frontală; - solicitare redusă a suporţilor motorului sub acţiunea momentului la ieşirea din cutia de viteza; - accesibilitate uşoară la motor; - punte faţă simplă, cu posibilitatea aplicării de diverse variante constructive; - mecanism de comandă a cutiei de viteze simplu; - se poate utiliza o cutie de viteza cu priză directă (randament ridicat); - utilizarea unui sistem de evacuare a gazelor de lungime mare, cu silenţiozitate bună şi posibilitate de montare uşoară a convertorului catalitic; - încălzire eficace a habitaclului datorită traseului de lungime mică al aerului şi al apei. Dezavantaje: - la încărcarea parţială a autoturismului, puntea motoare este relativ descărcată (poate ajunge până la 45%), ceea ce reduce capacitatea de trecere pe drum de iarnă sau umed şi creşte pericolul patinării roţilor, mai ales la viraje strânse; - regim de mişcare rectilinie mai puţin stabil decât în cazul roţilor din faţă motoare (automobilul este împins şi nu tras);

16

- la aplicarea frânei de motor sau a frânei de serviciu moderate, la deplasarea în viraj, autoturismul supravirează (efectul poate fi diminuat sau înlăturat prin utilizarea unei suspensii cu roti independente la puntea din spate, însă soluţia constructivă este destul de complexă); - necesitatea utilizării arborelui cardanic, ceea ce complică structura transmisiei şi reduce spaţiul din habitaclu; - restricţii pentru portbagaje la o lungime data a autoturismului; - lungime mare a automobilului, masă proprie relativ mare şi cost ridicat.

17

Motorul, ambreiajul, cutia de viteze si transmisia principală constituie un agregat unitar dispus în partea din faţă. Soluţia se caracterizează prin compactitate ridicată, obţinându-se o lungime totală a autoturismului mai mică cu 100 – 300 mm faţă de soluţia clasică de organizare.

Avantaje: - bună stabilitate a mişcării (automobilul este tras şi nu împins); - o bună capacitate de trecere pe timp de iarnă şi pe drum ud, chiar la încărcare parţială a automobilului (sarcina pe roţile motoare este relativ mare); - stabilitate bună în viraj; - sensibilitate redusă la vânt lateral; - construcţie simplă a punţii din spate; - eliminarea transmisiei cardanice (transmisie mai simplă, eliminarea unei surse importante de vibraţii şi confort mărit); - spaţiu mare al portbagajului şi zonă mare de deformare la impact din spate; - încălzire eficace a habitaclului datorită lungimii reduse a traseului apei; - sistem de evacuare a gazelor cu traseu lung, cu spaţiu suficient pentru amplasarea convertizoarelor catalitice.

18

Dezavantaje: - la încărcarea totală a automobilului, capacitatea de trecere este redusă pe drum umed, cu gheaţă şi la deplasarea în rampă; - lungimea motorului este limitată, - încărcare ridicată a sistemului de direcţie (datorită sarcinii mari pe puntea de direcţie), necesitând servodirecţie; - dificultăţi la plasarea convenabilă a casetei de direcţie; - suspensia grupului motor-transmisie este supusă unui moment mare condiţionat de raportul total de transmitere al transmisiei; - solicitări relativ mari ale suspensiei punţii din faţă; - arhitectura punţii faţă relativ complicată; - producerea unor solicitări de încovoiere a sistemului de evacuare a gazelor datorate mişcărilor grupului motor-transmisie în timpul demarării şi frânării; - uzare intensă a anvelopelor, roţile fiind în acelaşi timp de direcţie şi de tracţiune; - solicitarea puternică a mecanismelor de frânare la roţile din faţă. c) Motor spate, punte motoare spate (totul spate)

Motorul, cutia de viteze si transmisia principală (împreună cu diferenţialul) constituie un bloc unitar, ceea ce conduce la o construcţie compactă si uşoară. Se utilizează o suspensie cu roţi independente. Avantaje: - capacitate mare de trecere, mai ales la urcarea rampelor; - posibilitatea realizării de acceleraţii mari la demaraj; - virare neutră la limita de stabilitate, când motorul este amplasat în faţa axei punţii din spate; - lungime redusă a automobilului; - construcţie simplă a punţii din faţă; - traseu scurt al fluxului de putere de la motor la roţi; - solicitări reduse ale sistemului de direcţie; - lipsa transmisiei cardanice; - cost redus. Dezavantaje: - stabilitate modestă a mişcării rectilinii; - supravirare accentuată când motorul este amplasat în spatele axei punţii din spate; - sensibilitate la vânt lateral; - dificultate la virarea pe sol cu aderenţă scăzută din cauza sarcinii reduse pe puntea de direcţie;

19

- uzare intensă a pneurilor la puntea din spate; - suspensia grupului motor-transmisie este supusă unui moment mare condiţionat de raportul total de transmitere al transmisiei; - traseu lung pentru comenzile motorului şi transmisiei; - traseu redus al sistemului de evacuare a gazelor; - izolare fonică a motorului dificilă; - traseu lung al sistemului de încălzire a habitaclului; - dificultăţi în amplasarea rezervorului de combustibil într-o zonă sigură; - portbagaj mic; - dificultăţi în realizarea modelului break. Analiza comparativă a soluţiilor de organizare generală a autoturismelor (vezi laborator) Autoturisme cu tracţiune integrală

3.2. Organizarea generală a autobuzelor

Avantaje: - simplitatea comenzilor motorului şi transmisiei;

- poziţie favorabilă a radiatorului; - posibilitatea amplasării bagajelor în partea din spate şi lateral.

Dezavantaje: - încărcarea punţilor nefavorabilă; - izolare dificilă a motorului faţă de spaţiul călătorilor; - lungime mare a transmisiei longitudinale; - accesul la motor din interiorul autobuzului afectează confortul.

20

Avantaje:

- distribuţie mai adecvată a încărcărilor pe punţi; - flexibilitate mai mare privind organizarea spaţiului interior;

Dezavantaje: - transmiterea vibraţiilor de la motor la podea afectează confortul; - dificultăţi în amplasarea radiatorului şi antrenarea ventilatorului; - accesul la motor din interiorul autobuzului afectează confortul.

Motor în spate, tracţiune spate

Motorul este amplasat în consolă longitudinal sau transversal, vertical sau orizontal.

21

Avantaje: - distribuţie convenabilă a încărcărilor pe punţi; - organizare adecvată a spaţiului interior; - posibilitatea de coborâre a podelei; - bună izolare a motorului faţă de spaţiul pasagerilor, cu o bună protecţie la fum şi zgomot; - se poate crea un compartiment voluminos pentru bagaje sub podea; - acces la motor din exteriorul autobuzului, eventual montarea lui pe un cadru extractibil în vederea uşurării operaţiunilor de mentenanţă.

Dezavantaje: - amplasare neconvenabilă a radiatorului; - comenzi complicate pentru motor şi transmisie; - complicaţii ale transmisiei la poziţionarea transversală a motorului. 3.3. Organizarea generală a autocamioanelor

a) cabină retrasă; b) cabină semiretrasă; c1) cabină avansată, motor în cabină; c2) cabină avansată, motor sub cabină în spatele axei punţii; c3) cabină avansată,

motor sub podeaua plană a cabinei; c4) cabină avansată, motor între punţi

Cabina retrasă: preţ redus, accesibilitate uşoară la motor, cabină spaţioasă, acces facil în cabină, spaţiu mare pentru rezervoarele de combustibil, acumulatoare etc. Cabină avansată: Avantaje: lungime de gabarit a autocamionului mai mică, ampatament mai redus, încărcare mai uniformă a pneurilor, micşorarea masei proprii, manevrabilitate superioară a autocamionului, vizibilitate bună, accesibilitate foarte bună la motor şi transmisie. Dezavantaje: complicaţie constructivă datorită dispozitivelor de rabatere şi fixare ale cabinei, complicarea sistemelor de comandă a transmisiei şi frânelor, acces în cabină mai dificil, descărcarea punţii spate la mersul neîncărcat cu consecinţe negative privind capacitatea de trecere pe terenuri cu aderenţă redusă.

22

3.4. Noţiuni sumare asupra deplasării automobilului

Utilizarea automobilului constă în transportul pe drumuri al pasagerilor, încărcăturilor sau al

utilajului special montat pe automobil. Automobilul trebuie să învingă rezistenţele, care apar la deplasarea lui, deci energia mecanică dezvoltată de motorul automobilului este folosită pentru învingerea rezistenţelor ce apar la deplasarea automobilului.

Cantitatea de energie consumată în unitatea de timp pentru învingerea rezistenţelor la înaintarea automobilului determină puterea necesară în fiecare moment, la arborele cotit al motorului.

Valoarea limită a puterii dezvoltate de motor la o anumită turaţie a arborelui cotit este limitată de parametrii motorului (tipul, construcţia şi dimensiunile sale) şi de valoarea rezistenţelor care, la o anumită viteză, pot fi învinse de un automobil având un anumit motor.

Fiind cunoscute puterea Pe [CP] dezvoltată de motor şi turaţia arborelui cotit ne [rot/min] se poate calcula cuplul motor Me [daNm] la arborele cotit al motorului:

Me = 716,2 Pe /ne (1)

După cum s-a văzut puterea dezvoltată de motor se transmite, prin intermediul mecanismelor

transmisiei, la roţile motoare ale automobilului. O parte anumită din putere se consumă pentru învingerea frecării şi a celorlalte rezistenţe din mecanismele transmisiei Din această cauză puterea la roţile motoare PR este mai mică decât puterea la arborele cotit al motorului.

Raportul între puterea la roţile motoare ale automobilului PR şi puterea dezvoltată de motor, Pe se numeşte randamentul transmisiei şi caracterizează calitatea transmisiei în privinţa pierderilor la transmiterea puterii de la motor la roţile motoare. Randamentul transmisiei poate fi calculat cu relaţia:

tr = PR/Pe = (Pe- Ptr) /Pe (2)

unde Ptr este puterea pierdută în transmisie. Conform relaţiei (2) puterea la roţile motoare ale automobilului în funcţie de puterea

motorului se poate calcula cu relaţia:

etrR PP (3)

Valoarea randamentului transmisiei depinde de construcţia mecanismelor transmisiei şi de condiţiile de lucru, fiind în medie egal cu 90%, deci, pentru învingerea rezistenţelor din mecanismele transmisiei se consumă în medie 10% din puterea motorului.

Datorită prezenţei mecanismelor transmisiei, turaţia roţilor automobilului (pentru simplificare se consideră cazul de mişcare în linie dreaptă a automobilului când turaţia roţilor din dreapta şi din stânga este aceeaşi) este mai mică decât turaţia arborelui cotit al motorului. Pentru a ilustra acest lucru se notează cu i0 raportul de transmitere al reductorului central, care arată de câte ori turaţia roţilor motoare este mai mică decât turaţia arborelui cardanic sau, de câte ori cuplul motor la roţile motoare este mai mare decât cuplul motor al arborelui cardanic. De asemenea se notează cu icv raportul de transmitere al cutiei de viteze, care arată de câte ori turaţia arborelui cardanic este mai mică decât turaţia arborelui cotit al motorului sau, de câte ori cuplul motor al arborelui cardanic este mai mare decât cuplul motor al arborelui cotit al motorului.

Cu notaţiile adoptate, turaţia roţilor motoare nR poate fi exprimată prin turaţia ne a arborelui cotit al motorului, în modul următor:

cv

eR ii

nn

0

(4)

Cunoscând turaţia roţilor automobilului, se poate calcula şi viteza de înaintare a acestuia. Pentru aceasta se notează cu r [m] raza roţilor automobilului, rază la determinarea căreia se ţine seama de deformaţia cauciucului montat pe roată, deci la o rotire a roţii automobilul parcurge un drum de

r2 . Dacă roata face nR rot/min, drumul parcurs de automobil pe minut în metri va fi egal cu

23

Rnr 2 . Drumul parcurs într-o secundă, adică viteza automobilului va fi de 60 de ori mai mică. Folosind relaţia (4) se obţine viteza automobilului:

cv

ea ii

nrV

060

2 [m/s] (5)

sau cv

ea ii

nrV

0

377,0 [km/h] (6)

Cuplul motor la roţile motoare ale automobilului se poate calcula cunoscând puterea la roţile motoare şi turaţia lor cu relaţia următoare:

MR = 716,2 PR /nR (7)

Introducând în această relaţie valorile lui PR şi nR date de relaţiile (3) şi (4) şi ţinând seama de relaţia (1) se obţine:

cvetre

cvetrR iiM

n

iiPM

0

02,716

(8)

Împărţind momentul la roţile motoare la raza lor, se obţine forţa periferică la roţile motoare, care se notează cu FR:

r

iiM

r

MF cvetrR

R

0

(9)

Forţa periferică FR este îndreptată în sens invers deplasării automobilului şi reprezintă acţiunea roţilor motoare ale automobilului asupra drumului în punctele lor de contact (Fig.3.2).

Fig. 3.2. Forţele de interacţiune a roţilor motoare cu drumul

Acţiunea reciprocă a drumului asupra roţilor motoare se exprimă prin forţa de reacţie T aplicată de drum pe roţile motoare şi este îndreptată în sensul de deplasare a automobilului. Deci, T reprezintă o forţă mobilă, numită forţă de tracţiune. Dacă nu se ţine seama de rezistenţa relativ mică de rostogolire a roţilor motoare, atunci forţa de tracţiune este egală în valoare absolută cu forţa periferică.

T = FR (10) Aceasta permite ca la rezolvarea unor probleme practice să se considere în locul forţei de

tracţiune, forţa periferică, ce se poate calcula uşor cu relaţia (9). Mărimea forţei periferice la roţile motoare este limitată de aderenţa acestor roţi cu drumul,

adică: mR ZF (11)

unde: - coeficientul de aderenţă dintre roată şi drum, care depinde de starea drumului; Zm - reacţiunea normală la roţile motoare.

Pentru un drum uscat, cu acoperire artificială tare, coeficientul de aderenţă este în medie = 0,6. Pe un drum alunecos, coeficientul de aderenţă scade de 2...3 ori, adică ajunge la valori 0,2...0,3.

Dacă roţilor motoare ale automobilului li se transmite o forţă periferică în valoare mai mare decât forţa de aderenţă, forţa de tracţiune nu creşte, iar roţile încep să patineze pe drum. Mărimea

24

reacţiunii normale Zm depinde de schema şi construcţia automobilului. La un automobil cu două punţi cu roţile motoare în spate Zm = Z2, iar dacă are roţile motoare în faţă Zm = Z1. Dacă automobilul are toate roţile motoare Zm = Z1 + Z2 = Ga (unde Z1 este reacţiunea statică pe puntea din faţă, iar Z2 reacţiunea statică pe puntea din spate)

3.4.1. Forţele de rezistenţă la înaintarea automobilului

Ca rezultat al acţiunii drumului şi aerului asupra automobilului aflat în mişcare apar o serie de rezistenţe la înaintare a căror sumă este echilibrată de forţa de tracţiune. Aceste rezistenţe determină caracterul mişcării şi valoarea vitezei dezvoltate de automobil.

Forţa totală la roată obţinută prin însumarea forţelor tangenţiale de la toate roţile motoare se utilizează la învingerea rezistenţelor la înaintare formate din: rezistenţa la rulare Fr, rezistenţa la urcarea pantei Fp, rezistenţa aerului Fa şi rezistenţa la accelerare sau rezistenţa la demaraj Fd, după cum este arătat în Fig.3.3.

Rezistenţa la rulare Fr şi rezistenţa aerului Fa sunt totdeauna forţe care se opun mişcării automobilului. Rezistenţa datorită pantei Fp se opune mişcării numai în cazul urcării automobilului pe un drum înclinat, la coborârea pantei devine forţă activă, iar la deplasarea pe drum orizontal este egală cu zero. Rezistenţa la accelerare sau rezistenţa la demarare Fd acţionează asupra automobilului numai în timpul mişcării cu regim variabil, nestaţionar ( aV const.) şi este totdeauna de

sens opus acceleraţiei. Astfel, la accelerarea automobilului (demarare) ea acţionează ca forţă de rezistenţă, iar la frânare ca forţă activă.

Fig. 3.3. Schema forţelor care acţionează asupra automobilului

Rezistenţa totală F la înaintarea automobilului, în cazul cel mai general al mişcării (drum înclinat şi viteză variabilă) este dată de relaţia:

F = Fr ± Fp + Fa ± Fd (12)

Deoarece rezistenţa totală la înaintare în timpul deplasării este echilibrată de forţa totală la roţile motoare, se poate scrie:

FR = F = Fr ± Fp + Fa ± Fd (13) Forţa de rezistenţă la rulare Fr este condiţionată de pierderile datorită rulării roţii elastice pe

suprafeţe tari sau deformabile ale drumului. Pentru calcularea forţei de rezistenţă la rulare a automobilului se consideră un coeficient mediu de rezistenţă la rulare f, pentru toate roţile automobilului. Astfel, forţa de rezistenţă la rulare pe un drum orizontal a unui automobil sau a unei remorci se calculează cu relaţiile:

fGFfGF rrar ; (14)

iar în cazul unui autotren cu n remorci, relaţia (14) devine:

25

fGGFn

rar

1

(15)

unde: Ga este greutatea totală a automobilului sau autotractorului; Gr este greutatea unei remorci; f este coeficientul mediu de rezistenţă la rulare. Pe un drum înclinat cu unghiul , relaţiile (14) şi (15) devin:

cos;cos fGFfGF rrar (16)

respectiv:

cos1

fGGF

n

rar (17)

Valoarea coeficientului de rezistenţă la rulare, pe drum cu acoperire tare, artificială, variază în medie între limitele 0,02…0,03, iar pe drumurile de pământ, cu acoperire moale între limitele 0,06...0,1.

Forţa de rezistenţă la urcarea pantei Fp este dată de componenta greutăţii automobilului paralelă cu suprafaţa drumului, adică:

Fp = Gasin (18) unde: este unghiul de înclinare longitudinală a drumului.

In cazul în care automobilul lucrează în agregat cu remorcă, forţa de rezistenţă la urcarea pantei se calculează cu relaţia:

sin1

n

rap GGF (19)

Forţa de rezistenţă a aerului Fa este forţa la înaintarea automobilului exercitată asupra acestuia de mediul de aer în care circulă automobilul. Din totalul puterii consumate de un autoturism obişnuit, care s-ar deplasa cu o viteză de circa 100 km/h, aproape două treimi se datorează forţei de rezistenţă a aerului.

Forţa de rezistenţă a aerului constă dintr-o rezistenţă de frecare, determinată de dimensiunile şi calitatea suprafeţei automobilului şi dintr-o rezistenţă de presiune şi formare a turbioanelor, determinată de forma automobilului.

Forţa de rezistenţă a aerului poate fi calculată cu relaţia: 2

aa VSKF (20)

unde: K este coeficientul aerodinamic, caracterizat îndeosebi de forma caroseriei; S [m2] este secţiunea transversală perpendiculară pe direcţia de deplasare a automobilului; Va [m/s] este viteza de deplasare a automobilului. Dacă în relaţia forţei de rezistenţă a aerului viteza se introduce în km/h, ea capătă forma:

136,3

2

2

2aa

a

VSKVSKF

(21)

Forţa de rezistenţă la demaraj Fd este o forţă care acţionează asupra automobilului atunci când el se deplasează în regim tranzitoriu, confundându-se în ultimă instanţă cu forţa disponibilă pentru accelerare. Această forţă se poate calcula cu relaţia:

dt

dV

g

GF aa

d

(22)

unde: este coeficientul maselor automobilului în mişcarea de rotaţie; dVa /dt este acceleraţia automobilului.

In concluzie se poate arăta că echilibrul tuturor forţelor care acţionează asupra automobilului la mişcarea rectilinie pe un drum oarecare, reprezintă ecuaţia bilanţului de tracţiune, adică relaţia (13). Prin analogie cu ecuaţia bilanţului de tracţiune se poate scrie şi ecuaţia bilanţului de putere.

26

CAPITOLUL IV

Predeterminarea parametrilor autovehiculelor in vederea efectuării calculului de tracţiune

4.1. Predeterminarea parametrilor dimensionali

Parametrii dimensionali ai autovehiculelor se referă la dimensiuni exterioare şi dimensiuni interioare. Definirea acestor dimensiuni şi codificarea lor se efectuează conform standardelor:

SR ISO 4131 pentru autoturisme SR ISO 7656 pentru autocamioane Codurile dimensiunilor (notaţiile) se realizează folosind o literă majusculă

specifică tipului dimensiunii: L pentru lungime, H pentru înălţime, W pentru lăţime, D pentru diametru şi V pentru volum. Aceste litere pot fi folosite şi pentru definirea unor unghiuri potrivit regulii din standard. Codul complet se obţine adăugând la litera respectivă un număr, după următoarea regulă:

între 1 şi 99 inclusiv, pentru dimensiuni interioare; între 100 şi 199 inclusiv, pentru dimensiuni exterioare; între 300 şi 399 inclusiv, numai pentru dimensiunile interioare ale vehiculelor

utilitare; între 400 şi 499 inclusiv, numai pentru dimensiunile exterioare ale vehiculelor

utilitare; între 500 şi 599 inclusiv, numai pentru dimensiunile sarcinii transportate de

vehiculele utilitare. De pildă, L101 reprezintă ampatamentul în cazul autoturismelor, iar L401

este ampatamentul în cazul autocamioanelor. In continuare, în general, se vor folosi notaţii mai simple, care pot fi

manevrate cu mai multă uşurinţă în diverse relaţii de calcul. Desigur, în buletine de măsurări sau în alte situaţii, când este mai comod să nu se utilizeze definiţii ad-hoc, se vor folosi notaţiile din standard.

Relativ la dimensiunile exterioare, parametrii cei mai importanţi sunt: ampatamentul L, lungimea de gabarit La, lăţimea de gabarit la, înălţimea de gabarit Ha, consola faţă C1, consola spate C2, înălţimea liberă de trecere (garda la sol) hs, raza longitudinală de trecere Rl, raza transversală de trecere Rt,, unghiul de atac α1, unghiul de degajare α2 şi unghiul de rampă.

Pentru dimensiunile de gabarit există nişte limite maxime impuse de norme. Astfel, în ţara noastră trebuie respectate condiţiile (RNTR - 2 - Reglementări şi norme tehnice în transporturile rutiere - ordin al Ministrului Transporturilor 251/1999, STAS 863-85): La<12m în cazul autovehiculului nearticulat (indiferent de numărul punţilor); La < 22 m în cazul trenului rutier cu două remorci, La < 18,35 m în cazul trenului rutier cu o remorcă, La < 16,5 m în cazul trenului cu semiremorcă, la < 2,55 m (2,50 m la vehicule izoterme cu pereţi groşi de 45 mm) şi Ha<4,0 m.

27

O atenţie mărită trebuie acordată alegerii ampatamentului, care influenţează în

mod hotărâtor caracteristicile de masă şi dimensiunile autovehiculului, capacitatea de trecere, stabilitatea, maniabilitatea şi confortul la oscilaţii.

La autobuzele europene cu lungimea de 11 m şi 12 m ampatamentul este de

(5,4- 6,7) m. Pentru autobuzul obişnuit cu lungimea de 11 m, ampatamentul variază în limite restrânse de (5,50 - 5,60) m. In cazul autobuzelor urbane, se aleg valori mai mici ale ampatamentului pentru a asigura o manevrabilitate mai bună şi pentru a putea amplasa trei uşi (câte una la fiecare consolă). La autobuzele interurbane, pentru mărirea stabilităţii şi a confortului se vor alege valori mai mari ale ampatamentului.

La autocamioanele cu cabină avansată cu caroserie platformă deschisă si la cele cu cabină retrasă cu caroserie-furgon raportul L/La este 0,53…0,54. La autocamioane 6x4 cu cabină retrasă raportul menţionat are valori în jurul a 0,75. 4.2. Predeterminarea parametrilor de masă

Pentru predeterminarea parametrilor de masă ai unui autovehicul în primul rând

trebuie evaluată masa proprie a automobilului de proiectat prin folosirea unor formule empirice.

Masa proprie a autoturismului defineşte clasa acestuia care se corelează şi cu capacitatea cilindrică. In tabelul 4.1 se prezintă o clasificare a autoturismelor după capacitatea cilindrică în clase şi grupe în corespondenţă şi cu masa proprie uscată. O altă clasificare a autoturismelor europene (95% din cele vândute pe piaţă), din care au fost eliminate cele foarte mici, autoturismele de sport şi limuzinele de lux, conduce la următoarele 5 clase, în funcţie de masa proprie: A - 800 kg, B - 850 kg, C - 1050 kg, D - 1300 kg, E - 1550 kg. Acestor clase le corespund puterile maxime ale motorului [kW] în ordine: 40, 44, 55, 90 şi 135.

Tabelul 4.1

Clasa Grupa Capacitatea cilindrică a

motorului, cm3 Masa proprie

uscată, kg

Foarte mică 1 < 849 < 649 2 850…1099 650…799

Mică 1 1100…1299 800…899 2 1300…1499 900…999 3 1500…1799 1000…1149

Medie 1 1800…2499 1150…1299 2 2500…3499 1300…1499

Mare 1 3500…4999 1500…1899 2 >5000 >1900

În S.U.A. autoturismele sunt clasificate după volumul interior util, considerându-se distinct autoturismele cu caroserie sedan şi cele cu caroserie combi (break). Volumul

28

interior se determină potrivit unor norme riguroase. Autoturismele sedan sunt împărţite în 5 clase:

minicompacte (volum < 2,4 m3), subcompacte (2,40 - 2,80 m3), compacte (2,81- 3,08 m3), medii (3,ll- 3,70 m3) şi mari (> 3,39 m3). Autoturismelor combi le corespund următoarele clase: mică (<3,68 m3),

medie (3,68- 4,5 m3) şi mare (>4,5 m3). Pentru un autoturism reprezentativ pentru 50% din producţia europeană de

autoturisme, proporţiile şi greutatea materialelor din care acesta se fabrică sunt: 63% - oţel; 7,2% - metale neferoase; 10,5% - materiale plastice; 4,4% - elastomeri; 2,65 - sticlă; 1,6% - masticuri şi vopsele; 4,0% - textile şi izolatori fonici; 6,7% - diverse fluide.

Aluminiul este principalul material neferos utilizat într-o proporţie de 6%. Pe un astfel de autoturism cantitatea de aluminiu este de cca (60-65) kg. In anul 2005 era prevăzut ca aluminiul să reprezinte 10% din greutatea unui autoturism european şi 14% pentru un autoturism fabricat în S.U.A. Pentru reducerea greutăţii se folosesc oţeluri uşor aliate, oţeluri de înaltă rezistenţă, aluminiu, magneziu şi materiale plastice. Utilizarea oţelurilor de înaltă rezistenţă, începută mai demult, comportă anumite cerinţe tehnologice, dar se pot obţine reduceri de masă pentru piesele respective de (10…15)%.

In general, în timp, ponderea materialelor feroase va scădea, crescând ponderea materialelor cu greutate specifică mai mică şi extinzându-se gama componentelor din magneziu.

Este de menţionat faptul că micşorarea masei unui subansamblu atrage după sine şi micşorarea masei altor subansambluri. Astfel, prin modernizarea automobilului Lightweight Charger XL, masa pieselor fabricate din oţel de înaltă rezistenţă s-a micşorat cu 170 kg, în timp ce masa totală a automobilului a scăzut cu 285 kg. In legătură cu această reducere de masă există o regulă empirică pentru autoturismele din producţia curentă exprimată printr-un factor, care are valori între 1,3 şi 1,75, firma General Motors adoptând valoarea 1,5. Aceasta înseamnă, în ultimul caz, că dacă se reduce masa unui subansamblu cu 100 kg prin folosirea unui alt material, masa autoturismului se micşorează încă cu 50 kg.

Printr-o proiectare adecvată şi utilizarea materialelor uşoare se pot obţine reduceri spectaculoase. Astfel, masa proprie a autoturismului Audi A2 1,4 l TDI reprezintă 990 kg faţă de 1220 kg cât este masa proprie medie a opt autoturisme având volumul interior comparabil. Diferenţa de 230 kg masă proprie rezultă, în primul rând, din reducerea importantă a masei caroseriei, a cărei structură de rezistenţă este realizată din aluminiu. Reducerea masei caroseriei cu 120 kg şi a echipamentului auxiliar cu 14 kg a condus la micşorarea masei motorului şi transmisiei cu 31 kg, precum şi a masei sistemului de rulare cu 65 kg.

Un aspect important este acela că măsurile impuse pentru sporirea siguranţei active şi pasive au condus, în ultimii 15 ani, la creşterea masei proprii a autoturismelor din clasa de mai sus cu 25%.

29

La aprecierea masei proprii trebuie să se ţină seama de condiţiile concrete de exploatare, în particular de condiţiile oferite de reţeaua de drumuri.

Masa proprie este dependentă de dimensiunile autoturismului. La acelaşi spaţiu util, un autoturism mai înalt devine mai scurt şi, ca urmare, va avea o masă proprie mai mică. Aceasta înseamnă un consum mai redus de combustibil la accelerare şi la urcarea pantelor. Dar un autoturism cu o înălţime mai mică va avea o rezistenţă a aerului mai mică şi un consum mai redus de combustibil la viteze mari. Dependenţa masei proprii faţă de lungimea de gabarit a autoturismului este evidenţiată în figura 4.1.

Fig. 4.1. Masa proprie a autoturismului în funcţie de lungimea de gabarit

O analiză statistică detaliată a pus în evidenţă faptul că un număr mare de

caracteristici şi performanţe ale autoturismelor se află într-o strânsă corelaţie cu masa proprie a acestora, m0. Pe baza acestei analize în s-au stabilit relaţii empirice, valabile pentru autoturismele anilor '80.

Pentru soluţia „totul în faţă":

][99,6/104exp 0139,0

0 mmmmL

r = 0,877; σL = 72,08 mm;

][85437,000116,0 30

20 cmmmVh

r = 0,893; σVh = 0,03 cm3;

Pentru soluţia clasică:

][39,3/289exp 0603,0

0 mmmmL r = 0,814; σL = 69,18 mm;

][143016,400106,0 3

020 cmmmVh

r = 0,887; σVh = 154,6 cm3;

Pentru toate soluţiile de organizare generală:

][163017,110253,0 0

20

3 mmmmL

30

r = 0,896; σL = 69,82 mm;

][31866,11011,3 30

20

4 cmmmVh

r = 0,918; σVh = 244,91 cm3;

In relaţiile de mai sus se precizează valorile coeficienţilor de corelaţie r si

abaterea standard σ. Unii autori exprimă masa totală maximă în funcţie de lungimea

totală La a autoturismului: man = 510,476 La -750,93 [kg]. Stabilirea masei proprii a autocamioanelor se face prin intermediul coefi-

cientului de tară, folosind datele de la modelele similare prelucrate statistic. în general, odată cu creşterea sarcinii utile maxime constructive are loc scăderea coeficientului de tară. Această dependenţă este prezentată grafic în figura 4.2 pentru autocamioane 4x2 şi 6x4 cu caroserie platformă deschisă sau caroserie furgon-platformă.

Fig. 4.2. Coeficientul de tară în funcţie de sarcina utilă maximă constructivă a autocamionului.

Curbei din figura 4.2 îi corespunde ecuaţia:

][106,5013,013,0156,1 342 ununung mmm

în care mun se exprimă în tone. Relaţia de mai sus are caracter statistic şi este alcătuită pe baza datelor a 200 modele de autocamioane din anii '70.

Bineînţeles, la alegerea coeficientului de tară şi, respectiv, a masei proprii trebuie să se ţină seama de soluţia de organizare generală adoptată şi de parti-cularităţile constructive şi de exploatare. Adoptarea unor valori mai mici ale coeficientului de tară trebuie să fie acompaniată cu măsuri constructive adecvate şi de utilizarea de materiale cu calităţi superioare. Astfel, se folosesc tot mai mult oţeluri de înaltă rezistenţă, aluminiu şi materiale plastice. Aluminiul este folosit la realizarea barelor de protecţie, cabinelor, longeroanelor şi traverselor, rezervoarelor de aer şi de combustibil, saboţilor de frână, carterelor de ambreiaje etc. Se folosesc, de asemenea, arbori cardanici şi arcuri ale suspensiei confecţionaţi din materiale compozite.

31

4.3. Definirea spaţiului pentru postul de conducere

Conducătorului autovehiculului trebuie să i se asigure un spaţiu şi o poziţie corespunzătoare astfel încât:

- postura sa să fie comodă fiziologic; - să nu producă oboseală excesivă şi îmbolnăvire; - să existe libertate de mişcare pentru acţionarea volanului, manetelor de

comandă şi pedalelor, care trebuie să fie accesibile şi plasate astfel încât solicitările conducătorului să fie minime;

- să se asigure vizibilitatea corespunzătoare. Pentru ţara noastră, în cazul autocamioanelor, autobuzelor şi

troleibuzelor, există următoarele standarde: STAS R 10666/1-76 - Dimensiunile postului de conducere şi amplasarea

organelor de comandă la autocamioane, autobuze şi troleibuze - Condiţii ergonomice; STAS R 10666/2-76 - Determinarea elementelor postului de conducere şi a

locului pentru pasageri la autocamioane, autobuze şi troleibuze - Manechin tridimensional;

STAS R 10666/3-76 - Determinarea elementelor postului de conducere şi a locului pentru pasageri, la autocamioane, autobuze şi troleibuze - Manechin bidimensional (plan).

In urma determinărilor antropometrice se stabilesc aşa-numitele grupe dimensionale reprezentative. Grupa reprezentativă x % (0 < x < 100) este definită de o persoană reprezentativă având unele dimensiuni ale corpului (precizate) mai mari decât dimensiunile corespunzătoare a x % persoane din întreaga populaţie adultă. Altfel spus, x % din populaţia adultă prezintă dimensiunile respective mai mici sau cel mult egale cu cele ale persoanei reprezentative.

Potrivit standardelor menţionate sunt avute în vedere trei grupe reprezentative: 10%, 50% şi 90%.

Corespunzător grupelor reprezentative în STAS R 10666/2 şi STAS R 10666/3 se definesc manechinele tridimensionale şi bidimensionale (figurile 4.3 şi 4.4).

32

Fig. 4.3. Manechin tridimensional

Pentru toate cele trei grupe dimensionale lungimea torsului se consideră

aceeaşi. Diferenţele apar la lungimile coapselor B şi gambelor A. Astfel, pentru grupele 10%, 50% şi 90% sunt următoarele valori, în ordine:

A = 350, 417, 444 [mm]; B = 408, 432, 456 [mm].

Fig. 4.4. Manechin bidimensional

Elementele manechinului sunt articulate şi prevăzute cu scală pentru a putea, măsura unghiurile dintre liniile de referinţă ale segmentelor corpului. La amplasarea manechinului pe scaun, pentru diferite poziţii, se pot măsura aceste unghiuri care trebuie să aibă anumite valori convenabile.

Poziţia conducătorului în automobile este definită, în primul rând, prin poziţia punctului H, ca fiind urma, pe planul longitudinal al automobilului, a axei teoretice de rotaţie a coapselor faţă de trunchiul omului reprezentat prin manechinul tridimensional sau bidimensional. Punctul R corespunde poziţiei teoretice a punctului H pentru poziţia de conducere sau de utilizare cea mai de jos şi cea mai retrasă a

33

oricărui scaun, prevăzută de către constructorul autovehiculului (corespunde cu manechinul de 90%).

Fig. 4.5. Elemente de organizare ale postului de conducere pentru autocamioane, autobuze şi troleibuze

Dimensiunile postului de conducere şi dispunerea organelor de comandă în

cazul autocamioanelor, autobuzelor şi troleibuzelor se stabilesc în concordanţă cu STAS R 10666/1-76 (fig.4.5). Elementele geometrice privitoare la o serie de lungimi şi unghiuri se aleg potrivit cu indicaţiile din standard incluse în tabele sub forma unor intervale, limite inferioare sau limite superioare.

Se stabilesc, la început, linia orizontală a podelei, partea din faţă a podelei dispusă înclinat faţă de orizontală şi poziţia tablierului dinspre motor (torpedoul) (fig. 4.6) Partea înclinată a podelei pentru sprijinirea piciorului trebuie să depăşească 306 mm. După aceea se trasează linia orizontală tangentă la coapsă şi care corespunde pernei deformate a scaunelor sub greutatea conducătorului. Distanţa de la această linie până la podea se alege potrivit cu datele de la modelele similare. Distanţa de la marginea superioară a pernei scaunului până la podea nu trebuie să depăşească (380 - 407) mm. Lăţimea şi lungimea pernei scaunului sunt stabilite prin standard. Se plasează apoi manechinul corespunzător grupei 90% ca în Fig. 4.6, astfel încât scaunul se află în poziţia cea mai îndepărtată de pedale şi cea mai joasă. Se poziţionează manechinul astfel încât piciorul să se afle pe partea înclinată a podelei, iar unghiurile între segmentele acestuia trebuie să se încadreze în limitele recomandate. Se repetă operaţiile de mai sus cu manechinele 50% şi 10%, modificând corespunzător poziţia scaunului prin deplasare pe orizontală (deplasarea maximă trebuie să depăşească 100 mm) şi pe verticală (deplasarea maximă trebuie să depăşească 80 mm).

34

Fig. 4.6. Poziţionarea manechinului

Se stabileşte diametrul volanului ţinând seama de forţa admisibilă la obada

acestuia şi de viteza unghiulară ce trebuie realizată. Pentru autovehicule grele diametrul acestuia este de (430-600) mm. Se alege apoi unghiul său de înclinare şi distanţele de la punctul inferior al volanului până la punctul R şi linia de referinţă a coapselor (se foloseşte manechinul 90%). Unghiul de înclinare a axului volanului faţă de orizontală trebuie să fie între 50°-80°. De asemenea, se stabileşte poziţia axei volanului faţă de planul longitudinal de simetrie al scaunului. Este posibil să existe o deplasare laterală a volanului impusă de cerinţa asigurării unui joc suficient între volan şi părţile cele mai apropiate ale cabinei (nu mai puţin de 80 mm).

În continuare, se stabileşte poziţia pedalelor. In Fig.4.5, potrivit cu recomandările din standard, se precizează poziţia relativă a pedalelor faţă de planul longitudinal de simetrie al scaunului conducătorului şi faţă de pereţii interiori ai caroseriei sau alte elemente proeminente din interiorul acesteia. In standard nu sunt date recomandări privitoare la dimensiunile pedalelor. In vedere laterală, poziţia pedalelor se realizează potrivit cu datele de la modele similare. Poziţia pedalei de ambreiaj şi a pedalei de frână se defineşte prin distanţele l1, l2 şi l3 (fig. 4.7).

Când se începe acţionarea pedalelor de ambreiaj şi de frână trebuie să existe loc suficient pentru picior în raport cu volanul. Distanţa optimă l2 este considerată 670 mm. Distanţa l1 trebuie să fie astfel încât la cursa maximă recomandată pedala să nu atingă podeaua cabinei. Pentru o verificare adecvată trebuie să se precizeze şi poziţia punctului de articulaţie al pedalei. Atât în poziţia iniţială de acţionare a pedalelor, cât şi în cea corespunzătoare cursei maxime trebuie ca unghiurile dintre segmentele corpului să se afle între limitele recomandate. Pedala de acceleraţie se acţionează cu piciorul, sprijinindu-se permanent cu călcâiul pe podea, deplasarea ei făcându-se prin rotirea labei piciorului din gleznă, astfel încât, la mersul în gol al motorului, laba piciorului este perpendiculară pe axa gambei. Se consideră că distanţa l3 are valoarea optimă 725 mm. Verificările unghiurilor menţionate se efectuează cu manechinele 10%, 50% şi 90%, bineînţeles în concordanţă cu poziţiile modificate ale scaunului.

35

Fig. 4.7. Dispunerea pedalelor

Urmează plasarea manetei schimbătorului de viteză şi a altor manete care sunt necesare respectând recomandările din standard. De asemenea, se poziţionează suprafaţa aferentă panoului pentru cadranele aparaturii de control şi de bord. Ea se face astfel încât să fie direct accesibilă privirii conducătorului, fără ca acesta să execute mişcări suplimentare. In acest sens, volanul nu trebuie să acopere suprafaţa respectivă, împiedicând astfel urmărirea indicaţiilor aparaturii. Dispunerea aparaturii şi a cadranelor se face urmând principii ergonomice generale asociate cu cercetări specifice domeniului.

Cunoscând poziţia extremă a scaunului în spate se poate preciza poziţia peretelui din spate al cabinei. In standard se impune distanţa m = 600 mm (1100 mm când există cuşeta) între punctul cel mai de jos al volanului şi peretele din spate al cabinei. Lăţimea interioară a cabinei în zona umerilor conducătorului, la 490 mm faţă de punctul A, nu trebuie să fie mai mică de 1250 mm, când sunt două locuri în cabină, şi 1700 mm când cabina are trei locuri. Dacă se prevede şi un loc de dormit, lăţimea trebuie să depăşească 1900 mm (lăţimea patului mai mare de 500 mm), înălţimea plafonului cabinei este astfel încât distanţa de la punctul R până la plafon este de cel puţin 1000 mm, ea fiind măsurată pe dreapta care face un unghi de 8° cu verticala. Distanţa de la baza patului de dormit până la plafon, măsurată în planul longitudinal al autocamionului trebuie să fie mai mare de 600 mm.

Pentru stabilirea dimensiunilor postului de conducere în cazul autoturismelor se folosesc normele din SR ISO 3958:2000 „AUTOTURISME. Accesul conducătorului auto la comenzile manuale".

Elementele geometrice care sunt reglementate prin acest standard sunt următoarele (fig. 4.8): Hz, Wx, Wz, D, α, β şi deplasarea pe orizontală a punctului R. Pentru toate aceste mărimi se indică fie un interval de variaţie, fie o valoare minimă.

36

Fig. 4.8. Organizarea postului de conducere la autoturisme

Elementele geometrice se definesc în raport cu punctul de contact al călcâiului cu podeaua în situaţia când este acţionată pedala de acceleraţie. In raport cu acest punct se poziţionează volanul prin Wx, Wz şi α. Poziţia scaunului se precizează prin înălţimea punctului R şi prin înclinarea spătarului fără a se preciza Hx. Nu se fac precizări privitoare la unghiul γ si unghiul dintre coapsă şi gambă (fig. 4.9) şi nici la dimensiunile pernei scaunului, aşa cum este la autocamioane şi autobuze. La fel ca în cazul autocamionului, după ce se fixează poziţia podelei, a suprafeţei înclinate şi a torpedoului, trebuie să se precizeze în profil poziţia pedalei de acceleraţie şi cu aceasta şi poziţia călcâiului. Apoi, cu manechinul 90% se găseşte poziţia cea mai favorabilă a acestuia, caracterizată prin anumite valori ale unghiurilor dintre părţile corpului.

In legătură cu unghiurile dintre părţile corpului care asigură confortul conducătorului şi al pasagerilor se iau în consideraţie 10 unghiuri şi pentru un set de valori ale acestora se defineşte o clasă, corespunzătoare unei anumite poziţii pe scaun. In total au fost stabilite 11 clase. Aceste clase pot fi folosite în realizarea mai uşoară a organizării interioare a autoturismului. Prin considerarea a 5 unghiuri (Fig. 4.9) se stabilesc trei nivele de confort: satisfăcător, mulţumitor şi bun, aşa cum se indică în tabelul 4.2.

Fig. 4.9. Definirea unghiurilor dintre elementele corpului uman aşezat pe scaun

Tabelul 4.2 Unghiul,

[0] Nivel de confort

Satisfăcător Mulţumitor Bun

α 80…100 84…96 85…92 β 99…131 107…123 111…119 γ 89…101 91…99 93…97 δ 42…52 44…50 46…48 ε 84…124 92…116 100…108

37

Pentru pedalele de ambreiaj şi de frână se consideră că ar fi ideal, din punct de vedere ergonomic, ca deplasarea acestora să fie cât mai mică. Factorii hotărâtori pentru forţele la pedale şi cursele acestora sunt unghiurile β şi α, cu intervalele 120°±130°şi 90°±125°. Ambele unghiuri se obţin prin dispunerea spaţială adecvată a pedalelor şi a scaunului. Dacă se dă valoarea forţei la pedală, se stabileşte unghiul β în concordanţă cu graficul din Fig. 4.10. Dependenţele din figura 4.10 corespund situaţiilor optime din punct de vedere ergonomic şi sunt date pentru femei (grup 5%) şi bărbaţi (grup 95%). S-au considerat două moduri de acţionare: în condiţii obişnuite, normale, şi în situaţiile de urgenţă, când trebuie aplicate forţele maxime. Cunoscând acest unghi se precizează poziţiile pedalelor şi scaunului. Dacă aceste poziţii sunt date, atunci se pot determina cu aceleaşi grafice forţele disponibile.

Fig. 4.10. Forţa la pedală în funcţie Fig. 4.11. Elementele geometrice ale scaunului de unghiul dintre gambă şi coapsă conducătorului de automobil (condiţie optimă) Valorile optime ale parametrilor scaunului sunt următoarele (Fig.4.11):

ls =(457…601) mm; lp < 406 mm pentru femei scunde, lp = 432 mm ca un compromis, pentru cazul general; hp < (381…406) mm; αp = 6° (90% acceptabile valorile 5°- 8°); αs = 105° (90% acceptabile valorile 102°- l08°).

Urmărind Fig. 4.11 se poate scrie relaţia: βs = αp + αs – 90o

In poziţia corespunzătoare acţionării complete, pedalele de ambreiaj şi de frână nu trebuie să atingă podeaua. Considerând un anumit joc şi ţinând seamă de faptul că nici călcâiul nu trebuie să atingă podeaua, se pot stabili poziţiile celor două pedale, respectiv centrele acestora. Unghiul β fiind ales în concordanţă cu cele arătate mai sus, pentru un anumit grup reprezentativ se cunosc lungimile coapsei lc şi lungimea

38

gambei lg, astfel încât este definit triunghiul TGH (Fig. 4.12). Poziţia sa trebuie să fie astfel încât să se realizeze anumite unghiuri γ si βs. Se pot scrie relaţiile:

cos222gcgc llllHT ,

sinarcsin1 HT

lg

stz HThh 1cos , sx HTh 1sin

În felul acesta se precizează poziţia punctului H şi poziţia scaunului. Având precizată poziţia gambei se poate preciza poziţia piciorului şi, respectiv, poziţia pedalei propriu-zise. Direcţia de deplasare a pedalei va trebui să coincidă aproximativ cu direcţia segmentului GT.

Fig. 4.12. Poziţia punctului H

Poziţionarea volanului, potrivit standardului SR ISO 3958, se face în

raport cu punctul de contact al călcâiului cu podeaua, alegându-se mărimile Wx, Wz şi α (Fig.4.8) în intervalele recomandate. Nu se face precizarea poziţiei volanului în raport cu punctul R. Actualmente nu există o dependenţă general valabilă relativă la poziţia volanului în raport cu punctul R. Pentru autoturisme europene de serie, pentru distanţele lvx şi lvz (Fig. 4.12) s-au stabilit următoarele relaţii empirice:

lvx = 356,84 - 0,1366 H30 lvz = 244,37 - 0,1888 H30

unde H30 reprezintă distanta de la punctul R la podea.

Fig.4.13. Poziţionarea volanului în raport cu punctul R

Se observă că distanţa lvx este foarte puţin corelată cu H30, ceea ce denotă că acest aspect al

proiectării este în strânsă legătură cu maniera specifică unui anumit constructor. La creşterea lui H30 are loc scăderea distanţei pe verticală lvz, corelarea dintre cele două mărimi fiind destul de strânsă. Concret, aceasta înseamnă că înălţimea punctului inferior al volanului faţă de podea rămâne relativ constantă. Se urmăreşte ca distanţa H47 să fie suficient de mare. O analiză a datelor de la modelele de serie arată că H47 >160mm. Se constată că, în general, unghiul volanului L25 scade odată cu creşterea lui lvx. Diametrul volanului D9 are următoarele valori:

39

(280…350) mm pentru autoturisme de sport şi de curse; (350…420) mm pentru celelalte tipuri de autoturisme.

CAPITOLUL V

TRANSMISIA AUTOMOBILULUI

Transmisia automobilului are rolul de a transmite momentul motorului la roţile motoare,

modificându-i în acelaşi timp şi valoarea în funcţie de mărimea rezistenţelor la înaintare. Ea este compusă din: ambreiaj, cutia de viteze, transmisia longitudinală, transmisia principală (angrenajul în unghi), diferenţialul, arborii planetari şi transmisia finală.

În figura 5.1 este reprezentată schema cinematică a transmisiei unui autocamion.

Fig. 5.1. Schema cinematică a transmisiei unui autocamion

1- motor; 2- ambreiaj; 3- cutia de viteze; 4- articulaţii cardanice; 5- arbore longitudinal intermediar; 6- arbore longitudinal principal; 7- transmisie principală; 8- diferenţial; 9- roţi motoare; 10- arbori planetari;

11 - carter punte motoare 5.1. AMBREIAJUL

5.1.1. Destinaţia, condiţii impuse şi clasificarea ambreiajelor

Destinaţia ambreiajului. Ambreiajul face parte din transmisia automobilului şi este intercalat între motor şi cutia de viteze, în scopul compensării principalelor dezavantaje ale motorului cu ardere internă (imposibilitatea pornirii în sarcină şi existenţa unei zone de funcţionare instabilă). Ambreiajul serveşte la decuplarea temporară şi la cuplarea progresivă a motorului cu transmisia. Decuplarea şi cuplarea motorului de transmisie sunt necesare la pornirea din loc a automobilului şi în timpul mersului pentru schimbarea treptelor cutiei de viteze. Ambreiajul serveşte, în acelaşi timp, la protejarea la suprasarcini a celorlalte organe ale transmisiei.

Condiţiile impuse ambreiajului. Ambreiajul trebuie să îndeplinească anumite condiţii, şi anume:

40

- să permită decuplarea completă a motorului de transmisie pentru ca schimbarea treptelor să se facă fără şocuri;

- să necesite la decuplare eforturi reduse din partea conducătorului fără a se obţine însă o cursă la pedală mai mare de 120-200 mm (limita superioară la autocamioane). Forţa la pedală, necesară decuplării, nu trebuie să depăşească 150 N la autoturisme şi 250 N la autocamioane şi autobuze;

- să asigure în stare cuplată o îmbinare perfectă (fără patinare) între motor şi transmisie; - să permită eliminarea căldurii care se produce în timpul procesului de cuplare (ambreiere)

prin patinarea suprafeţelor de frecare; - să permită cuplarea suficient de progresivă pentru a se evita pornirea bruscă din loc a

automobilului; - să fie cât mai uşor de întreţinut şi reglat şi să ofere siguranţă în funcţionare. Clasificarea ambreiajelor. Ambreiajele se clasifică după principiul de funcţionare şi după tipul mecanismului de acţionare.

După principiul de funcţionare, ambreiajele pot fi: mecanice (cu fricţiune), hidrodinamice, combinate şi electromagnetice.

După tipul mecanismului de acţionare, ambreiajele pot fi: cu acţionare mecanică, hidraulică, pneumatică şi electrică.

5.1.2. AMBREIAJELE MECANICE

Principiul de funcţionare a ambreiajului mecanic. Ambreiajul mecanic funcţionează pe baza forţelor de frecare ce apar între două sau mai multe perechi de suprafeţe sub acţiunea unei forţe de apăsare.

Părţile componente ale unui ambreiaj mecanic (Fig.5.2) sunt grupate astfel: partea conducătoare, partea condusă şi mecanismul de acţionare. Partea conducătoare a ambreiajului este solidară la rotaţie cu volantul motorului, iar partea condusă cu arborele primar al cutiei de viteze.

Pe volantul 1 al motorului este apăsat discul condus 6 de către discul de presiune (conducător) 2, datorită forţei dezvoltate de arcurile 3. Discul condus se poate deplasa axial pe canelurile arborelui primar 7 al cutiei de viteze. Pentru a mări coeficientul de frecare, discul condus este prevăzut cu garnituri de frecare. Discul de presiune 2 este solidar la rotaţie cu volantul 1 prin intermediul carcasei 5.

Partea conducătoare a ambreiajului este formată din: volantul 1, discul de presiune 2, carcasa 5, arcurile de presiune 3 şi pârghiile de debreiere 4.

Partea condusă se compune din: discul condus 6 cu garniturile de frecare şi arborele primar 7 al cutiei de viteze (arborele ambreiajului).

Prin frecarea care ia naştere între suprafaţa frontală a volantului şi discul de presiune, pe de o parte, şi suprafeţele discului condus, pe de altă parte, momentul motor este transmis arborelui primar al cutiei de viteze şi mai departe, prin celelalte organe ale transmisiei, la roţile motoare.

Mecanismul de acţionare este format din manşonul cu rulmentul de presiune 8, furca 9, tija 10, arcul de readucere 11 şi pârghia pedalei 12.

În figură, ambreiajul este prezentat în stare cuplată. Când se apasă asupra pedalei 12 a mecanismului de acţionare a ambreiajului, forţa se transmite prin tija 10 şi furca 9 la manşonul rulmentului de presiune 8, care va apăsa capetele interioare ale pârghiilor de debreiere 4, iar acestea se vor roti în jurul punctului de articulaţie de pe carcasă. In felul acesta, pârghiile de debreiere deplasează discul de presiune spre dreapta, comprimând arcurile 3. In acest caz, dispare apăsarea dintre discuri şi volant şi, deci, şi forţa de frecare, iar momentul motor nu se transmite mai departe.

41

Fig. 5.2. Schema de principiu a ambreiajului

Cuplarea ambreiajului se realizează prin eliberarea lină a pedalei, după care arcurile 3 vor apăsa din nou discul de presiune pe discul condus, iar acesta din urmă pe volant. Cât timp între suprafeţele de frecare ale ambreiajului nu există o apăsare mare, forţa de frecare care ia naştere va avea o valoare redusă şi, în consecinţă, va exista o alunecare între suprafeţele de frecare, motiv pentru care discul condus va avea o turaţie mai mică. Aceasta este perioada de patinare a ambreiajului. În această situaţie, se va transmite prin ambreiaj numai o parte din momentul motor. În perioada de patinare a ambreiajului, o parte din energia mecanică se transformă în energie termică, iar ambreiajul se încălzeşte, producând uzura mai rapidă a garniturilor de frecare.

La eliberarea completă a pedalei ambreiajului, forţa de apăsare dezvoltată de arcuri este suficient de mare pentru a permite transmiterea în întregime a momentului motor fără patinare.

Clasificarea ambreiajelor mecanice. Ambreiajele mecanice, utilizate la automobile, se clasifică după mai multe criterii:

După forma geometrică a suprafeţelor de frecare, pot fi: cu discuri (cele răspândite la autovehicule), cu conuri şi speciale.

După numărul discurilor conduse, pot fi: cu un disc (monodisc), cu două discuri, cu mai multe discuri.

După numărul arcurilor de presiune şi modul de dispunere a lor, pot fi: cu mai multe arcuri dispuse periferic şi un singur arc central (simplu sau tip diafragmă).

După modul de obţinere a forţei de apăsare, pot fi: simple (cu arcuri), semicentrifuge şi centrifuge.

După tipul mecanismului de acţionare, pot fi cu acţionare: mecanică, hidraulică, cu servomecanisme şi automată.

5.2. CUTIA DE VITEZE (SCHIMBĂTORUL DE VITEZE)

42

5.2.1. Destinaţia, condiţiile impuse şi clasificarea cutiilor de viteze

Destinaţia cutiei de viteze. In funcţie de valoarea rezistenţei care se opune înaintării automobilului, trebuie modificată forţa de tracţiune a acestuia. Motoarele cu ardere internă ale automobilelor permit o variaţie limitată a momentului motor, respectiv a forţei de tracţiune. Din această cauză, automobilele echipate cu motoare cu ardere internă trebuie să fie prevăzute cu cutie de viteze cu scopul:

- să permită modificarea forţei de tracţiune în funcţie de variaţia rezistenţelor la înaintare;

- să realizeze întreruperea îndelungată a legăturii dintre motor şi restul transmisiei în cazul în care automobilul stă pe loc cu motorul în funcţiune;

- să permită mersul înapoi al automobilului, fără a inversa sensul de rotaţie al motorului.

Condiţiile impuse cutiei de viteze. Cutia de viteze a unui automobil trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: să prezinte o construcţie simplă, rezistentă şi să fie uşor de manevrat; să prezinte o funcţionare fără zgomot şi să aibă un randament cât mai ridicat; să aibă o rezistenţă mare la uzare; să fie uşor de întreţinut; să asigure calităţi dinamice şi economice bune; să prezinte siguranţă în timpul funcţionării.

Clasificarea cutiilor de viteze. Cutiile de viteze utilizate la automobile se clasifică după modul de variaţie a raportului de transmitere şi după modul de schimbare a treptelor de viteze.

După modul de variaţie a raportului de transmitere, cutiile de viteze pot fi: - cu trepte (etaje), la care variaţia raportului de transmitere este discontinuă; - continue sau progresive, care asigură între anumite limite o variaţie continuă a raportului de

transmitere. După felul mişcării axei arborilor, cutiile de viteze cu trepte pot fi: - cu axe fixe (simple), la care arborii au axa geometrică fixă; - planetare, la care axele unor arbori ai cutiei de viteze au o mişcare în jurul unui ax central. După numărul treptelor de viteze, cutiile de viteze pot fi cu trei, patru, cinci, şase sau chiar mai

multe trepte. După modul de schimbare a treptelor de viteze, cutiile de viteze pot fi cu acţionare directă, cu

acţionare semiautomată, cu acţionare automată. 5.2.2. Cutii de viteze în trepte

Cutiile de viteze în trepte, cu arbori cu axe fixe sunt cele mai răspândite la automobile, deoarece aceste tipuri sunt simple din punct de vedere constructiv şi deci fabricarea lor este ieftină.

Cutia de viteze în trepte se compune din: mecanismul reductor sau cutia de viteze propriu-zisă; mecanismul de acţionare; dispozitivul de fixare a treptelor; dispozitivul de zăvorâre a treptelor.

Mecanismul reductor. Mecanismul reductor constituie partea principală a cutiei de viteze şi serveşte la modificarea raportului de transmitere, în funcţie de variaţia rezistenţelor la înaintarea automobilului.

Mecanismul reductor se compune din doi sau trei arbori (Fig.5.3) pe care se află montate mai multe perechi de roţi dinţate (cu ajutorul cărora se transmite mişcarea între arbori) şi dintr-un carter. Arborele primar P este în general şi arborele ambreiajului. Arborele secundar S este prevăzut cu caneluri pe care pot culisa blocul roţilor dinţate 5-7 şi manşonul m. Arborele intermediar I are fixat pe el roţile dinţate 2, 4, 6, 8. Dacă roţile cutiei de viteze ocupă poziţia din Fig.5.3 când motorul funcţionează, automobilul stă pe loc, deoarece mişcarea se transmite de la arborele primar numai la arborele intermediar prin roţile 1 şi 2, arborele secundar fiind liber. În această situaţie, cutia de viteze se află în poziţia neutră (punctul mort).

Diversele trepte ale cutiei de viteze se obţin prin deplasarea pe arborele secundar a blocului de roţi dinţate 5-7 sau a manşonului m (cu ajutorul furcilor f1 şi f2). În felul acesta, mişcarea se poate transmite de la arborele intermediar la arborele secundar prin perechile de roţi 7-8, 5-6 şi 3-4.

43

Fig.5.3. Cutia de viteze cu trei arbori:

a – secţiune; b – schema cinematica

Cutia de viteze cu trei arbori dă posibilitatea obţinerii treptei de priză directă prin cuplarea

arborelui primar cu cel secundar cu ajutorul cuplajului (manşonului) m, a cărui dantură c se va cupla cu dantura c'. In această treaptă cutia de viteze funcţionează cu zgomot redus şi cu randament ridicat.

Treptele posibile ale unei astfel de cutii de viteze sunt date în Tabelul 5.1 (semnul „x" indică roţile dinţate angrenate).

Tabelul 5.1

Nr.

treptei

Numărul roţilor dinţate (Fig.5.3) Raportul de transmitere

1 2 3 4 5 6 7 8 mI X X X X

8

7

1

21 z

z

z

zi

II X X X X 6

5

1

22 z

z

z

zi

III X X X X C - C" 4

3

1

23 z

z

z

zi

IV C - C’ m

i4 = 1

5.3. TRANSMISIA LONGITUDINALĂ (CARDANICĂ) 5.3.1. Destinaţia si părţile componente ale transmisiei longitudinale

Transmisia longitudinală are rolul de a transmite momentul motor, fără să-1 modifice, de la cutia de viteze la transmisia principală în cazul automobilelor organizate după soluţia clasică, precum şi de la reductorul-distribuitor la punţile motoare, şi între punţi, în cazul automobilelor cu mai multe punţi motoare.

Necesitatea transmisiei longitudinale rezultă din faptul că transmiterea momentului motor se face între doi arbori care au axele înclinate sub un anumit unghi. Mărimea distanţei dintre subansamblurile legate de cei doi arbori depinde, pe de o parte, de încărcătura automobilului şi rigiditatea suspensiei, iar pe de altă parte de denivelările drumului care conduc la oscilaţia părţii suspendate.

Părţile componente ale transmisiei longitudinale sunt prezentate în Fig. 5.4. Cutia de viteze 5 este montată pe cadrul 6, iar transmisia principală împreună cu puntea motoare este legată de cadru prin

44

intermediul arcurilor 7. In acelaşi timp, axa geometrică a arborelui secundar 4 al cutiei de viteze este aşezată sub un anumit unghi în raport cu axa geometrică a arborelui 8 al transmisiei principale, unghi care variază în timpul deplasării automobilului, deoarece variază distanţa dintre cei doi arbori în funcţie de sarcina utilă, rigiditatea suspensiei şi denivelările drumului. Pentru a transmite momentul motor de la arborele 4 la arborele 8, care au axele geometrice dispuse sub un unghi variabil γ, se foloseşte transmisia longitudinală compusă din articulaţiile cardanice 1 şi 2, arborele longitudinal 3 şi cuplajul de compensare axială 9.

Fig. 5.4. Părţile componente ale transmisiei longitudinale

Transmisia longitudinală este compusă din: articulaţii cardanice, arbori longitudinali, cuplaje de compensare axială şi paliere intermediare.

Transmisia longitudinală cu două articulaţii montate la capetele arborelui longitudinal (Fig.5.5.a) se utilizează la automobilele 4 x 2 cu ampatament mai redus. La automobilele cu ampatament mare, pentru a mări rigiditatea arborelui longitudinal şi pentru a se micşora tendinţa de vibrare, transmisia longitudinală este prevăzută cu un arbore principal şi unul intermediar (Fig.5.5.b). Cuplajul de compensare axială 4 permite ca distanţa dintre cele două articulaţii cardanice să varieze.

In Fig.5.5.c se reprezintă transmisia longitudinală utilizată la automobilele 4x4.

Fig 5.5. Scheme de transmisii longitudinale utilizate la automobile: 1- articulaţii cardanice; 2 - arbore

longitudinal; 3 - arbore longitudinal intermediar; 4 - cuplaj de compensare axială; 5- palier intermediar; 6 - cutie de viteze; 7 - reductor-distribuitor; 8 - transmisie principală.

5.3.2. Construcţia părţilor componente ale transmisiei longitudinale

45

Articulaţiile cardanice. Din punct de vedere constructiv, articulaţiile cardanice se împart în articulaţii cardanice rigide şi articulaţii cardanice elastice; articulaţii cardanice deschise şi articulaţii cardanice închise.

In funcţie de viteza unghiulară obţinută la arborele condus, articulaţiile cardanice pot fi; asincrone (cu viteză unghiulară variabilă) şi sincrone (cu viteză unghiulară constantă).

La automobile, cele mai răspândite sunt articulaţiile cardanice rigide, asincrone de tip deschis.

Articulaţia cardanică rigidă, asincronă, de tip deschis. In Fig.5.6. sunt reprezentate elementele componente ale articulaţiei cardanice rigide asincrone, de tip deschis. Ea este compusă din furcile 2 şi 11 şi crucea 12. Furca 2 este prevăzută cu flanşa 1 cu ajutorul căreia se asamblează, prin şuruburi, de arborele secundar al cutiei de viteze. Furca 11 este prevăzută cu butucul 10 care, fiind canelat, permite culisarea arborelui longitudinal în scopul măririi sau micşorării distanţei dintre cele două articulaţii datorită oscilaţiilor cadrului automobilului faţă de puntea motoare. Gresorul 9 serveşte la ungerea canelurilor.

Fig.5.6. Articulaţia cardanică rigidă, asincronă de tip deschis

Pentru reducerea pierderilor prin frecare, între orificiile furcilor şi fusurile crucii se montează bucşele de oţel 6, prevăzute cu rulmenţi cu role-ace 5, care se sprijină pe garnitura de etanşare 4. Crucea se fixează în braţele furcilor cu capacele 8, prinse cu şuruburile 14 şi asigurate cu plăcile 7.

Ungerea rulmenţilor cu ace-role se face de la gresorul 13. Pentru ca unsoarea să nu depăşească presiunea maximă, crucea cardanică este prevăzută cu supapa de siguranţă 3.

La acest tip de articulaţie cardanică la o viteză unghiulară constantă a arborelui conducător se obţine o viteză unghiulară variabilă pentru arborele condus.

Variaţia vitezei unghiulare a arborelui longitudinal este un dezavantaj care se înlătură prin folosirea a două articulaţii cardanice având furcile 1 şi 3 (Fig.5.7) de pe arborele longitudinal 2 montate în acelaşi plan, iar unghiurile γ1 şi γ2 dintre arbori egale (γ1 = γ2).

Fig.5.7. Schema cinematica a transmisiei longitudinale bicardanice

Articulaţii cardanice elastice. In construcţia automobilelor, articulaţiile cardanice elastice se întâlnesc, în special, la transmiterea mişcării de la motor la cutia de viteze sau între cutia de viteze şi

46

reductorul-distribuitor pentru a compensa neexactitatea montajului acestor agregate şi dezaxarea axelor.

Arborii longitudinali. Arborii longitudinali sunt organe ale transmisiei longitudinale care fac legătura între două articulaţii cardanice, având rolul de a transmite la distanţă momentul motor.

Arborii longitudinali sunt formaţi din partea centrală (arborele propriu-zis) şi piesele de legătură dintre partea centrală şi articulaţiile cardanice.

Partea centrală are forma tubulară, fiind confecţionată, din ţevi speciale din oţel, trase sau sudate.

Fig. 5.8. Construcţia arborelui longitudinal: 1 - flanşe; 2 - furcă cu butuc canelat; 3 – garnitură de etanşare; 4 - arbore longitudinal; 5 - cruci cardanice;

6 - furcă cardanică; 7 - rulment cu role-ace; 8 – arbore canelat; 9- plăcuţă pentru echilibrare

In Fig.5.8 este reprezentată construcţia arborelui longitudinal, compus din partea centrală 4,

confecţionată dintr-un tub de oţel, prevăzut la capătul dinspre cutia de viteze cu un arbore canelat 8, iar la capătul dinspre puntea motoare cu furca 6. Montarea furcii 2 pe arborele 8, prin intermediul canelurilor, este necesară pentru a permite variaţia distanţei dintre crucile cardanice 5 datorită variaţiei săgeţii suspensiei. Această îmbinare poartă denumirea de cuplaj de compensare axială.

După fabricare, arborele longitudinal împreună cu articulaţiile cardanice sunt supuse echilibrării dinamice. Arborele se echilibrează cu adaosuri de metal sub forma plăcuţelor 9.

După terminarea echilibrării se notează pe butucul furcii alunecătoare 2 şi pe arborele canelat 8, câte un reper pentru montare, deoarece montarea furcii 2 în altă poziţie ar putea conduce la dezechilibrarea arborelui longitudinal.

5.4. PUNTEA DIN SPATE MOTOARE

5.4.1. DESTINAŢIA, CONDIŢIILE IMPUSE ŞI CLASIFICAREA PUNŢILOR DIN SPATE MOTOARE

Destinaţia punţii din spate motoare. Puntea din spate motoare are rolul de a transmite

momentul motor de la transmisia longitudinală şi forţele verticale de la cadrul (caroseria) automobilului, la roţile motoare. Tot prin intermediul punţii motoare se transmit cadrului (caroseriei) forţele de tracţiune, forţele de frânare şi momentul reactiv şi momentul de frânare care apar în timpul deplasării autovehiculului.

Puntea din spate motoare este compusă din transmisia principală, diferenţial, arbori planetari, transmisie finală şi carter.

Condiţiile impuse punţii din spate: - să aibă dimensiuni de gabarit cât mai reduse în scopul unei gărzi la sol cât mai mari, - să aibă o funcţionare silenţioasă; - întreţinerea să fie cât mai simplă;

47

- să prezinte o durată de funcţionare mare. Clasificarea punţilor din spate motoare. Din punct de vedere constructiv, punţile din spate

se împart în punţi rigide şi punţi articulate. Punţile rigide se folosesc la autocamioane, autobuze şi la autoturisme, iar cele articulate la unele tipuri de autoturisme.

In Fig.5.9 sunt prezentate scheme de punţi motoare utilizate la automobile.

Fig.5.9. Scheme cinematice de punţi motoare utilizate la automobile:

a - soluţie utilizată la automobilele obişnuite; b - soluţie utilizata la autocamioane grele; 1 – transmisie principală; 2 - diferenţial; 3 - arbori planetari; 4 - transmisie finală.; 5 - carter; 6 - roţi motoare

5.4.2. TRANSMISIA PRINCIPALĂ Destinaţia transmisiei principale. Transmisia principală, întâlnită şi sub denumirea de

angrenaj principal, multiplică şi transmite momentul motor de la arborele longitudinal la diferenţial, în cazul automobilelor organizate după soluţia clasică şi de la arborele secundar al cutiei de viteze la diferenţial, la automobilele organizate după soluţia totul în spate sau totul în faţă.

Clasificarea transmisiilor principale. Transmisiile principale se clasifică după numărul angrenajelor componente şi după tipul angrenajelor utilizate.

După numărul angrenajelor componente se deosebesc transmisii principale simple, la care multiplicarea momentului motor se face printr-o pereche de roţi dinţate, şi transmisii principale duble, la care multiplicarea momentului motor se face prin două perechi de roţi dinţate.

După tipul angrenajelor utilizate, transmisiile principale pot fi: conice, cilindrice şi cu melc. Transmisia principală cu angrenaj conic poate fi: cu dinţi drepţi, cu dinţi înclinaţi, cu dinţi

curbi (Fig.5.10, a) şi angrenaj hipoid.

Fig.5.10. Scheme de transmisii principale simple

(deplasare hipoidă e = 40…90 mm)

Angrenajul hipoid (Fig.5.10, b) este tot un angrenaj conic cu dinţi curbi, dar axele coroanei 1 şi pinionului 2 nu sunt concurente, ci dezaxate cu excentricitatea e.

48

In cazul rapoartelor de transmitere mari, care se întâlnesc la unele autocamioane şi autobuze, se utilizează transmisia principală cu şurub melc-roată melcată (Fig.5.10, c şi d).

Transmisia principală simplă. Transmisiile principale simple, cu roţi dinţate conice cu dantură curbă sunt cele mai răspândite în construcţia de automobile datorită simplităţii constructive.

Transmisia principală cu o singură treaptă cu roţi dinţate conice, cu dinţi curbi este reprezentată în Fig.5.11. Ea se compune din pinionul de atac 10 şi coroana 1. Pe partea dinspre transmisia longitudinală, arborele 14 este prevăzut cu caneluri, pe care se montează flanşa 18, ce serveşte la obţinerea legăturii între transmisia longitudinală şi transmisia principală. Arborele 14 este montat în carterul punţii din spate 20, prin intermediul a doi rulmenţi, cu role conice 11 şi 16. Carcasa diferenţialului 3 compusă din două părţi asamblate cu şuruburi este montată în carterul punţii din spate pe rulmenţii cu role conice 6.

Raportul de transmitere io este dat de relaţia:

60 p

c

z

zi

în care zc este numărul de dinţi ai coroanei; zp - numărul de dinţi ai pinionului.

49

Fig.5.11. Ansamblul transmisie principală simplă-diferenţial

a - secţiune; b - schemă cinematică; 1 - coroană; 2 - sateliţi; 3 - carcasă diferenţial; 4 - semilagăre;

5 - siguranţe; 6 - rulmenţi cu role conice; 7 - pinioane planetare; 8 - piuliţe de reglaj; 9 - ax sateliţi; 10 - pinion; 11 şi 16 - rulmenţi cu role conice; 12 şi 15 - şaibe de reglaj; 13 şi 17 - deflectoare de ulei; 14 - arbore

pinion; 18 - flanşă; 19 - piuliţă; 20 - carter punte spate.

5.4.3. DIFERENŢIALUL

Destinaţia diferenţialului. La deplasarea automobilului în viraj, roata motoare exterioară parcurge un spaţiu mai mare decât roata motoare interioară virajului.

Diferenţialul este mecanismul care permite ca roţile motoare ale aceleiaşi punţi să se rotească cu viteze unghiulare diferite, dând astfel posibilitatea ca la deplasarea automobilului în viraje să parcurgă spaţii de lungimi diferite.

Dacă roţile motoare sunt montate pe acelaşi arbore, deplasarea automobilului în viraj nu este posibilă fără alunecare şi patinarea roţilor, ceea ce conduce la uzarea rapidă a anvelopelor, la creşterea consumului de combustibil şi la manevrarea mai dificilă a direcţiei. Pentru a da posibilitatea ca roţile motoare să se rotească cu viteze unghiulare diferite, fiecare roată se va monta pe câte un arbore separat, uniţi prin intermediul diferenţialului.

Părţile componente ale diferenţialului. Pe carcasa 7 (Fig.5.12) este fixată coroana 4 a transmisiei principale, iar în carcasă crucea 5 pe care sunt montaţi liberi sateliţii 6 şi 10. Sateliţii, în număr de patru (pot fi şi doi), fac legătura cu pinioanele planetare 9 şi 12, montate pe arborii planetari 8 şi 1. Mişcarea de rotaţie se transmite carcasei (casetei) diferenţialului, prin transmisia principală, formată din pinionul de atac şi coroana 4. Şaibele 2 şi 3, din oţel moale sau bronz, servesc la micşorarea frecării pinioanelor planetare şi a sateliţilor cu carcasa.

50

Fig.5.12. Construcţia şi schema cinematică a diferenţialului simplu, simetric, cu roţi dinţate conice

a - construcţie; b - schemă cinematică

Funcţionarea diferenţialului. Când automobilul se deplasează în linie dreaptă, deoarece

drumurile descrise de cele două roţi motoare sunt egale, şi vitezele unghiulare ale lor vor fi aceleaşi; în acest caz, pinioanele planetare 9 şi 12 vor avea viteze unghiulare egale cu ale coroanei 4, iar sateliţii sunt imobilizaţi (aceeaşi dinţi rămân în permanenţă angrenaţi cu pinioanele planetare) fiind utilizaţi ca nişte piese de legătură pentru a transmite mişcarea de la carcasa diferenţialului 7, la arborii planetari.

In acest caz, se poate scrie: nc = nps = npd

în care nc este turaţia coroanei, în rot/min; nps - turaţia arborelui planetar din stânga, în rot/min; npd turaţia arborelui planetar din dreapta, în rot/min.

La deplasarea automobilului în viraj, coroana transmisiei principale 4 şi carcasa 7 se vor roti cu aceeaşi viteză unghiulară ca şi în linie dreaptă. Din cauză că roata exterioară virajului va avea de parcurs un drum mai lung decât roata interioară virajului, înseamnă că vitezele unghiulare ale celor două pinioane planetare 9 şi 12 vor trebui să fie diferite. Acest lucru este posibil datorită existenţei sateliţilor. Când autovehiculul intră în viraj (de exemplu spre stânga), roata din interiorul virajului, împreună cu pinionul planetar 12, au o viteză unghiulară mai mică decât roata din exteriorul virajului împreună cu pinionul planetar 9. Pentru a realiza aceste diferenţe de viteze unghiulare între cele două pinioane planetare, sateliţii vor căpăta o mişcare de rotaţie în jurul axelor lor proprii, care va fi cu atât mai mare cu cât diferenţa între vitezele unghiulare ale pinioanelor planetare 9 şi 12 este mai mare. In raport cu coroana dinţată 4, care are o anumită viteză unghiulară, pinionul planetar 12 se roteşte mai încet, iar pinionul planetar 9 mai repede.

In acest caz, turaţia celor doi arbori planetari va fi:

p

sscps z

znnn si

p

sscpd z

znnn

în care ns este turaţia sateliţilor, în rot/min; zs – numărul de dinţi al unui satelit; zp – numărul de dinţi al unui pinion planetar.

Prin adunarea celor doua relaţii se obţine: nps + npd = 2 nc

Dacă se blochează carcasa diferenţialului, adică nc = 0, rezultă: nps = - npd, adică roţile motoare se rotesc cu turaţii egale, dar în sensuri diferite.

Acest caz este întâlnit în practică atunci când frâna pe transmisie este acţionată până la blocarea arborelui cardanic, inclusiv a transmisiei principale, respectiv a casetei diferenţialului. Dacă în această situaţie automobilul se deplasează pe un drum cu coeficienţi de aderenţă diferiţi la roţile motoare, roata cu aderenţă mai mare se va roti în sensul de deplasare a autovehiculului, iar cealaltă în sens opus. La intrarea automobilului pe un drum cu aceeaşi aderenţă pentru ambele roţi motoare, automobilul va devia de la mersul normal, putând să producă accidente. Acesta este unul din dezavantajele diferenţialului.

In cazul în care se blochează una din roţi, de exemplu, cea din stânga, atunci nps = 0 rezultă: npd = 2 nc.

51

In practică, acest caz se întâlneşte la demararea automobilului pe un drum care oferă coeficient mare de aderenţă la una din roţi şi foarte mic la cealaltă (de exemplu, o roată motoare se află pe o porţiune de drum cu polei). Roata cu aderenţă mare va sta pe loc, iar cealaltă se va roti cu dublul rotaţiei carcasei diferenţialului. Acesta este un alt dezavantaj al diferenţialului.

Clasificarea diferenţialelor. Diferenţialele se clasifică după tipul angrenajelor folosite, după principiul de funcţionare, după valoarea momentului transmis şi după locul de dispunere a lor în transmisie.

După tipul angrenajelor folosite, diferenţialele pot fi cu roţi dinţate conice şi cu roţi dinţate cilindrice.

După principiul de funcţionare, diferenţialele se împart în: simple, blocabile sau autoblocabile. După valoarea momentului transmis la roţile motoare, diferenţialele pot fi simetrice şi

asimetrice. După locul de dispunere în transmisie, se folosesc diferenţiale dispuse între roţile, aceleiaşi

punţi şi diferenţiale dispuse între punţile automobilului cu mai multe punţi motoare.

5.4.4. ARBORII PLANETARI

Destinaţia şi clasificarea arborilor planetari. Arborii planetari servesc la transmiterea momentului motor de la diferenţial la roţile motoare sau la pinioanele conducătoare ale transmisiei finale.

Clasificarea arborilor planetari se face după solicitările la care sunt supuşi. Solicitările arborilor planetari depind de modul de montare a capătului lor exterior în carterul punţii motoare. In funcţie de modul de montare a arborilor planetari în carterul punţii motoare, ei se împart în: descărcaţi, semiîncărcaţi şi încărcaţi.

Arborii planetari descărcaţi (Fig.5.13, a) sunt solicitaţi numai la torsiune de către momentul Mr. In acest caz, butucul roţii motoare se montează prin intermediul a doi rulmenţi conici 2 şi 3 pe trompa 1 a carterului punţii din spate. In această situaţie, solicitarea la încovoiere este preluată numai de carterul punţii motoare. Soluţia cu arborii planetari descărcaţi se utilizează la autocamioane şi autobuze.

Arborii planetari semiîncărcaţi (Fig.5.13, b) se montează printr-un singur rulment 2 dispus între butucii roţii şi carterul punţii motoare 1. Aceşti arbori sunt solicitaţi la torsiune de momentul Mr şi parţial la încovoiere de forţa Y2. Momentul încovoietor dat de această forţă este preluat atât de arborele planetar, cât şi de carterul punţii din spate. Momentele încovoietoare ale forţelor Fr şi Z2 sunt preluate de carter dacă roata se află în acelaşi plan cu rulmentul 2; în caz contrar, momentele sunt preluate parţial şi de arborele planetar. Această soluţie se utilizează la autoturismele mai mari şi la autocamioane uşoare.

Arborii planetari încărcaţi (Fig.5.13, c) se sprijină printr-un singur rulment 2, montat între arbore şi carterul punţii motoare. Aceşti arbori sunt solicitaţi atât la torsiune de momentul Mr cât şi la încovoiere de forţele F2, Z2, Y2. Soluţia se utilizează, în special, la autoturisme.

Fig.5.13. Scheme de montare a arborilor planetari in carterul punţii motoare Mr - moment motor la roată; Fr - forţa la roată; Y2 - reacţiune transversală a căii; Z2 – reacţiune normală a căii

Tipuri constructive de arbori planetari. Pentru a transmite momentul motor de la diferenţial

la roţile motoare, arborii planetari sunt solidarizaţi la rotaţie atât cu pinioanele planetare, cât şi cu butucul roţilor motoare.

Constructiv, arborii planetari se deosebesc între ei după modul de solidarizare cu pinioanele planetare, precum şi cu roţile motoare.

52

Arborele reprezentat în Fig.5.14, a este solidarizat cu pinionul planetar prin intermediul canelurilor prevăzute la capătul 1, iar cu butucul roţii prin flanşa 2. Arborele din Fig.5.14, b se solidarizează la rotaţie cu pinionul planetar tot prin capătul canelat 1, iar cu butucul roţii motoare prin intermediul unei pene ce are un locaş pe porţiunea conică 3. La arborele din Fig.5.14,c, solidarizarea la rotaţie atât cu pinionul planetar, cât şi cu butucul roţii motoare se face prin intermediul capetelor canelate 1 şi 4.

Fig.5.14. Tipuri constructive de arbori planetari

CAPITOLUL VI

PUNTEA DIN FAŢĂ

Puntea din faţă a unui automobil este destinată: - să preia forţele ce apar între suprafaţa de sprijin şi roţile de direcţie ale automobilului, precum şi momentele reactive şi să le transmită, prin intermediul suspensiei, la cadrul sau caroseria acestuia; - să asigure deplasarea automobilului în curbă; - să asigure unghiurile de montaj ale pivoţilor şi roţilor de direcţie, ceea ce oferă autostabilizarea lor; - să asigure cinematica corectă a direcţiei la deplasările verticale ale elementelor componente, ca urmare a deformărilor elastice ale suspensiei.

In majoritatea cazurilor, puntea din faţă a automobilului este neantrenantă; există însă şi punţi din faţă motoare, fie la automobilele cu formula roţilor 4x2, fie la automobilele 4x4 cu tracţiune permanentă în faţă, sau numai în situaţia în care condiţiile de circulaţie impun acest lucru.

De construcţia punţii din faţă, şi anume de capacitatea acesteia de a asigura autostabilizarea roţilor directoare, depinde într-o foarte mare măsură manevrabilitatea şi stabilitatea automobilului, factori importanţi în asigurarea securităţii circulaţiei. Viteza de uzare a pneurilor roţilor de direcţie depinde de asigurarea de către construcţia punţii din faţă a unor unghiuri de montaj adecvate pentru roţile de direcţie.

Masa punţii din faţă, ce aparţine maselor nesuspendate ale automobilului, are o influenţă directă asupra calităţilor de mers lin şi confort ale acestuia. Din acest punct de vedere este necesar ca puntea din faţă să aibă o masă cât mai mică fără ca acest lucru să afecteze negativ durabilitatea ei.

Construcţia punţii din faţă a unui automobil se află, ca de altfel şi funcţionarea ei, în strânsă legătură cu construcţia suspensiei corespunzătoare. Interferenţa elementelor celor două ansambluri menţionate este în unele cazuri, atât de pronunţată (ca de exemplu suspensiile cu roţi independente), încât acestea se consideră ca reprezentând un ansamblu comun şi sunt analizate ca atare. Clasificarea însăşi a punţilor din faţă urmează, din acest motiv, în linii generale, clasificarea suspensiilor.

Din punct de vedere constructiv, punţile din faţă pot fi de două feluri: punte rigidă (dintr-o bucată) şi punte articulată (din mai multe elemente).

Punţile din faţă rigide se utilizează aproape exclusiv la autocamioane şi autobuze (exceptând unele tipuri cu masă mică şi foarte mică, derivate în general din autoturisme) şi într-o măsură foarte restrânsă la autoturisme. Aceste punţi oferă avantajul unei simplităţi constructive şi se utilizează împreună cu arcurile din foi semieliptice şi asigură o suspensie dependentă a roţilor de direcţie.

Punţile din mai multe elemente constau din sisteme spaţiale de bare şi leviere fixate pe cadru sau caroseria automobilului, care asigură o suspensie independentă pentru fiecare roată de direcţie. Elementele elastice ale suspensiilor respective sunt, în general, arcurile elicoidale sau barele de torsiune. Punţile cu suspensie independentă se utilizează în mod predominant la autoturisme şi într-o oarecare măsură la autobuzele şi autocamioanele de mică şi foarte mică capacitate. Se cunosc însă şi automobile cu mase mari echipate cu suspensii independente, cum ar fi autobuzele rutiere sau de turism cu grad de confort sporit, precum şi unele autocamioane. Avantajul acestui tip de punte din faţă de a oferi un confort mai ridicat, este însoţit de o anumită creştere a complexităţii constructive.

53

6.1. Asigurarea stabilităţii roţilor de direcţie

Manevrabilitatea şi stabilitatea automobilului depinde în mare măsură de stabilitatea roţilor de direcţie,

adică de tendinţa lor de a-şi păstra poziţia neutră şi de a se reîntoarce la ea dacă au fost deviate de la aceasta sub influenţa unor forţe întâmplătoare sau la bracare.

In scopul asigurării stabilităţii roţilor de direcţie, pivoţii fuzetelor şi roţile de direcţie nu se montează vertical faţă de planul drumului, ci cu o anumită înclinare faţă de suprafaţa drumului şi de direcţia de deplasare a automobilului, lucru ce reiese din Fig. 6.1.

Fig.6.1. Unghiurile de înclinare ale pivoţilor şi roţilor de direcţie După cum rezultă din Fig.6.1 la pivoţii fuzetelor deosebim:

- unghiul de înclinare longitudinală a pivotului (unghiul de fugă) β; - unghiul de înclinare transversală a pivotului α,

iar la roţile de direcţie avem unghiul de cădere al roţii γ şi unghiul de convergenţă δ. Este obligatoriu ca în decursul exploatării automobilului unghiurile de montaj ale roţilor şi pivoţilor să se verifice periodic, pentru a se putea lua din timp măsurile corective necesare. 6.2. Construcţia punţii din faţă rigide

O asemenea punte este formată dintr-o grindă de oţel forjat, la capetele căreia se montează fuzetele prin intermediul pivoţilor. Secţiunea grinzii este în general dublu T sau I, iar uneori poate fi şi tubulară. Capetele acesteia pot fi în formă de pumn sau în formă de furcă. La suspensia cu arcuri din foi dispuse longitudinal care preiau eforturile longitudinale, zona de fixare a arcurilor este aplatizată, iar arcurile sunt montate rigid pe grinda punţii cu ajutorul unor bride.

După dispoziţia furcilor de la capetele grinzii, punţile din faţă rigide se împart în două categorii:

- punţi la care furca face corp comun cu fuzeta: - punţi la care furca face corp comun cu grinda.

In Fig.6.2. este prezentată construcţia punţii din faţă rigide la care furca face corp comun cu

fuzeta.

Fig.6.2. Construcţia punţii din faţă rigide la care furca face corp comun cu fuzeta

54

Grinda 5 a punţii din faţă de secţiune dublu T sau I are două platforme lăţite 4 pe care se fixează elementul elastic al suspensiei. Capetele grinzii au o îngroşare cu găuri pătrunse în care se introduc pivoţii 7 fixaţi în grindă cu pana 2. Găurile de la capetele grinzii sunt înclinate corespunzător celor două unghiuri de înclinare ale pivoţilor. La fel şi fuzeta 1 are găuri practicate în cele două urechi, găuri în care se presează bucşele din bronz 8 sau rulmenţii cu ace. Pentru ungerea celor două bucşe, pivotul trebuie să fie prevăzut cu un sistem de ungere.

Intre urechea inferioară 6 a fuzetei şi falca grinzii se montează o bucşă din bronz 3 sau un rulment axial cu bile care asigură o rotire uşoară a fuzetei atunci când aceasta este încărcată. In urechea superioară a fuzetei se fixează levierul de direcţie, iar la cea inferioară pârghia trapezului de direcţie

In Fig. 6.3. este prezentată schema cinematică a unei punţi motoare rigide. Transmiterea momentului la roţi se face printr-o transmisie homocinetică bimobilă, formată din

arborele planetar 4, cuplajul unghiular 3 de tip Weiss şi arborele condus 8. Grinda rigidă, în cazul punţilor motoare este înlocuită printr-un carter 5, legat prin articulaţiile cilindrice 2 şi 6 de fuzeta 1. Pe fuzeta tubulară 1 se montează, prin rulmenţii conici 7 şi 9 butucul 10 al roţii, cu arbori planetari total descărcaţi de momente încovoietoare. Rigidizarea butucului roţii cu arborele planetar se face prin flanşa 11. Acest tip de punţi rigide se utilizează la autocamioane şi autoutilitare cu tracţiune integrală.

Fig.6.3. Schema cinematică a unei punţi motoare rigide

Puntea din faţă rigidă prezintă o construcţie simplă, robustă şi are avantajul menţinerii constante a ecartamentului automobilului în cazul coborârii sau ridicării roţii ca urmare a deplasării peste neregularităţile drumului. Ca dezavantaje ale punţii rigide se menţionează:

- înclinarea întregului automobil în cazul când roţile de direcţie trec peste un obstacol, ceea ce reduce confortul automobilului;

- producerea unor oscilaţii în plan orizontal ale roţilor automobilului, ca urmare a momentelor giroscopice ale roţilor de direcţie, rezultând traiectorii şerpuite ale acestora (Shimmy), ceea ce măreşte uzura pneurilor şi influenţează nefavorabil ţinuta de drum (în acelaşi sens acţionează şi echilibrarea necorespunzătoare a roţilor).

In momentul de faţă, aceste oscilaţii, periculoase mai ales pentru autoturisme, care au viteze mari de deplasare, sunt în bună măsură evitate printr-o echilibrare dinamică precisă a roţilor de direcţie şi prin folosirea punţilor din faţă din mai multe elemente (articulate), care permit utilizarea suspensiei independente pentru fiecare roată de direcţie. Aşa se explică şi faptul că la ora actuală punţile din faţă rigide se folosesc numai în construcţia autoutilitarelor, autocamioanelor şi autobuzelor.

6.3. Construcţia punţii din faţă articulată Puntea din faţă articulată permite urmărirea de către fiecare roată a neregularităţilor drumului în mod independent, fără ca deplasările respective să se transmită ansamblului punţii şi să provoace înclinarea cadrului sau caroseriei. Astfel, acest tip constructiv de punte asigură un confort sporit şi o îmbunătăţire a manevrabilităţii şi stabilităţii automobilului.

Din punct de vedere constructiv, punţile articulate pot fi considerate ca semipunţi (punţi fictive), întrucât rolul grinzii îl preia structura de rezistenţă a cadrului sau caroseriei. Rămân ca elemente constructive numai fuzetele, pivoţii, sistemele de leviere şi bare care asigură oscilaţia şi ghidarea roţilor.

In funcţie de cinematica roţilor de direcţie se definesc următoarele tipuri de punţi: - cu deplasare verticală a roţilor, paralel cu pivoţii, - cu oscilarea roţilor în plan transversal; - cu oscilarea roţilor în plan longitudinal;

55

- cu oscilarea roţilor într-un plan intermediar (diagonal). Puntea din faţă cu roţi independente, cu deplasarea verticală a roţilor paralel cu pivoţii este

reprezentată schematic în Fig.6.4. La trecerea peste un obstacol (Fig.6.4,b), roata se deplasează împreună cu fuzeta şi pivotul care

intră într-un locaş din structura automobilului. La această construcţie fuzeta face corp comun cu pivotul. Alte construcţii au pivotul fixat rigid pe structura automobilului, iar fuzeta culisează pe acesta la trecerea roţii peste un obstacol. Această construcţie prezintă avantajul că unghiurile de montaj ale roţilor de direcţie, cât şi ecartamentul rămân practic neschimbate, atât la rularea pe suprafeţele plane, cât şi la trecerea peste obstacole, efect favorabil aspra stabilităţii şi manevrabilităţii.

Fig. 6.4. Schema punţii din faţă cu deplasarea verticală a roţii paralel cu pivoţii

In Fig.6.5. este reprezentată puntea din faţă articulată cu oscilarea roţilor în plan transversal, în patru variante constructive.

Fig.6.5. Scheme ale punţii din faţă cu oscilarea roţilor în plan transversal

Puntea cu bare pendulare, reprezentată în Fig. 6.5,a, prezintă dezavantajul că la trecerea roţii

peste un obstacol roata se înclină cu un unghi mare mărind ecartamentul cu ΔE, lucru care determină modificarea unghiurilor de montaj ale roţilor de direcţie în plan transversal.

Alunecarea transversală a roţilor măreşte uzura pneurilor şi înrăutăţeşte manevrabilitatea şi stabilitatea automobilului. Înclinarea cu unghi mare a barelor creează momente giroscopice care provoacă o mişcare şerpuită a roţilor (Shimmy). Pentru atenuarea dezavantajelor prezentate, este necesară lungirea barelor pendulare, motiv pentru care în unele cazuri cele două bare au punct de oscilaţie comun, la mijlocul automobilului (în planul longitudinal de simetrie), sau puncte de articulaţie amplasate dincolo de planul longitudinal de simetrie al automobilului. Astfel se realizează şi o coborâre a axei de ruliu a caroseriei, rezultând o îmbunătăţire a stabilităţii. In general, construcţiile prezentate în Fig.6.4 şi 6.5,a nu sunt utilizate.

Dacă în locul barelor pendulare se folosesc patrulatere articulate cu braţe egale (Fig.6.5,b), se elimină variaţia unghiurilor de montaj ale roţilor în plan transversal şi se micşorează ecartamentul cu ΔE la trecerea roţilor peste obstacole.

O reducere mai accentuată sau chiar anularea variaţiei ecartamentului şi a unghiurilor de montaj ale roţilor în plan transversal la trecerea peste obstacole rezultă prin utilizarea unor patrulatere cu braţe inegale (Fig.6.5,c). Această schemă constructivă este utilizată pe scară largă la punţile din faţă ale

56

autoturismelor şi celorlalte tipuri de automobile cu punţi articulate (autobuze, microbuze, autoutilitare, etc).

Varianta constructivă prezentată în Fig.6.5,d se caracterizează prin aceea că rolul pivotului fuzetei îl preia amortizorul telescopic al suspensiei (suspensie tip Mc Pherson). Această variantă prezintă avantajul unei simplităţi constructive şi de menţinere neschimbată a ecartamentului şi unghiurilor de montaj ale roţilor de direcţie, fiind răspândită pe scară largă în construcţia de autoturisme.

În Fig.6.6 este prezentată una din multele variante de realizări practice pentru puntea din faţă

articulată care se foloseşte la un automobil cu suspensie independentă a roţilor. Puntea este articulată cu un patrulater cu braţe inegale, cu oscilaţia roţilor in plan transversal.

Elementele de ghidare ale punţii sunt braţele oscilante superioare 5 si inferioare 6, articulate la partea exterioară prin intermediul unor articulaţii sferice de braţul portfuzetă 9, iar la partea interioară prin intermediul articulaţiilor cilindrice 7 si 8 de cadrul automobilului. Arcurile suspensiei 1 sunt concentrice cu amortizoarele hidraulice telescopice 2, fixate la un capăt de cadrul 3, iar la celălalt de braţul superior prin articulaţia 4.

Fig.6.6. Puntea din faţă articulată cu un patrulater cu braţe inegale

Puntea din faţă articulată cu oscilarea roţilor în plan longitudinal se caracterizează prin aceea

că, la trecerea roţilor peste neregularităţile drumului , ecartamentul şi unghiurile de montaj ale roţilor directoare în plan transversal, rămân constante. Articularea roţilor de cadrul sau caroseria automobilelor se face cu braţe pendulare (Fig.6.7,a) sau cu patrulatere articulate (Fig. 6.7,b)

Fig 6.7. Scheme ale punţii din faţă cu oscilarea roţilor în plan longitudinal

57

In primul caz, la trecerea roţii peste neregularităţile drumului, unghiul de înclinare longitudinala al pivotului (unghiul de fugă) variază, iar in al doilea caz rămâne constant.

Puntea din faţă articulată cu oscilarea roţilor într-un plan intermediar reprezintă o combinaţie a caracteristicilor schemelor constructive prezentate în figurile 6.5 şi 6.7.

In Fig.6.8 este prezentată puntea din faţă de direcţie şi motoare a autoturismului Dacia Solenza. Puntea de tip Mc Pherson are fuzeta 1 solidară cu cilindrul 2 al amortizorului hidraulic telescopic. Axa de pivotare (axa pivotului fals) la virarea roţii este determinată de axa comună a articulaţiei sferice 6 (de legătură dintre cilindrul 2 al amortizorului şi braţul inferior 5) şi a articulaţiei 4 a tijei 3 a pistonului amortizorului.

Fig.6.8. Puntea din faţă de direcţie şi motoare a autoturismului Dacia Solenza

6.4. Materiale utilizate în construcţia punţilor din faţă

Osia propriu-zisă se confecţionează din oţel carbon de calitate, prin forjare şi matriţare. Se utilizează în special OLC 45 şi OLC 50.

Fuzetele se execută din oţeluri aliate Cr-Ni, ce se supun unui tratament de îmbunătăţire. Pivoţii sunt executaţi din oţeluri aliate de cementare sau de îmbunătăţire. Braţele oscilante se confecţionează din oţel carbon de calitate prin presare la rece.

6.5. Întreţinerea punţilor din faţă

Întreţinerea punţilor din faţă cuprinde lucrări de gresare, de verificare a îmbinărilor subansamblurilor, strângerilor şi jocurilor rulmenţilor şi pivoţilor, lucrări de verificare a nivelului uleiului de transmisie şi de schimbare a acestuia în cazul punţilor de direcţie şi motoare.

Gresarea pivoţilor şi a articulaţiilor duble cu role se efectuează după un parcurs de 5 000 km echivalenţi, iar gresarea rulmenţilor butucilor roţilor după 60 000 km echivalenţi.

Verificarea nivelului uleiului de transmisie din carterul punţii combinate se efectuează după un parcurs de 5 000 km echivalenţi, iar înlocuirea uleiului după 20 000 km.

Verificarea jocului la pivoţi şi butucii roţilor, precum şi reglarea acestuia se efectuează după un parcurs de 20 000 km echivalenţi.

58

CAPITOLUL VII

SISTEME DE DIRECŢIE

7.1. Rolul şi condiţiile impuse sistemului de direcţie

Sistemul de direcţie cuprinde ansamblul de organe care servesc la poziţionarea roţilor directoare ale automobilului, asigurând posibilitatea executării virajelor şi menţinerea deplasării rectilinii stabile. Operaţia de poziţionare a roţilor directoare în vederea efectuării virajului se numeşte bracare.

De calităţile sistemului de direcţie depinde în mare măsură deplasarea în siguranţă a automobilului, manevrabilitatea şi stabilitatea acestuia.

Principalele cerinţe impuse sistemului de direcţie sunt: - asigurarea unor raze de viraj cât mai reduse; - asigurarea unei manevrări rapide şi uşoare; - asigurarea ireversibilităţii mişcării în scopul atenuării şocurilor; - asigurarea stabilizării mişcării rectilinii; - asigurarea unei cinematici corespunzătoare; - asigurarea simetriei comenzii volanului la efectuarea virajelor stânga-dreapta; - asigurarea compatibilităţii direcţiei cu suspensia; - asigurarea posibilităţii de preluare a jocurilor datorate uzurilor, reglarea şi întreţinerea uşoară, o

fiabilitate corespunzătoare.

Fig.7.1. Schema virajului automobilului

În Fig.7.1. este prezentată schema virajului unui automobil cu două punţi. Virajul automobilului este corect, adică roţile rulează fără alunecare, când toate descriu cercuri concentrice în centrul de viraj O. Acest centru trebuie să se găsească la intersecţia dintre prelungirea axei roţilor din spate şi a axelor fuzetelor celor două roţi de direcţie. Aceasta înseamnă că în viraj, roţile de direcţie nu sunt paralele ci înclinate (bracate) cu unghiuri diferite. Astfel unghiul de bracare yi al roţii interioare este mai mare decât unghiul de bracare ye, al roţii exterioare. 7.2. Părţile componente şi clasificarea sistemelor de direcţie.

Pentru a schimba direcţia automobilului, conducătorul acţionează asupra volanului 1(Fig.7.2), care transmite mişcarea prin intermediul axului 2, la melcul 3, ce angrenează cu sectorul dinţat 4. Pe axul sectorului dinţat se află levierul de direcţie (comandă) 5, care este în legătură cu bara longitudinală de direcţie (comandă) 6. Prin rotirea sectorului dinţat, deci şi a levierului de direcţie, bara longitudinală de direcţie va avea o mişcare axială care depinde de sensul de rotaţie a sectorului dinţat.

59

Fig. 7.2. Părţile componente ale sistemului de direcţie

Prin deplasarea axială a barei longitudinale de direcţie, braţul fuzetei 11 va roti fuzeta 9 în jurul pivotului

10 şi o dată cu ea şi roata din stânga. Legătura care există între fuzeta 9 şi fuzeta 13, prin intermediul levierelor 8 şi 14 şi bara transversală de direcţie 7, va produce rotirea fuzetei 13.

Patrulaterul format din puntea propriu-zisă 12, levierele fuzetelor 8 şi 14 şi bara transversală de direcţie 7 se numeşte trapezul direcţiei.

Volanul de direcţie este realizat, în general, din material plastic cu armătură metalică, având forma circulară cu 1-3 spiţe. Axul volanului este format dintr-o bucată sau din două bucăţi, legate între ele printr-o articulaţie cardanică, în general rigidă. Soluţia din două bucăţi se foloseşte atunci când caseta de direcţie nu se află pe direcţia axului volanului. Din motive de securitate, începe să se răspândească la autoturisme soluţia cu coloana volanului deformabilă, sub acţiunea unui şoc puternic. In general s-a răspândit soluţia coloanei telescopice, compusă din două tuburi, care devin telescopice la o anumită forţă axială. La unele automobile, poziţia volanului poate fi reglată (prin deplasarea în direcţie axială şi înclinare cu un anumit unghi).

Elementele componente ale sistemului de direcţie se împart în două grupe şi anume: mecanismul de comandă (acţionare) a direcţiei şi transmisia direcţiei.

Mecanismul de comandă serveşte la transmiterea mişcării de la volan la levierul casetei de direcţie şi cuprinde: volanul, coloana volanului, caseta de direcţie, levierul casetei de direcţie.

Transmisia direcţiei face legătura între levierul casetei de direcţie şi roţile directoare, fiind alcătuite dintr-un ansamblu de bare şi leviere.

La toate automobilele mecanismul de comandă este oarecum asemănător, în schimb transmisia direcţiei este diferită funcţie de tipul punţii directoare: rigidă sau articulată (cu suspensie independentă).

In fig.7.3. se prezintă schemele de principiu ale sistemului de direcţie pentru o punte rigidă (Fig.7.3,a) şi pentru o punte articulată (Fig7.3,b).

In ambele cazuri comanda direcţiei cuprinde volanul 1, coloana volanului 2, caseta de direcţie 3 şi levierul casetei de direcţie 4.

In cazul schemei prezentate în Fig.7.3,a, levierul de direcţie al casetei 4 antrenează bara longitudinală 5 care transmite mişcarea levierului fuzetei 6, iar de la acesta prin bara transversală levierului de direcţie 7, permiţând orientarea fuzetelor 9 în jurul pivotului 8.

În Fig.7.3,b, bara transversală de direcţie este divizată în mai multe segmente articulate între ele în scopul de a permite oscilarea independentă a roţilor la trecerea peste obstacole. Bara transversală este compusă din bara centrală 5 (numită şi bară de conexiune) şi barele de comandă (bieletele) 6. Pentru a se asigura barei de conexiune o mişcare plan-paralelă, aceasta este ghidată de levierul condus 7.

60

a) b)

Fig.7.3. Schema sistemului de direcţie în cazul punţii rigide şi a punţii articulate

Clasificarea sistemelor de direcţie poate fi făcută după mai multe criterii: • după modul de realizare a virării:- prin bracarea roţilor directoare; prin frângerea şasiului. • după poziţia comenzii direcţiei: - direcţii pe stânga; direcţii pe dreapta. • după locul de amplasare a roţilor directoare pot apărea următoarele situaţii:

- la automobilele cu două punţi pot fi directoare puntea faţă, puntea spate sau ambele punţi; - la automobilele cu trei punţi poate fi directoare puntea faţă, primele două punţi sau puntea

faţă şi puntea spate; - la automobilele cu patru punţi pot fi directoare primele două punţi, prima şi ultima sau toate

punţile. • după tipul punţii directoare; - direcţii pentru punţi rigide; direcţii pentru punţi independente. • după legea de variaţie a raportului de transmitere: - cu raport de transmitere constant; cu raport

de transmitere variabil. • după modul de producere a forţei de virare: - direcţii manuale; direcţii asistate; servodirecţii.

In cazul direcţiilor manuale se foloseşte exclusiv forţa musculară a conducătorului auto; la direcţiile asistate forţa de virare este dezvoltată de către forţa musculară a conducătorului auto şi de o instalaţie specială, automobilul putând fi condus în caz de defectare şi numai pe baza forţei musculare, dar cu un efort mult mai mare. La servodirecţii forţa de virare este produsă exclusiv de o instalaţie specială, efortul conducătorului auto fiind nesemnificativ, iar în caz de defectare se folosesc sisteme auxiliare de avarie.

Instalaţiile speciale folosite în cazul direcţiilor asistate sau servodirecţiilor produc forţă pe baza energiei hidraulice. După felul transmisiei direcţiei pot exista servodirecţii hidromecanice, la care există legătură mecanică între volan şi roţi, servodirecţii complet hidraulice, la care legătura se face prin elemente hidraulice, şi servodirecţii electrohidraulice la care transmisia este de natură electrică. Având în vedere siguranţa în funcţionare s-au impus primele două variante.

7.3. Mecanismul de acţionare a direcţiei Condiţiile impuse sistemului de direcţie sunt satisfăcute în mare măsură de construcţia

mecanismului de acţionare, care trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: - să fie reversibil pentru a permite revenirea roţilor de direcţie în poziţia corespunzătoare

mersului în linie dreaptă după încetarea efortului aplicat volanului; - să aibă un randament ridicat - pierderile prin frecare în mecanismul de direcţie să fie cât mai

mici - în scopul uşurării conducerii. Este indicat să aibă un randament mai mare la transmiterea mişcării de la volan la levierul de direcţie şi un randament mai redus de la levier la volan pentru ca şocurile provocate roţilor de neregularităţile căii să fie absorbite în mare măsură în mecanism şi să se transmită cât mai atenuate la volan;

- să asigure caracterul şi valorile necesare ale raportului de transmitere; - să aibă un număr minim de puncte de reglare, cu posibilitatea obligatorie de reglare a jocului

dintre elementul conducător şi condus al mecanismului. Mecanismele de acţionare a direcţiei se clasifică în funcţie de tipul elementului conducător şi

condus prin care se transmite momentul de la volan la axul levierului de direcţie. Ca element conducător se utilizează: melcul cilindric, melcul globoidal, şurubul sau roata dinţată; iar ca element condus poate fi utilizat: sectorul dinţat, sectorul elicoidal, rola, manivela, piuliţa sau cremaliera.

61

In prezent cele mai răspândite sunt mecanismele de acţionare cu melc globoidal şi rolă şi cu pinion şi cremaliera.

Mecanismul de acţionare cu melc globoidal şi rolă se compune dintr-o rolă simplă, dublă sau triplă (în funcţie de efortul ce trebuie transmis) şi un melc globoidal. Datorită faptului că între melc şi rolă există o frecare de rostogolire, mecanismul are un randament ridicat.

Melcul globoidal 4 (Fig.7.4) este montat la capătul axului volanului 3 şi se sprijină în caseta 8 prin intermediul a doi rulmenţi 9 şi 12. Rola 6 este montată pe bolţul 5 între braţele furcii 14, prin intermediul a doi rulmenţi. Furca 14 este executată dintr-o bucată cu axul 7 al levierului de direcţie 23, fixat cu piuliţa 24. Axul levierului de direcţie este montat în caseta de direcţie având un capăt sprijinit pe rulmentul 19. Garnitura de etanşare 22 şi simeringul 15 împiedică intrarea impurităţilor în interiorul casetei.

Capacul 10, fixat cu şuruburi, acţionează asupra bucşei 11 ce conţine inelul exterior al rulmentului 9.

Garniturile de reglaj 2 de sub capac servesc la reglarea jocului axial al melcului. In capacul lateral al casetei 20 se găseşte şurubul 18, care este legat de axul levierului de direcţie. Reglarea jocului angrenajului dintre melcul globoidal şi rolă, care sunt montate excentric, se face prin şurubul de reglare 18 (protejat de piuliţa 17), care deplasează axial rola împreună cu axul 7.

Fixarea piuliţei după reglare se face cu ştiftul 16. Buşonul 21 serveşte pentru introducerea lubrifiantului în casetă. Cuplajul elastic din cauciuc 1 face legătura între partea inferioară a axului volanului 3 şi partea centrală (axul volanului este divizat în trei părţi). Garnitura 13 asigură etanşarea axului volanului la intrarea în casetă.

Fig.7.4. Mecanismul de acţionare a direcţiei cu melc globoidal şi rolă dublă

Mecanismul de la autocamioanele cu direcţia avansată se compune din caseta de direcţie propriu-zisă 4 (Fig.7.5), caseta 13 cu angrenajul în unghi şi trompa 14 în interiorul căreia se află axul

62

de transmisie dintre cele două casete. Caseta de direcţie propriu-zisă are angrenajul format dintr-un melc globoidal şi o rolă triplă.

Fig.7.5.

Sistemul de direcţie avansat de la autocamioanele ROMAN: 1 - volan; 2 - ax volan; 3 - ax intermediar; 4 - caseta de direcţie (mecanismul de acţionare); 5 - levier de direcţie (comandă); 6 - bara longitudinală de

direcţie; 7 - braţ fuzetă; 8 - leviere fuzete; 9 - bară transversală de direcţie; 10 - puntea propriu-zisă; 11 - pivoţi; 12 - fuzete; 13 - angrenaj conic (în unghi); 14 – trompă

Mecanismul de acţionare cu pinion şi cremalieră. Acest tip de mecanism (Fig.7.6) se utilizează

destul de des la autoturismele cu suspensie independentă a roţilor şi bară transversală de direcţie. In felul acesta, numărul articulaţiilor transmisiei direcţiei se reduce la patru faţă de alte soluţii care necesită cel puţin şase articulaţii.

Pinionul cu dinţi înclinaţi 8 al axului volanului 5 este montat pe doi rulmenţi radiali axiali 7, al căror joc se reglează cu garnituri montate sub capacul inferior al casetei de direcţie. Cremalieră 9 este realizată pe o bară de secţiune circulară, care este introdusă în ţeava de oţel 6. Angrenarea corectă între pinion şi cremalieră este asigurată de dispozitivul 3. Jocul angrenajului se stabileşte cu ajutorul garniturilor 2. In orificiul din centrul dispozitivului se montează plunjerul de bronz 4, care este apăsat de arcul 10, pe cremalieră. Efortul produs de plunjer nu trebuie să depăşească o anumită valoare pentru a nu provoca griparea, realizând numai frecarea necesară a mecanismului. Capetele cremalierei se asamblează cu barele oscilante (bieletele) prin articulaţii sferice. Pătrunderea murdăriei la angrenaj este împiedicată de burduful de cauciuc 1. Raportul de transmitere este constant. Acest tip de mecanism se întâlneşte la autoturismele Dacia, Renault, Citroen, Logan ş.a.

63

Fig.7.6. Mecanismul de acţionare a direcţiei cu pinion şi cremalieră

7.4. Transmisia direcţiei Construcţia transmisiei direcţiei este determinată de tipul constructiv al punţii din faţă şi de

locul unde sunt plasate roţile de direcţie. Transmisia direcţiei în cazul punţii rigide. Caracteristic pentru această soluţie (Fig.7.6) este

faptul că bara transversală de direcţie 3 este executată, de regulă, dintr-o singură bucată. Trapezul de direcţie, format din bara transversală 3, levierele fuzetelor 4 şi partea centrală a punţii din faţă, este un trapez posterior.

Tijele şi pârghiile care formează transmisia direcţiei sunt legate între ele prin articulaţii sferice, care mai au şi rolul de a elimina jocurile datorate uzării şi de a se amortiza şocurile transmise roţilor de direcţie de la cale. Articulaţiile sferice se clasifică în funcţie de forma bolţului şi de sistemul de reglare a jocului.

Fig.7.6. Transmisia direcţiei în cazul punţii rigide:

1 - levier de direcţie (comandă); 2 – bară longitudinală de direcţie; 3 - bară transversală de direcţie; 4 - levierele fuzetelor; 5 - fuzete; 6 - braţul fuzetei; 7- mecanism de acţionare

64

Transmisia direcţiei în cazul punţii articulate. La autoturismele cu suspensie independentă a

roţilor din faţă, este caracteristic faptul că bara transversală de direcţie este fracţionată în două sau mai multe părţi, pentru a permite separat fiecărei roţi oscilaţii pe verticală.

In Fig.7.7, a este reprezentată transmisia direcţiei, la care mecanismul de acţionare 1 imprimă levierului de direcţie 2 o mişcare de rotaţie ce se transmite pârghiei unghiulare 3, care este articulată de bara transversală de direcţie, compusă din două părţi 4 şi 5. La soluţia din Fig.7.7, b, bara transversală de direcţie se compune dintr-o parte centrală 1 şi două părţi laterale 4, legate la braţele fuzetelor 5. Transmisia direcţiei mai cuprinde levierul de direcţie 2 (elementul conducător), care primeşte mişcarea de la caseta 3 şi pârghia pendulară 6.

Bara transversală de direcţie din Fig.7.7, c este compusă din două părţi 2 şi 5, legate cu capetele interioare de levierul central 3, iar cu cele exterioare de braţele fuzetelor 1 şi 6. Elementul conducător îl constituie levierul de direcţie 7, care, prin intermediul barei 4, transmite mişcarea levierului central 3.

In Fig.7.7, d este reprezentată transmisia direcţiei la mecanismul de acţionare cu pinion şi cremalieră, care este o variantă a transmisiei cu levier central. La această soluţie levierul central, având o mişcare de rotaţie, a fost înlocuit cu cremaliera 1 având o mişcare de translaţie. De la cremalieră, mişcarea este transmisă barelor laterale (bieletelor) 2 ce sunt articulate de braţele fuzetelor. O soluţie asemănătoare este utilizată la foarte multe autoturisme.

Fig. 7.7. Transmisia direcţiei la automobilele cu suspensie independentă a roţilor

7.5. Servomecanisme de direcţie

Dacă Mv este momentul de antrenare aplicat la volan şi R raza volanului, atunci forţa la volan este dată de relaţia:

FV = MV / R

Valoarea forţei la volan, care asigură un bun control al contactului roţilor cu calea de rulare (aşa numitul simţ al drumului), este FV = 15daN la 3,6 rotiri ale volanului. Valorile de forţe la volan întâlnite în mod frecvent la sisteme de direcţie fără servomecanism sunt cuprinse între 2,5 daN la autoturisme şi 25 daN la autocamioane şi autobuze. Conducătorul auto în situaţii deosebite poate să dezvolte o forţă de 75 daN. Normele internaţionale recomandă ca pentru forţele mai mari de 20 daN să se folosească sisteme de direcţie cu servomecanism.

Pentru controlul virajului forţa la volan trebuie să crească o dată cu mărirea unghiului de

65

bracare. In cazul în care la una din roţile de direcţie are loc o explozie, forţele la volan sunt mult mai mari decât cele uzuale, iar la trecerea roţilor de direcţie peste anumite neregularităţi ale drumului apar şocuri în volan care sunt recepţionate de către conducătorul auto. La virajul cu automobilul stând pe loc apar de asemenea forţe de virare mult mai mari.

Servomecanismul sistemului de direcţie trebuie să reproducă la volan toate particularităţile arătate mai sus, care apar la funcţionarea sistemului de direcţie. In acest scop se recomandă un raport KF de amplificare a servomecanismului:

51

V

m

V

mVF F

F

F

FFK

unde: Fm este forţa suplimentară dezvoltată de servomecanism.

Servomecanismele întâlnite în mod curent în construcţia de automobile au ca element de lucru uleiul sub presiune. Un servomecanism hidraulic se compune dintr-o pompă hidraulică antrenată de motorul automobilului, un distribuitor de ulei comandat de la volan şi un motor hidrostatic ce transformă, în funcţie de comanda primită, energia dată de pompă în lucru mecanic consumat pentru bracarea roţilor de direcţie.

Servodirecţia hidraulică ZF 8065 (Fig.7.8) utilizată la automobilele ROMAN se compune, în principal, din caseta de direcţie propriu-zisă 10 (în care se găseşte şi servomecanismul hidraulic), pompa de înaltă presiune 3, rezervorul de ulei 13, volanul 1 cu axul 2 şi conductele de legătură 4, 5 şi 12.

Fig.7.8. Ansamblul servodirecţiei hidraulice 1 - volan; 2 - ax volan; 3 - pompă de înaltă presiune; 4 - conductă de legătură dintre pompă şi rezervor; 5 -

conductă de legătură dintre pompă şi caseta de direcţie; 6 - carcasă angrenaj în unghi; 7 - supapă de retur; 8 - trompă; 9 - mecanism supape servodirecţie; 10 - casetă de direcţie propriu-zisă; 11 - levier de direcţie; 12 -

conductă de retur pentru ulei; 13 - rezervor de ulei

Servodirecţia electrică. In Fig.7.9 se prezintă părţile componente ale unei servodirecţii electrice.

Servomecanismul care face ca efortul necesar manevrării volanului de către conducător să fie mai redus este un motor electric 2 alimentat de la instalaţia electrică a automobilului. Electromotorul este comandat de calculatorul 3 care primeşte informaţii de la două traductoare; un traductor de cuplu şi unul de viteză.

66

Fig.7.9. Servodirecţia electrică 1 - volan; 2 - motor electric; 3- calculator care comandă

motorul electric; 4 - arborele volanului; 5 - suport articulaţie sferică; 6 - bielete; 7- burduf de protecţie;

8- caseta de direcţie cu pinion şi cremalieră.

Prin intermediul unui mecanism de tipul şurub fără sfârşit, motorul electric transmite un cuplu arborelui volanului, contribuind astfel la reducerea efortului conducătorului necesar bracării roţilor.

Acest sistem are servoasistarea variabilă în funcţie de viteză. In funcţie de viteza automobilului, calculatorul, prin informaţiile primite de la traductorul de viteză, reduce servoasistarea odată cu creşterea vitezei.

Sistemul îndeplineşte şi funcţia de retur activ care are rolul de a accelera revenirea roţilor în poziţia corespunzătoare mersului în linie dreaptă, prin acţiunea servomotorului care contribuie la mărirea momentelor de stabilizare a roţilor datorate unghiurilor roţilor şi pivoţilor.

Corecţia returului activ variază în funcţie de viteza automobilului; ea are valoarea maximă la viteză redusă şi minimă la viteză mare.

Cu ajutorul unui buton, conducătorul automobilului poate selecta modul normal (pentru viteze medii şi ridicate) şi modul de circulaţie urban (pentru o servoasistare sporită în timpul manevrelor).

67

CAPITOLUL VIII

SISTEME DE FRÂNARE ALE AUTOMOBILELOR

Structura sistemelor de frânare cuprinde ca elemente de bază (Fig.8.1) instalaţia de producere a energiei, dispozitivul de acţionare, instalaţia de transmitere a energiei, frânele şi instalaţii suplimentare ale automobilului tractor pentru acţionarea remorcii.

Fig. 8.1. Schema structurală a sistemului de frânare

Fiecare din aceste elemente componente participă la dozarea forţelor de frânare care determină deceleraţia automobilului. Întrucât cerinţele impuse după destinaţia şi tipul automobilului diferă uneori sensibil, au fost dezvoltate diferite concepţii de sisteme de frânare. Ele se deosebesc în funcţie de domeniul de utilizare şi felul execuţiei elementelor de bază. După domeniul de utilizare sistemele de frânare se împart în:

- sisteme de frânare de serviciu;

- sisteme ale frânei de staţionare;

- sisteme de frânare suplimentare şi auxiliare;

- sisteme de frânare automate.

Aceste sisteme de frânare pot fi prevăzute cu sau fără comandă pentru remorcă. Sistemul de frânare automat se utilizează numai la autotrenuri, adică la combinaţii de automobile cu remorcă. Sistemul de frânare de serviciu şi sistemul de frânare de staţionare au dispozitive de acţionare şi instalaţii de transmitere independente. Pentru sistemul de frânare auxiliar care se acţionează în cazul defectării sistemului de frânare de serviciu se utilizează adesea componente ale sistemului de frânare de serviciu sau de staţionare.

8.1. Clasificarea şi cerinţele impuse sistemelor de frânare

Sistemele de frânare se clasifică în funcţie de sursa de energie utilizată şi de felul sistemului de transmitere a energiei. În funcţie de sursa energetică avem:

- sisteme de frânare acţionate de forţa musculară,

- sisteme de frânare asistate,

- sisteme de frânare cu sursă proprie de energie,

- sisteme de frânare prin inerţie (la remorci).

Aceste sisteme se deosebesc în special prin modul în care se introduce energia în procesul de reglare a forţei de frânare. Astfel, forţa de frânare realizată de un sistem de frânare asistat conţine şi componenta dată de forţa musculară a conducătorului auto, pe când la sistemele de frânare cu sursă energetică proprie nu există acest dualism.

Instalaţia de transmitere a energiei permite la rândul său o clasificare în: - sisteme de frânare cu transmitere mecanică, hidraulică, pneumatică, mixtă şi uneori electrică.

La automobilele destinate tracţiunii unei remorci se mai face o clasificare în funcţie de numărul conductelor de legătură care duc la remorcă. In acest caz se deosebesc sisteme de frânare cu una, două sau trei conducte.

68

Cerinţele impuse sistemelor de frânare sunt stabilite prin STAS şi Regulamentul 13 al CEE al ONU în funcţie de tipul automobilului. În testele prescrise de aceste acte normative se impun spaţiul de frânare şi deceleraţia medie pentru o anumită viteză iniţială, respectiv forţa de acţionare. Alte cerinţe rezultă din exploatare, aşa cum sunt:

- intrarea în funcţiune simultană a frânelor diferitelor roţi şi punţi, - ordinea de blocare a roţilor diferitelor punţi, - compatibilitatea automobilului tractor cu remorca; - siguranţa în funcţionare. Se depun în ultimii ani eforturi pentru menţinerea stabilităţii mişcării şi a manevrabilităţii

autovehiculului şi autotrenului în timpul procesului de frânare, indiferent de starea căii de rulare prin introducerea unor cerinţe de reglare cu reacţie inversă (dispozitive de antiblocare cu comandă electronică).

Clasificarea cea mai comodă a frânelor se face pe baza elementelor active: - frâne cu saboţi care acţionează asupra unui tambur din interior; - frâne cu plăcuţe care acţionează asupra unui disc fixat pe butucul roţii. Indicele general de apreciere a elementelor active este coeficientul de eficacitate C (numit şi

caracteristica frânei) care este de fapt raportul de transmitere interior definit prin raportul dintre forţa periferică U şi forţa de acţionare S, respectiv C=U/S. Uneori se utilizează coeficientul de sensibilitate care se defineşte ca fiind derivata coeficientului de eficacitate C în raport cu coeficientul de frecare dintre sabot şi tambur adică dC/d.

8.2. Construcţia frânelor cu saboţi

Frânele cu saboţi au căpătat o răspândire aproape exclusivă în construcţia de automobile. Schema elementară a unei instalaţii de frânare cu saboţi este prezentată în Fig.8.2. În acest caz

tamburul de frână 2 este legat de roata 1 şi se roteşte în sensul arătat pe desen. În interiorul tamburului de frâna se află un spaţiu inelar în care se montează saboţii de frână 3,

căptuşiţi cu material de fricţiune. Saboţii se pot roti în jurul bolţurilor 4 fixate pe discul de reazem al frânei, care, la rândul său, este fixat rigid de flanşa punţii din spate sau de fuzetă. Când se apasă pedala de frână 7, legată prin intermediul unui tirant de pârghia 8, se roteşte cama de desfacere 6, care, depărtând saboţii, îi presează pe tamburul de frână, făcând să apară între saboţii 3 şi tamburul 2 în mişcarea de rotaţie forţe de frecare, care dau naştere unui cuplu de frânare care împiedică rotirea roţii. Forţele care apasă saboţii pe tamburul de frână sunt mult mai mari decât forţa aplicată la pedală. In mod corespunzător, cursa pedalei este mai mare decât cea a saboţilor.

Fig.8.2. Schema elementară a unei instalaţii de frânare cu saboţi

Când apăsarea pe pedală încetează, arcul 5 depărtează saboţii de frână de tambur şi frânarea încetează. Construcţia cu camă montată între saboţi se pretează la acţionarea mecanică şi pneumatică a frânelor. În cazul acţionării hidraulice a frânelor, între saboţi în locul camei se montează un cilindru de lucru prevăzut cu două pistoane care acţionează asupra celor doi saboţi.

În timpul frânării automobilului, energia lui cinetică se transformă în căldură, astfel suprafeţele în frecare se încălzesc, ajungând la temperaturi considerabile, ceea ce face ca coeficientul de frecare dintre saboţi şi tambur să se micşoreze.

La uzura materialului de fricţiune, jocul dintre saboţi şi tambur se măreşte, ceea ce face ca fiecare sistem de frânare să fie prevăzut cu un dispozitiv de reglaj, care permite restabilirea jocului iniţial al frânei.

69

Garniturile saboţilor de frână se execută din materiale cu stabilitate termică mare, rezistenţă la uzură şi cu un coeficient de frecare mare. Cele mai răspândite sunt garniturile de mase plastice presate, care constau îndeosebi din fire de azbest cu lianţi organici. De obicei acestea se prind de saboţi prin nituire, iar în ultimul timp se lipesc de saboţi cu substanţe speciale, ceea ce simplifică mult procesul de fabricaţie.

Din punctul de vedere constructiv, frânele cu saboţi pot fi realizate după patru scheme de bază, în funcţie de fixarea saboţilor pe discul de frână, ceea ce influenţează asupra uzurii suprafeţelor de frecare, momentului de frecare, simplităţii şi exactităţii reglajului frânei.

La construcţia din Fig.8.3 cei doi saboţi 1 şi 2 aşezaţi simetric sunt legaţi articulat de un punct fix comun 3. În timpul funcţionării sistemului de frânare, forţa F de acţionare asupra saboţilor determină apariţia reacţiunilor normale y1 şi y2, şi a forţelor de frecare x1 şi x2 asupra celor doi saboţi 1 şi 2. Pentru a simplifica procesul, se consideră că atât reacţiunile normale y1 şi y2, cât şi forţele de frecare x1 şi x2 sunt aplicate la jumătatea suprafeţelor de frecare ale saboţilor.

Fig.8.3.Schema frânelor cu saboţi articulaţi într-un singur punct

Forţa de frecare x1 acţionând la braţul b în raport cu punctul de fixare, dă naştere la un moment îndreptat în acelaşi sens cu momentul forţei F, mărind apăsarea sabotului 1 pe tamburul roţii. Momentul forţei x2 după cum rezultă din Fig.8.3. este îndreptat împotriva momentului forţei F, slăbind apăsarea sabotului 2 pe tamburul roţii. Ca urmare a acestui lucru, reacţiunea normală şi forţa de frecare la sabotul 1 vor fi mult mai mari decât la sabotul 2.

La schimbarea sensului rotirii, fenomenul va fi invers, dar întrucât sistemul de frânare funcţionează în special atunci când automobilul se deplasează înainte, unul dintre saboţi se va uza mai mult şi mai repede decât celălalt.

La această schemă, reglarea jocului dintre sabot şi tambur se poate face numai la capetele superioare, adică la pistonaşele cilindrului de lucru, care sunt mobile, deoarece capetele inferioare sunt montate fix pe suportul frânei şi nu pot fi reglate individual. În concluzie se poate sublinia faptul că această schemă nu corespunde cerinţelor faţă de sistemul de frânare al automobilelor actuale, însă poate fi găsită la automobilele de construcţie mai veche.

La schema prezentată în Fig.8.4. fiecare sabot este legat articulat de un punct fix aparte. Reglajul jocului dintre saboţi şi tambur este posibil în acest caz la ambele capete ale saboţilor, deoarece punctele de fixare sunt montate pe excentric şi au posibilitatea să se deplaseze şi să asigure un reglaj exact, indiferent de gradul de uzură al suprafeţelor de frecare.

Fig.8.4. Schema fixării saboţilor de puncte fixe separate

70

În figura 8.5. este prezentată construcţia la care cei doi saboţi sunt legaţi de un punct fix comun prin intermediul a două pârghii articulate, care permit saboţilor să se deplaseze independent într-o oarecare măsură. La această construcţie reglajul trebuie efectuat numai la capetele superioare ale saboţilor, deoarece capetele lor inferioare în timpul funcţionării, ocupă automat poziţia cea mai bună. Autoreglarea saboţilor asigură presarea lor pe întreaga lungime, în tambur, ceea ce face ca uzura lor să fie mult mai uniformă decât în cazurile prezentate anterior.

Fig.8.5. Schema la care saboţii sunt legaţi de un punct fix comun prin intermediul a două pârghii articulate

La construcţia din Fig.8.6., cei doi saboţi au puncte de fixare opuse. În acest caz, momentele forţelor de frecare coincid cu sensul momentelor date de forţele de împingere F, ceea ce face ca acest tip de frână să fie echilibrată, iar uzura suprafeţelor să fie egală şi uniformă. În acelaşi timp, momentul de frânare total este mai mare decât cel obişnuit la schemele anterioare.

Fig.8.6. Schema la care saboţii au puncte de fixare opuse

8.3. Construcţia frânelor cu disc

Frânele cu disc pot fi montate în special la roţi. Dar se mai întâlnesc la construcţiile mai vechi montate pe transmisia longitudinală, jucând rol de frână de parcare.

Frânele cu disc utilizate în prezent în construcţia de automobile sunt în majoritatea lor de tip deschis, la care discul care reprezintă suprafeţele de frecare este legat de butucul roţii şi se află în cea mai mare parte în contact nemijlocit cu aerul atmosferic.

Extinderea utilizării frânelor cu disc la automobile se explică prin următoarele avantaje: - mare stabilitate în funcţionare la temperaturi joase şi ridicate; - capacitatea de a disipa sub formă de căldură energii mai mari decât frânele cu saboţi; - eficacitate mai mare la aceleaşi dimensiuni exterioare ca a frânelor cu saboţi; - deformaţie a discului în direcţie axială faţă de radială la frânele cu saboţi, lucru avantajos la un

regim termic ridicat; - are posibilitatea de autoreglaj, ceea ce simplifică foarte mult construcţia; - se poate realiza o echilibrare perfectă prin dispariţia forţelor perpendiculare pe ax; - efectul de amplificare a frânei este constant şi independent de mărimea uzurii. Construcţia unei frâne cu disc cu acţionare hidraulică este prezentată în Fig. 8.7.

71

Fig.8.7. Construcţia frânei cu disc acţionată hidraulic

După cum rezultă din construcţia prezentată, momentul de frecare la frâna cu disc se realizează

cu ajutorul a două garnituri de fricţiune 1, simetrice în raport cu discul 2, ce acţionează pe cele două feţe ale acestuia, solidar cu butucul 3, care acţionează la comanda dată de cilindrii hidraulici 4, dispuşi în furca 5 solidară cu puntea, sau cu sistemul de leviere mecanice. Distribuţia presiunilor pe suprafaţa garniturilor de fricţiune poate fi considerată uniformă în cazul unor garnituri noi. După rodaj, însă, garniturile se uzează asimetric, iar presiunile variază invers proporţional cu distanţa de la centrul discului.

8.4. Construcţia frânelor cu bandă

Frânele cu bandă au avut o utilizare foarte largă în perioada de început a construcţiei de automobile, când predominau transmisiile mecanice ale comenzii frânării. In prezent, utilizarea lor se restrânge la unele construcţii de frâne de staţionare centrale, montate pe transmisie. Din cauza rigidităţii reduse a benzii, la acest tip de frână, jocul între bandă şi tambur trebuie să se facă mai mare decât la alte tipuri de frâne, în acelaşi timp garniturile de fricţiune ale benzii au o uzură neuniformă, fapt care face ca la aceste frâne frânarea să fie mai puţin lină decât la tipurile arătate anterior.

8.5. Sistemul de acţionare al frânelor

Fiabilitatea sistemului de acţionare al frânelor joacă un rol deosebit în asigurarea fiabilităţii

necesare pentru sistemul de frânare în ansamblu. Sarcinile ce se impun sistemului de acţionare sunt: - transmiterea comenzii cu un randament cât mai ridicat, în orice condiţii meteorologice şi de exploatare; - amplificarea suficientă a efortului de comandă, atunci când este cazul, fără a mări în mod anormal cursele elementelor de comandă; - simplitatea constructivă.

In funcţie de aceste cerinţe, alegerea judicioasă a tipului şi structurii sistemului de acţionare în raport cu tipul şi dimensiunile automobilului prezintă o importanţă fundamentală din punct de vedere al eficacităţii frânei. Practica mondială în construcţia de automobile a permis o specializare a tipurilor de acţionări în funcţie de tipul automobilului şi de destinaţia sistemului de frânare.

Sistemele de acţionare ale frânelor trebuie să asigure funcţionarea simultană a tuturor frânelor montate la roţile automobilului, o repartiţie corespunzătoare a efortului de frânare pe roţile automobilului şi un efort minim pentru acţiunea depusă de conducătorul auto.

Sistemele de acţionare ale frânelor de automobil se pot clasifica în următoarele categorii: - sisteme de acţionare de tip mecanic, de tip hidraulic, de tip pneumatic şi combinate (pneumo-

hidraulice, pneumo-mecanice, electro-pneumatice, etc). In scopul micşorării efortului depus de conducătorul auto în timpul frânării, la unele sisteme de

acţionare se prevăd mecanisme de amplificare a forţei de frânare (servomecanismele) prin utilizarea unei surse de energie externe.

72

Toate tipurile sistemelor de acţionare ale frânelor sunt prevăzute cu dispozitiv de reglare, care permite asigurarea unei funcţionări normale prin restabilirea condiţiilor iniţiale.

8.5.1. Sistemul de acţionare mecanic

In cazul acţionării mecanice a frânelor de automobil, transmiterea forţelor de la pedala de acţionare la frânele propriu-zise se face printr-un sistem de tije sau cabluri şi uneori combinat (tije şi cabluri). Frânele principale acţionate prin sistemul mecanic nu se mai folosesc în construcţiile moderne de automobile, din cauza dezavantajelor pe care le are sistemul de acţionare: randament scăzut, efort mare din partea conducătorului auto pentru acţionarea frânelor de tip mecanic, nesiguranţa în funcţionare. In prezent sistemul de acţionare de tip mecanic se foloseşte doar la frânele de parcare (de mână).

8.5.2. Sistemul de acţionare hidraulic

In prezent, sistemul de acţionare hidraulic se utilizează la o proporţie covârşitoare din parcul mondial de automobile, aceasta din cauză că acest sistem de acţionare are deformaţii elastice mici şi randament ridicat. Astfel, acestea echipează totalitatea autoturismelor, autocamioanelor şi autobuzelor de mică capacitate şi o bună parte a autobuzelor şi autocamioanelor de medie capacitate.

Ca dezavantaje ale sistemului de acţionare hidraulic pot fi amintite: - posibilitatea ieşirii din uz a întregii instalaţii la deteriorarea etanşeităţilor într-un loc oarecare; - randamentul scăzut la temperaturi joase sub -30°C din cauza măririi vâscozităţii lichidului de

frână; - forţa de acţionare a frânelor propriu-zise limitată din cauza forţei maxime cu care poate să

acţioneze conducătorul auto (20...25 daN). Sistemul de acţionare hidraulică a frânelor poate fi clasificat în următoarele trei categorii: - sistem de acţionare hidraulic cu un singur circuit; - sistem de acţionare hidraulic cu două circuite; - sistem de acţionare hidraulic cu servomecanism. Elementul de comandă al sistemului de acţionare hidraulică a frânelor, indiferent de structura

lor, îl constituie o pompă de frână. Ca urmare a acestui lucru lichidul din sistem îşi măreşte presiunea care se transmite prin conducte la cilindrii de lucru montaţi la roţile automobilului de unde, prin intermediul pistonaşelor, acţionează asupra saboţilor sau plăcuţelor de frână pe care se află garniturile de fricţiune. Cilindrul pompei centrale şi cilindrii de lucru montaţi la roţile automobilului, sunt prevăzuţi cu şuruburi pentru eliminarea aerului pătruns eventual în masa lichidului de frână, care duce la scăderea eficienţii frânării.

Sistemul de acţionare hidraulic a frânelor se remarcă prin simplitatea constructivă, masă redusă, preţ coborât şi uşurinţă în întreţinere. Cu toate aceste avantaje, utilizarea acestora la automobile cu masă totală mai mare de 3500 kg necesită aproape obligatoriu introducerea unui sistem de acţionare cu servofrână. Servofrâna este necesară şi în cazul unor automobile cu masă totală mai mică (de exemplu autoturisme de clasă mijlocie), dacă acestea sunt prevăzute cu frâne cu disc.

In Fig.8.8 este prezentată schema mecanismului de acţionare hidraulic al frânelor cu un singur circuit. Apăsând asupra pedalei 1 cu forţa Fp aceasta se transmite prin tija 2 la pistonul pompei centrale 3 mărind presiunea lichidului din sistemul de acţionare. Lichidul sub presiune creat în pompa centrală 3 este trimis prin conducta 4 la cilindrii 5 montaţi între saboţii roţilor din faţă şi cilindrii 6 montaţi între saboţii roţilor din spate. Presiunea lichidului care ajunge până la 80...90 daN/cm2, deplasează pistonaşele cilindrilor de lucru 5 şi 6 apăsând saboţii pe tamburul roţilor realizând frânarea automobilului. In momentul în care nu se mai apasă pe pedala 1, arcurile de readucere a saboţilor îi depărtează de tamburi şi frânarea încetează.

Fig.8.8. Sistemul de acţionare hidraulică a frânelor având un singur circuit

73

La acest sistem de acţionare se poate realiza foarte uşor o repartiţie corespunzătoare a efortului de frânare pe toate roţile automobilului. In cazul sistemului de acţionare hidraulică a frânelor, chiar atunci când nu se acţionează asupra sistemului de frânare, există o suprapresiune de 0,5...0,8 daN/cm2 în conducte, suprapresiune care pe de o parte împiedică pătrunderea aerului în sistemul de frânare iar, pe de altă parte, asigură răspunsul prompt al sistemului la acţionarea pedalei, reducând cursa liberă a acesteia.

La sistemele de acţionare, cu frână cu disc nu se mai poate menţine în conducte o anumită suprapresiune, deoarece nu s-ar mai putea asigura desprinderea garniturilor de fricţiune de pe suprafaţa discului, ceea ce ar duce la uzarea accelerată a garniturilor şi la încălzirea inutilă a frânelor.

Lichidul de frână utilizat la acest sistem trebuie să aibă vâscozitate cât mai mică, să nu îngheţe la temperaturi foarte scăzute (-65°C), să nu atace garniturile de cauciuc şi să nu corodeze metalul. Lichidul de frână conţine: 50% alcool etilic şi 50% glicerina; 50% ulei de ricin şi 50% acetonă; 55% alcool etilic, 33% glicerina şi 12% acetonă. Combinarea diferitelor lichide de frână se poate face numai atunci când acestea au la bază acelaşi element vâscos.

Pentru a elimina dezavantajul scoaterii sistemului de acţionare hidraulic din funcţie atunci când etanşeitatea este periclitată într-un loc oarecare se foloseşte sistemul de acţionare hidraulică a frânelor cu dublu circuit. Pentru comanda sistemului de acţionare hidraulică a frânelor cu dublu circuit se pot utiliza două pompe principale sau un sistem cu pompă în tandem. Schema constructivă a unui sistem hidraulic de acţionare a frânelor având două circuite cu pompă principală în tandem este prezentată în Fig.8.9.

Fig.8.9. Sistem hidraulic de acţionare a frânelor cu două circuite cu pompă principală în tandem

La această construcţie pompa centrală se compune din pistonaşele 2 şi 4 precum şi din arcurile 3 şi 5. Spaţiul celor două arcuri 3 şi 5 este umplut cu lichid de frână. La spaţiul arcului 3 se racordează conducta 8 care duce la cilindrii de lucru 9 a frânelor din faţă, iar la spaţiul arcului 5 se racordează conducta 6 a cilindrilor 7 montaţi între saboţii frânelor din spate. In cazul când ambele circuite sunt în stare perfectă, pistonul 2 sub acţiunea dată de pedala 1 deplasează lichidul din spaţiul arcului 3 în conducta 8 de unde ajunge la cilindrii de lucru 9 montaţi între saboţii roţilor din faţă. Întrucât pistonul 2 se sprijină pe pistonul 4 prin intermediul arcului 3, el deplasează şi pe acela spre dreapta, mărind presiunea lichidului aflat în spaţiul arcului 5 de unde lichidul sub presiune ajunge prin conducta 6 la cilindrii de lucru montaţi la roţile spate. In felul acesta lichidul ajunge atât la cilindrii de lucru 7, cât şi la cilindrul de lucru 9. In cazul în care se deteriorează etanşeitatea circuitului care duce la cilindrii de lucru montaţi la roţile din faţă, lichidul acestui circuit se va pierde, iar la acţionarea frânei, pistonul 2 se aşează prin intermediul arcului direct pe pistonul 4, acţionându-se numai asupra cilindrilor de lucru 7 montaţi între saboţii roţilor din spate.

Atunci când are de suferit etanşeitatea circuitului care duce la cilindrii de lucru 7, lichidul din acest circuit se pierde, iar acţiunea va avea loc numai pe roţile din faţă.

In cazul sistemului de acţionare hidraulic conductele şi furtunele pentru lichidul de frână se dispun pe trasee îndepărtate de sursa de căldură (de exemplu ţeava de evacuare a motorului), protejate de lovituri sau ardere mecanică. Conductele se fixează cu cleme pe cadrul automobilului în cât mai multe puncte. Se evită îndoirea acestora cu raze de curbură prea mici. Furtunele ce merg la frânele roţilor directoare se protejează în exterior cu spirale de sârmă, iar lungimea lor se stabileşte astfel

74

încât la bracajele maxime ale roţilor directoare să nu fie tensionate. Se impun de asemenea numeroase cerinţe de calitate a materialului, rezistenţă la presiune ridicată, etc.

Sistemele de acţionare hidraulice prevăzute cu servomecanism asigură o creştere suplimentară a presiunii lichidului de frână din conducte, atunci când presiunea realizabilă numai de forţa aplicată de conducătorul auto asupra pedalei de acţionare a sistemului de frânare nu este suficientă pentru frânarea roţilor. In acest scop se poate utiliza: energia hidraulică generată de o pompă antrenată de motorul automobilului, energia depresiunii create în colectorul de admisie al motoarelor cu carburator sau o pompă de vacuum antrenată de motorul automobilului; energia aerului comprimat, debitat de un compresor antrenat de motorul automobilului. In funcţie de sursa de energie utilizată se definesc sisteme de servofrânare hidraulice, cu depresiune (vacuumatice) sau pneumatice.

Sistemele de acţionare cu servofrâne hidraulice sunt convenabile în cazul când pe automobile există şi alte agregate consumatoare de energie hidraulică cum ar fi: servomecanism hidraulic de direcţie, suspensie pneumohidraulică,etc. Avantajul lor principal constă în dimensiunile mici ale elementelor de lucru, datorită utilizării unor presiuni foarte mari care ajung până la 120 daN/cm2 sau la valori mai mari.

O mult mai largă utilizare, mai ales la automobilele echipate cu motoare cu carburator, au căpătat-o sistemele de frânare hidraulice prevăzute cu servomecanism vacuumatic.

Fig.8.10. Sistem de acţionare hidraulic al frânelor cu servomecanism vacuumatic

In Fig.8.10 este dată schema de principiu a unui sistem de acţionare hidraulic al frânelor prevăzut cu servomecanism vacuumatic cu acţionare prin presiunea dată de pompa centrală a sistemului de acţionare. La frânare se acţionează asupra pedalei 1, acţiune care se transmite pistonului pompei centrale 2. Presiunea de 6...8 daN/cm2 creată în pompa principală 2 se transmite la pompa 8 a servomecanismului care pune în funcţiune servomecanismul format din corpul 9 şi membrana 11. Mărirea presiunii din sistem are loc ca urmare a depresiunii din galeria de admisie a motorului, care pătrunde prin conducta 4 în corpul 9 al servomecanismului. Această depresiune acţionează asupra membranei 11 a servomecanismului, membrană la care prin tija 10 se acţionează asupra pompei 8 a servomecanismului. In pompa 8 a servomecanismului presiunea lichidului din sistem sub acţiunea depresiunii din galeria de admisie a motorului se amplifică la 100...120 daN/cm2, presiune care se transmite prin conducta 7 la cilindrii de lucru 6 montaţi între saboţii roţilor din faţă ale automobilului şi cilindrilor de lucru 5 montaţi între saboţii roţilor din spate. 8.5.3. Sisteme de acţionare a frânelor utilizate la automobile grele şi la autotrenuri

La automobilele grele şi autotrenuri se utilizează următoarele tipuri de acţionare a frânei: - sistemul de acţionare pneumatică;

75

- sistemul de acţionare pneumo - hidraulică; - servofrâne cu disc acţionate pneumo- hidraulic.

La autobuze, autotrenuri şi autocamioane se impune un al treilea sistem de frânare - frâna suplimentară - care să degreveze sistemul de frânare de serviciu şi să preia frânările la coborârea pantelor lungi. Schema sistemului de acţionare pneumatică a frânelor este dată în Fig.8.11.

Acest sistem de acţionare constă dintr-un compresor de aer 2, antrenat de motor, care debitează aerul comprimat în rezervorul 6 după ce în prealabil a fost trecut prin filtrul de separare apă - ulei 3. Presiunea aerului în rezervorul 6 este controlată de manometrul 5, montat în cabina conducătorului auto pe tabloul de bord.

Fig.8.11. Sistem de acţionare pneumatic al frânelor

Prin apăsarea pe pedala de frână 4, robinetul central de frână 7 se deschide şi aerul comprimat din rezervorul 6 trece în camerele de frână 1 şi 8, montate la roţile din faţă, respectiv spate a automobilului. De la aceste camere, prin membranele montate în ele, efortul se va transmite la saboţii frânelor prin intermediul camei dintre aceştia. Defrânarea roţilor se obţine prin încetarea acţionării asupra pedalei de frână, închizându-se robinetul central 7 moment în care camerele de frână sunt puse în legătură cu atmosfera.

Presiunea în rezervorul de frână este de aproximativ 9 daN/cm2, iar presiunea în camerele de frână este de circa 4,5 daN/cm2. 8.6. Dispozitive speciale de mărire a eficacităţii frânarii – dispozitivele antiblocare ABS

Performanţele maxime de frânare ale unui automobil (distanţa minimă de oprire de la o anumită viteză, respectiv deceleraţia maximă) se obţin atunci când roţile ambelor punţi, în timpul frânării, ajung simultan la limita de blocare fără ca aceasta să se producă.

In cazul blocării roţilor la frânarea automobilului pot să apară următoarele neajunsuri: - pierderea stabilităţii la blocarea roţilor punţii din spate; - pierderea controlului direcţiei când se blochează roţile din faţă; - creşterea distanţei de frânare indiferent de roţile care se blochează, deoarece coeficientul

de aderenţă după blocare este mai redus decât coeficientul de aderenţă înainte de blocare. Pentru a evita blocarea roţilor în timpul frânării, indiferent de starea drumului (uscat, umed, cu

polei), automobilele actuale sunt prevăzute cu dispozitive antiblocare. In Fig.8.12 este prezentată schema sistemului de frânare a unui autoturism prevăzut cu

dispozitiv antiblocare. Un dispozitiv antiblocare se compune, în principiu, din: traductoarele de turaţie ale roţilor, blocul de control electronic şi blocul hidraulic.

Traductorul de turaţie 1 furnizează informaţii asupra vitezei unghiulare a roţilor. Aceste informaţii sunt transmise blocului de control electronic 4 care sesizează tendinţa de blocare a roţilor la creşterea presiunii în circuit şi, la nevoie, transmite comenzi către blocul hidraulic 3, prevăzut cu electrosupape care se deschid, în scopul reducerii presiunii în circuitul roţii respective, spre a preveni blocarea acesteia. După reducerea presiunii în circuitul de frânare, roata este reaccelerată, iar blocul electronic dă comanda ca presiunea în circuit să fie mărită din nou până ce roata ajunge la limita de blocare, când primul ciclu de funcţionare al dispozitivului antiblocare s-a terminat.

76

Fig. 8.12. Schema sistemului de frânare a unui autoturism prevăzut cu dispozitiv antiblocare 1 - traductoare de turaţie pentru roţi; 2 - frânele roţilor; 3 - mecanismul de acţionare cu blocul

hidraulic; 4 - blocul de control electronic; 5 - lampă de control

In Fig.8.13 este prezentată schema bloc a sistemului de frânare echipat cu dispozitiv

antiblocare. In schemă s-a reprezentat circuitul hidraulic pentru o singură roată, respectiv un circuit. In mod obişnuit, pe un automobil se găsesc câte un circuit pentru fiecare punte sau roată. La apăsarea pedalei de frână, lichidul este transmis de servomecanismul 1 şi de pompa centrală 2, prin supapa electromagnetică 3 spre cilindrul receptor al frânei 4. In cazul în care blocarea roţii este iminentă, supapa 3 se închide, iar supapa 5 se deschide, rezultând o scădere a presiunii în cilindrul receptor.

Ca urmare, roata este reaccelerată, după care ciclul se repetă după o anumită lege de reglare dată de blocul electronic de comandă al dispozitivului antiblocare care comandă supapele electromagnetice 3 şi 5. Motorul 6 acţionează o pompă care recirculă lichidul eliminat prin supapa 5.

Fig.8.13. Schema bloc a sistemului de frânare echipat cu un dispozitiv antiblocare

8.7. Materiale utilizate la construcţia sistemului de frânare

Tamburele se execută din fontă cenuşie simplă sau aliată (cu molibden, nichel şi crom) şi, uneori, din tablă de oţel ambutisată, sau combinate, compuse dintr-un disc de oţel matriţat şi obada din fontă (asamblate la turnarea obezii). In prezent, la autoturisme sunt răspândite tamburele matriţate din tablă de otel la care se toarnă ulterior, la partea inferioară, un inel de fontă aliată.

Saboţii se execută prin sudare sau matriţare din tablă de oţel sau se toarnă (din fontă şi mai rar din aliaje de aluminiu). Suprafaţa de lucru a sabotului este acoperită cu o garnitură de fricţiune.

77

Garniturile de fricţiune sunt executate, de obicei, dintr-un material analog cu materialul utilizat la garniturile de fricţiune de la discurile ambreiajelor.

Niturile de fixare a garniturilor pe saboţi se execută dintr-un material moale (cupru sau alamă) pentru ca la uzura garniturii de fricţiune să nu deterioreze suprafaţa de lucru a tamburului. In prezent, se foloseşte din ce în ce mai mult metoda de fixare a garniturilor pe saboţi prin lipire, datorită următoarelor avantaje:

- suprafaţa de frecare este mai mare cu 7-15% (lipsesc orificiile pentru nituri); - garniturile se pot utiliza până la o uzura egală aproape cu grosimea lor; - lipsa vibraţiilor la frânare; - durata de serviciu a tamburelor creşte cu 20-100%. Cilindrii pompelor centrale şi ai pompelor receptoare ale mecanismelor de acţionare

hidraulică sunt executaţi din fontă cenuşie. Pistoanele pompelor centrale şi ale pompelor receptoare sunt turnate din aliaj de aluminiu. Banda se execută, de obicei, din oţel OLC 45 cu grosimea de 1,5-2,5 mm.

CAPITOLUL IX

SUSPENSIA AUTOVEHICULELOR

Construcţia suspensiei unui automobil este formată din elemente elastice dispuse între roţi sau punţi şi cadru sau caroserie, având scopul de a asigura:

- protecţia organelor transmisiei faţă de acţiunea sarcinilor dinamice, care se transmit de la sol;

- stabilitatea automobilului;

- confortul pasagerilor şi protecţia mărfurilor transportate.

Realizarea suspensiei automobilelor, în general, are în vedere trei elemente principale: elementul

elastic, elementul de ghidare şi elementul de amortizare, cu următoarele funcţii:

- elementul elastic are rolul de a micşora sarcinile dinamice date de forţele verticale ce apar ca urmare a trecerii automobilului peste neregularităţile drumului, - elementul de ghidare transmite componentele longitudinale şi transversale ale forţelor dintre roată şi drum, precum şi momentele acestor forţe şi determină caracterul mişcării roţilor faţă de cadrul sau caroseria automobilului, - elementul de amortizare împreună cu frecarea din elementul elastic al suspensiei, creează forţele de rezistenţă care amortizează oscilaţiile caroseriei şi roţilor.

Îndeplinirea funcţiilor celor trei elemente principale ale suspensiei poate fi făcută de către unul şi acelaşi element sau de elemente diferite.

Tipul suspensiei este determinat în primul rând de construcţia elementului de ghidare. Din acest punct de vedere, suspensiile pot fi: dependente (cu punte rigidă) şi independente (cu punte articulată). Particularităţile suspensiei dependente constau în existenţa legăturii rigide între roţile din stânga şi cele din dreapta prin intermediul punţii, caracteristic fiind faptul că deplasarea unei roţi pe verticală la trecerea peste denivelare, se transmite şi celeilalte roţi. Arcul din foi este, în general, elementul elastic

78

al acestui tip de suspensii. Construcţia suspensiei dependente precum şi deservirea în exploatare sunt simple. Suspensia dependentă prezintă însă şi unele dezavantaje:

- apariţia unor fenomene giroscopice, care de la anumite viteze, introduc oscilaţii periculoase roţilor de direcţie;

- greutatea maselor nesuspendate este mare, în special în cazul roţilor motoare; - modificarea unghiului de înclinare al roţilor de direcţie; - erori în cinematica sistemului de direcţie, etc. Independenţa suspensiei este caracterizată de faptul că roţile pot oscila pe verticală, nelegat una

de alta în raport cu cadrul sau caroseria automobilului. În funcţie de planul în care se deplasează roata la ridicarea pe verticală a acesteia, suspensiile independente pot fi: cu deplasarea roţilor în plan longitudinal, în plan transversal, sau în ambele planuri. Suspensiile independente, faţă de cele dependente, au avantajul că permit micşorarea oscilaţiilor de ruliu ale caroseriei, asigurând o îmbunătăţire a manevrabilităţii şi stabilităţii, cât şi o greutate mică a părţilor nesuspendate.

Necesitatea utilizării în măsură cât mai mare a avantajelor fiecărui tip de suspensie a condus la faptul că în prezent, la autoturismele moderne se foloseşte exclusiv suspensia independentă la roţile din faţă, şi în măsură din ce în ce mai mare şi la roţile din spate. La autobuze şi autocamioane este răspândită suspensia dependentă, iar în ultimul timp a început să fie folosită la roţile din faţă suspensia independentă.

Ansamblul soluţiilor constructive ale suspensiei şi în special modul de legare a roţilor la caroserie, influenţează direct unghiurile de deviere laterală ale pneurilor şi deci manevrabilitatea şi stabilitatea automobilului.

9.1. Factorii care influenţează confortabilitatea autovehiculelor

La deplasarea automobilului, neregularităţile drumului sau terenului produc vibraţii ale roţilor care se transmit punţilor şi, de la acestea prin intermediul suspensiei, cadrului şi caroseriei. Suspensia realizează legătura elastică cu amortizarea dintre punţi sau roţi, şi cadrul sau caroseria automobilului. Elementele elastice ale suspensiei preiau sarcinile dinamice rezultate în urma componentelor verticale ale forţelor de interacţiune dintre roţi şi drum.

Elementele de amortizare ale suspensiei asigură amortizarea vibraţiilor verticale ale masei suspendate a automobilului, reducând efectiv amplitudinea acestor vibraţii.

Viteza de deplasare a unui automobil pe drumuri cu suprafaţă neregulată este limitată în primul rând de calităţile suspensiei, în special de calităţile de amortizare şi în al doilea rând de puterea motorului. Confortabilitatea automobilului este condiţionată în special de suspensie.

Confortabilitatea automobilului reprezintă proprietatea acestuia de a circula cu vitezele permise de performanţele dinamice fără ca persoanele transportate să aibă senzaţii neplăcute sau să obosească şi fără ca marfa transportată să se deterioreze.

Vibraţiile automobilului şi calitatea suspensiei depind în primul rând de parametrii automobilului, respectiv de corelaţiile dintre ei. Parametrii de bază ai automobilului, care trebuie luaţi în considerare la calculul vibraţiilor şi aprecierea confortabilităţii automobilului respectiv sunt următorii:

- elasticitatea suspensiei; - elasticitatea pneurilor; - masa suspendată a automobilului şi repartizarea ei (poziţia centrului de masă şi momentele de

inerţie); - masa nesuspendată a automobilului; - frecările din suspensie şi în special rezistenţele amortizoarelor. Influenţa acestor parametri asupra confortabilităţii automobilului se studiază, în strânsă corelaţie

cu microprofilul drumului, atât pe cale teoretică, cât şi pe cale experimentală. Studiul teoretic al vibraţiilor automobilelor se realizează pe modele dinamice echivalente, de complexitate mai mare sau mai mică, şi se poate efectua relativ uşor când vibraţiile sunt deterministe. In cazul vibraţiilor aleatoare studiul se bazează pe metode ale statisticii matematice şi teoriei probabilităţilor.

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

- elasticitate corespunzătoare, care să asigure o bună confortabilitate; - mişcări mici de ruliu; - absenţa loviturilor în tampoanele limitatoare şi stabilitatea automobilului; - cinematica corespunzătoare a roţilor comandate, necesară pentru micşorarea uzurii

anvelopelor; - transmiterea forţelor longitudinale şi transversale (în planul orizontal) de la roţi la cadru şi

caroserie şi a momentelor reactive, dacă această funcţie nu este îndeplinită de dispozitive speciale; - amortizarea efectivă a vibraţiilor caroseriei şi a roţilor; - posibilitatea dispunerii raţionale în cadrul construcţiei generale a automobilului; - durabilitatea corespunzătoare a elementelor componente.

9.2. Construcţia suspensiilor de automobil

79

După tipul elementului elastic, suspensiile se împart în suspensii cu: elemente metalice (arcuri din foi, arcuri elicoidale, bare de torsiune), de cauciuc, pneumatice, hidropneumatice şi mixte, obţinute prin combinarea a două sau mai multe elemente elastice.

Experienţa teoretică şi practică a scos în evidenţă anumite principii de care trebuie să se ţină seama la alegerea parametrilor suspensiei şi anume: - în scopul măririi confortabilităţii, frecvenţa oscilaţiilor proprii ale suspensiei trebuie să fie cât mai mică şi să coincidă pe cât posibil cu frecvenţa paşilor omului la mers normal (70... 110 paşi/minut). Frecvenţa oscilaţiilor proprii spre care tinde practica construcţiei de automobile este de 90 oscilaţii pe minut în stare încărcată şi maximum 110 oscilaţii pe minut în stare descărcată. Aceste frecvenţe corespund cerinţei impuse de protejarea încărcăturii, de a reduce acceleraţiile oscilatorii cât mai mult sub valoarea acceleraţiei gravitaţionale; - rigiditatea elementelor elastice ale suspensiei să fie pe cât posibil mai redusă. Prin aceasta se asigură atât necesitatea de a avea o amortizare bună a şocurilor, cât şi necesitatea realizării unei frecvenţe proprii reduse a elementului elastic. Micşorarea rigidităţii este însă limitată de creşterea săgeţii statice la sarcină normală, în special la autocamioane, unde diferenţa de încărcare de la gol la încărcat este foarte mare.

9.2.1. Construcţia suspensiei dependente

In majoritatea cazurilor, la suspensia dependentă sunt folosite arcurile cu foi simple sau duble, aşezate longitudinal sau transversal faţă de axa automobilului. In ultimul timp se folosesc şi arcurile pneumatice. Construcţia unei suspensii dependente cu un singur arc din foi montat longitudinal este arătată în Fig.9.1.

Caracterul deplasărilor punţii automobilului faţă de caroserie este determinat de parametrii arcului, adică arcurile cu foi îndeplinesc şi funcţia elementului de ghidare.

Pentru ca arcul cu foi să poată transmite forţele de tracţiune şi frânare, este necesar ca unul din capetele lui să fie fixat de caroserie printr-o articulaţie simplă 1, celălalt capăt fiind fixat prin intermediul cercelului 3. Legătura dintre arc şi punte trebuie să fie rigidă, pentru a nu permite rotirea punţii sub acţiunea momentelor reactive. Îmbunătăţirea acestui tip de suspensie se obţine prin introducerea, în paralel cu elementul elastic principal, a unor arcuri tampoane din cauciuc 2. Sub acţiunea forţelor verticale, arcul se încovoaie şi foile alunecă una faţă de alta. Frecarea care ia naştere între foile arcului contribuie la amortizarea oscilaţiilor caroseriei. Dacă frecarea ar fi uscată, arcul ar deveni prea rigid şi foile lui s-ar uza. De aceea, la montarea arcurilor, între foi se introduce unsoare consistentă, în care se adaugă praf de grafit.

Fig. 9.1 Construcţia suspensiei dependente cu un singur arc din foi montat longitudinal

Profilul laminat al oţelului pentru foile arcului poate avea diferite forme standardizate (Fig.9.1,b). Dacă secţiunea are teşituri, forma 4a sau un canal, forma 4b, atunci fibra medie se deplasează în sus, iar distanţa până la cele mai îndepărtate puncte ale secţiunii se micşorează şi, în mod corespunzător, scad şi eforturile unitare de încovoiere. Forma 4a are o concentrare mai mică a eforturilor. Încercările au arătat că întrebuinţarea acestei secţiuni a dus la o creştere a durabilităţii cu 26% şi la o micşorare a greutăţii arcului cu cca 13%, comparativ cu cazul folosirii secţiunii rectangulare. Unele firme folosesc profile cu canelură, forma 4c, care are scopul de a împiedica deplasarea laterală relativă a foilor.

80

In unele cazuri, bolţurile arcului sunt înlăturate, iar capetele acestuia se montează între pernele de cauciuc 2 şi 4, fixate pe suporţi 1 şi 3 ai cadrului autovehiculului (Fig.9.2.). In acest caz nu mai sunt necesari cerceii, deoarece pernele elastice de cauciuc permit arcului să-şi modifice lungimea în timpul lucrului.

Fig.9.2.Fixarea arcului longitudinal prin perne de cauciuc

In cazul suspensiei punţilor din spate a autocamioanelor calculată pentru încărcătura nominală, acesta este prea rigidă când autocamionul circulă gol sau cu încărcătură parţială. De aceea, în scopul asigurării unei rigidităţi corespunzătoare a suspensiei, în ambele cazuri de deplasare se foloseşte suspensia cu arc din foi suplimentar (Fig.9.3.).

Arcul suplimentar 1 este dispus deasupra arcului principal 2. La mărirea sarcinii pe suspensie, arcul principal se deformează şi caroseria se deplasează în jos; la o anumită valoare a sarcinii, arcul suplimentar intră în acţiune paralel cu arcul principal, rigiditatea crescând foarte mult. O modificare mai lină a rigidităţii se obţine în cazul în care arcul suplimentar este dispus sub arcul principal.

Fig.9.3. Suspensia cu arc din foi suplimentar

Suspensia cu arcuri din foi are avantajul că preia, pe lângă forţele verticale, şi forţele orizontale rezultate din interacţiunea roţii cu drumul, fără a necesita elemente de ghidare suplimentare. Aceste arcuri însă au greutate mare şi necesită spaţiu mare. Din aceste motive, întrebuinţarea lor începe să nu mai fie preferată la autoturisme şi autobuze. Suspensia cu foi de arc obişnuită, a cărei rigiditate este constantă, trebuie calculată la sarcina maximă posibilă. Ca urmare a acestui lucru în cazul circulaţiei cu sarcina parţială, suspensia este prea rigidă. Aceasta duce la înrăutăţirea condiţiilor de muncă ale conducătorului auto şi la uzura prematură a pneurilor. Pentru înlăturarea acestui neajuns este necesară o caracteristică elastică progresivă.

9.2.2. Construcţia suspensiei independente

La suspensia independentă fiecare roată este suspendată direct de cadrul sau caroseria automobilului, astfel încât deplasarea unei roţi nu depinde de deplasarea celeilalte.

Suspensia independentă a roţilor din faţă asigură o elasticitate mai bună şi mersul mai lin al automobilului, eliminând oscilaţiile roţilor care apar la viteze mari şi care îngreunează conducerea automobilului. Acest tip de suspensie se realizează cu arcuri elicoidale şi bare de torsiune şi poate fi de două feluri: cu oscilaţia roţilor în plan transversal şi longitudinal.

81

In cazul utilizării arcurilor elicoidale, ca elemente elastice ale suspensiei, în construcţia punţii se prevăd elemente suplimentare de ghidare, arcul fiind capabil să preia numai forţele ce acţionează pe direcţia axei sale. Datorită frecărilor interne mici, în comparaţie cu arcul din foi, la folosirea arcului elicoidal se prevăd totdeauna amortizoare care funcţionează în paralel cu elementul elastic.

Arcurile elicoidale au cunoscut o largă răspândire, ca elemente elastice, datorită avantajelor pe care le prezintă faţă de arcurile din foi, din care se menţionează: durabilitatea mai mare, greutate redusă, nu necesită întreţinere în exploatare, execuţie mai simplă.

La suspensiile independente în funcţie de construcţia punţii, arcul elicoidal se dispune între cadru şi braţul superior, între cadru şi braţul inferior sau poate fi de tip Mc Pherson.

Fig. 9.4. Construcţia suspensiei independente cu arc elicoidal

In Fig.9.4. este prezentată schema constructivă a unei suspensii independente la care arcul elicoidal este dispus între cadru şi braţul superior al patrulaterului de ghidare. La această construcţie arcul elicoidal 3 este concentric cu amortizorul hidraulic telescopic 2 şi este dispus înclinat faţă de verticală. Arcul elicoidal este fixat la un capăt de cadrul 1, iar celălalt este legat de braţul superior. Elementele de ghidare ale punţii sunt braţul superior 4 şi braţul inferior 5, legate articulat la lonjeronul automobilului şi direct pe fuzetă, fapt care face ca la această construcţie să lipsească pivotul ca piesă directă. Cele două braţe sunt de formă triunghiulară.

Schema constructivă a suspensiei independente de tip Mc Pherson este prezentată în Fig.9.5.

Fig.9.5. Schema constructivă a suspensiei independente de tip Mc Pherson

In acest caz braţul oscilant 3 nu mai este triunghiular, iar braţul superior lipseşte complet şi este înlocuit cu elementul elastic 1 şi amortizorul telescopic 2 dispus concentric. Corpul amortizorului 2 este construit suficient de rezistent pentru a prelua o bună parte din forţele care apar la deplasarea automobilului, lucru care permite şi montajul fuzetei 5 a roţii. La această construcţie forţele de tracţiune şi frânare sunt preluate de un tirant montat în articulaţia 4. Avantajul acestui tip de suspensie este asigurat de modificarea neînsemnată a ecartamentului punţii din faţă şi înclinării roţilor în timpul deplasării automobilului peste anumite neregularităţi şi în viraj. De asemenea între roata faţă stânga şi dreapta se creează un spaţiu mult mai mare decât la celelalte construcţii, lucru necesar la plasarea grupului motopropulsor transversal, soluţie care se foloseşte tot mai mult la ora actuală.

La suspensia independentă cu bare de torsiune, elementul elastic îl constituie o bară încastrată la un capăt, la celălalt capăt acţionând momentul de torsiune dat de roată sau puntea automobilului. La oscilarea roţilor sau a punţii automobilului în plan vertical, forţele dinamice ce apar pe elementele amintite deformează bara de torsiune, producând deformaţii elastice de torsiune. Rigiditatea suspensiei la această construcţie se reglează prin mărirea sau micşorarea răsucirii statice a barelor de torsiune la montare.

82

9.2.3. Construcţia suspensiei cu element elastic nemetalic

Elementul elastic nemetalic folosit în construcţia de automobile poate fi de două feluri şi anume: element elastic pneumatic şi element elastic hidropneumatic.

Elementul elastic pneumatic este raţional să se introducă, în special, în suspensia automobilelor la care greutatea maselor suspendate variază în limite largi, în funcţie de încărcătură cum sunt autobuzele, autocamioanele grele şi autotrenurile. Prin modificarea presiunii aerului în elementul pneumatic se poate regla automat rigiditatea suspensiei, astfel că săgeata şi frecvenţa oscilaţiilor proprii să rămână aceeaşi, indiferent de valoarea sarcinii statice.

La suspensia cu element elastic hidropneumatic reglabil, ca element elastic se foloseşte aerul comprimat care se introduce în instalaţie într-o cantitate constantă, iar pentru reglarea automată a înălţimii centrului de masă funcţie de sarcina statică se foloseşte uleiul sub presiune debitat de o pompă antrenată de motor.

Încercările de a realiza suspensii la care elementul elastic principal este construit din cauciuc vulcanizat nu au dat rezultate pozitive, datorită deformaţiilor remanente pe care le prezintă cauciucul la solicitare de lungă durată (îmbătrânire). Rezultatele foarte bune s-au obţinut prin folosirea arcurilor de cauciuc ca arcuri suplimentare. Deoarece în formă compactă cauciucul are elasticitate limitată, se utilizează forma numită aeon (arc tubular de cauciuc cu ştrangulări), care permite o săgeată suficient de mare.

Datorită uşurării construcţiilor şi caracteristicilor elastice îmbunătăţite, în ultimii ani, folosirea acestora a luat o amploare foarte mare în construcţia autobuzelor şi autocamioanelor de mare capacitate.

9.3. Amortizoarele suspensiei Amortizoarele folosite în suspensia automobilelor au rolul de a disipa rapid energia oscilaţiilor

verticale ale caroseriei şi ale roţilor automobilului prin transformarea ei în energie calorică cedată mediului ambiant.

Amortizoarele sunt montate în paralel cu elementele elastice principale ale suspensiei şi reprezintă un element de bază în asigurarea confortului şi siguranţei circulaţiei.

La automobilele moderne, cele mai utilizate sunt amortizoarele hidraulice telescopice. Principiul de lucru al acestor amortizoare constă în următoarele: la deplasarea relativă a masei suspendate faţă de masa nesuspendată, lichidul vâscos din corpul amortizorului este obligat să treacă prin orificii calibrate de secţiune mică. Datorită frecării lichide care apare la trecerea acestuia prin orificiile calibrate, energia oscilaţiilor se transformă în energie calorică.

Dependenţa dintre forţa de rezistenţă a amortizorului F (forţa opusă de lichid la trecerea prin orificiile calibrate) şi viteza relativă vp dintre masa suspendată şi nesuspendată (viteza pistonului amortizorului) defineşte caracteristica de amortizare dată de relaţia:

F = c.vp

i

în care: c este coeficientul de rezistenţă al amortizorului; i - exponentul vitezei.

In funcţie de exponentul vitezei i, caracteristica de amortizare poate fi liniară (i =1), regresivă (i

<1) şi progresivă (i >1). Avantajul amortizoarelor cu caracteristică regresivă constă în valoarea mai redusă a forţelor de rezistenţă la viteze mari de oscilaţie şi deci transmiterea unor forţe mici la cadru sau caroserie. Cele cu caracteristică progresivă prezintă avantajul că forţele de rezistenţă sunt mici la viteze reduse de oscilaţie (deplasarea cu viteze reduse sau deplasarea pe căi cu denivelări line) şi cresc rapid cu creşterea vitezei de oscilaţie. Caracteristica optimă este o caracteristică pătratică (i =2), care asigură un confort corespunzător, iar oscilaţiile punţii se amortizează mai rapid după o lege pătratică şi se va obţine o siguranţă mai mare în circulaţie.

In funcţie de raportul dintre coeficientul de rezistenţă al amortizorului la cursa de comprimare Cc (cursa de apropiere a maselor) şi cursa de destindere Cd (cursa de depărtare a maselor) amortizoarele hidraulice telescopice pot fi:

- cu dublu efect şi caracteristică simetrică, la care Cc = Cd ; - cu dublu efect şi caracteristică asimetrică, la care dc CC ;

- cu simplu efect, la care Cc = 0, iar 0dC . Marea majoritate a amortizoarelor actuale sunt cu dublu efect şi caracteristica de amortizare

asimetrică cu Cd = (2...5)Cc. Folosirea unei astfel de caracteristici este motivată prin tendinţa de a micşora efectul şocurilor la trecerea roţii peste denivelări proeminente, printr-o amortizare mai mică în cursa de comprimare.

83

9.3.1. Construcţia amortizoarelor de automobile

Din punct de vedere constructiv, amortizoarele hidraulice telescopice pot fi monotubulare sau bitubulare. La rândul lor, cele bitubulare pot fi cu scurgerea lichidului în ambele sensuri (cu circulaţia parţială a lichidului) şi în sens unic (cu circulaţia totală a lichidului). Amortizoarele monotubulare pot fi cu cameră de compensare şi hidropneumatice.

După modul de lucru, amortizoarele pot fi reglabile şi nereglabile. Amortizoarele reglabile pot fi cu reglare mecanică, semiautomată, cu autoreglare.

Oricare ar fi tipul amortizorului, pentru ca el să corespundă scopului, este necesar ca acesta să îndeplinească următoarele condiţii:

- să asigure o amortizare corespunzătoare oscilaţiilor caroseriei şi roţilor automobilului; - greutatea şi dimensiunile de gabarit să fie cât mai mici şi construcţia cât mai simplă; - să se monteze uşor în suspensia automobilului; - să asigure stabilitate caracteristicii de amortizare în diferite condiţii de exploatare. Pentru a exemplifica modul de funcţionare a unui amortizor hidraulic telescopic bitubular

nereglabil se prezintă schema din Fig.9.6.

Fig.9.6. Schema amortizorului hidraulic bitubular

Părţile principale ale amortizorului sunt: pistonul 2 cu orificiile de trecere şi supapa de

destindere; ansamblul 1 al orificiilor de trecere şi supapei de comprimare prin care se face legătura între compartimentul A de sub piston şi compartimentul C de compresie; sistemul de ghidare şi etanşare 6.

La partea suspendată a automobilului este montat capătul 8 al amortizorului, prin intermediul unei bucşe de cauciuc. Solidar cu capătul superior 8 sunt tija 5 a pistonului 2 şi tubul de protecţie 7. La partea nesuspendată este montat capătul inferior 9 şi sistemul de ghidare şi etanşare 6, constituind în acest fel corpul amortizorului. Cilindrul de lucru 4, în care culisează pistonul 2 este montat prin presare în corpul de ghidare şi etanşare 6 şi se sprijină pe capătul inferior 9. Volumul interior al cilindrului de lucru 4, împărţit de pistonul 2 în două compartimente A şi B, este umplut cu lichid vâscos. Datorită deplasării relative dintre masa suspendată şi nesuspendată, la deplasarea pistonului 2 în cilindrul de lucru 4, lichidul se deplasează dintr-un compartiment în altul prin orificiile din piston. Întrucât la apropierea maselor, tija pistonului intră complet în compartimentul B, o parte din lichid, egală cu volumul tijei trebuie evacuat prin ansamblul 1 în rezervorul de compensare C, format între cilindrul de lucru 4 şi tubul rezervor 3. Rezervorul de compensare C, umplut parţial cu lichid , are rolul de a asigura aşa-numitul proces de recuperare, adică schimbul de lichid dintre cilindrul de lucru şi rezervorul de compensare la introducerea şi scoaterea consecutivă a tijei 5.

84

CAPITOLUL X

CADRUL ŞI CAROSERIA

10.1. CADRUL AUTOMOBILULUI

10.1.1. DESTINAŢIA Şl CONDIŢIILE IMPUSE CADRULUI

Cadrul automobilului este destinat fixării motorului, transmisiei, suspensiei, punţilor, caroseriei, etc. La unele autoturisme şi autobuze, cadrul lipseşte ca organ distinct, iar funcţiile sale sunt preluate de caroserie. Un cadru trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

- greutatea minimă compatibilă cu o rigiditate suficientă; - construcţie simplă care să permită montarea şi fixarea uşoară a diferitelor organe şi a

caroseriei; - cost redus; - să permită amplasarea cât mai jos a părţilor componente ale automobilului, în scopul de a

coborî centrul de masă al acestuia.

10.1.2. TIPURI CONSTRUCTIVE DE CADRE

În cazul automobilului, forma cadrului este determinată în mare parte de modul de dispunere a diferitelor organe (mai ales motorul), de felul suspensiei, de poziţia punţii motoare, etc.

În Fig.10.1 sunt reprezentate diferite soluţii de cadre, care în principiu se compun din două lonjeroane, legate între ele printr-un număr de 3-5 traverse.

Lonjeroanele sunt executate din oţel profil U sau I sau sunt ambutisate din tablă de oţel având înălţimea profilului variabilă în funcţie de solicitare (bare de egală rezistenţă). Sunt şi lonjeroane cu secţiune constantă pe toată lungimea lor. Tendinţa actuală este de a folosi profile de secţiune închisă, deoarece prezintă o rigiditate mult mai mare la răsucire.

Autobuzele cu cadru distinct au lonjeroanele curbate deasupra celor două punţi, asigurând aşezarea cât mai joasă a platformei şi prin aceasta, uşurând şi urcarea pasagerilor. Curbura în plan vertical conduce şi la îmbunătăţirea stabilităţii automobilului prin coborârea centrului de masă. Cadrul se asamblează prin sudare, nituire sau combinat (sudare şi nituire).

Fig. 10.1. Cadre cu lonjeroane: a - cadru cu lonjeroane paralele; b - cadru cu lonjeroane în trapez;

c - cadru cu lonjeroane paralele îngustat în faţă; 1 - traversă; 2 - lonjeron; 3 - diagonale de întărire; 4 - suporturi.

85

În Fig.10.2 se reprezintă un cadru cu lonjeroane cu traverse în X, având cele două lonjeroane 1 curbate în plan orizontal pentru a permite bracarea roţilor de direcţie. Pentru a mări rigiditatea cadrului, fixarea lonjeroanelor se face cu traversele obişnuite 2 şi 4, precum şi cu traversele 3 în X (diagonale).

Fig.10.2. Cadru cu traverse X

În Fig.10.3 se reprezintă lonjeronul de la cadrul unui autobuz, executat sub forma unei grinzi cu zăbrele.

Fig. 10.3. Lonjeron sub forma unei grinzi cu zăbrele utilizat la autobuze

Tipurile de cadre utilizate la autocamioanele MAN sunt reprezentate în Fig.10.4.

Fig. 10.4. Tipuri de cadre utilizate la automobilele MAN a - scurt; b - normal; c - lung

10.2. CAROSERIA AUTOMOBILULUI

86

10.2.1. CONDIŢIILE IMPUSE ŞI CLASIFICAREA CAROSERIILOR Caroseria este partea superioară (suprastructura) a automobilului, amenajată pentru

transportul persoanelor, al încărcăturii utile sau pentru instalarea diferitelor utilaje. Caroseria unui automobil trebuie să îndeplinească condiţiile: - să aibă o formă cât mai aerodinamică; - să fie cât mai uşoară şi rezistentă; - să prezinte o vizibilitate maximă pentru conducător, în scopul măririi siguranţei de

circulaţie; - să fie confortabilă.

Clasificarea caroseriilor se face după destinaţie şi după modul de construcţie. După destinaţie, caroseriile se clasifică în: caroserii de autoturisme, caroserii de autobuze,

caroserii de autocamioane şi caroserii speciale. După modul de construcţie, adică după modul de preluare a eforturilor, caroseriile se

clasifică astfel: - caroserie neportantă, la care toate eforturile sunt preluate exclusiv de cadru; în acest caz,

cadrul este separat, iar caroseria este fixată elastic pe cadru; - caroserie semiportantă, care preia parţial eforturile datorate forţelor provenite din mişcarea

automobilului; podeaua caroseriei este fixată rigid de cadru prin butoane, nituri sau sudură; - caroserie autoportantă, care preia forţele provenite din mişcarea automobilului; în acest caz,

cadrul nu mai există ca parte separată.

10.2.2. CAROSERII DE AUTOTURISME

Forma caroseriilor automobilelor moderne tinde să fie cât mai apropiată de forma aerodinamică, ce opune o rezistenţă redusă aerului în timpul deplasării autoturismului, permiţând obţinerea de viteze mari. Caroseriile de autoturisme se clasifică după formă şi după construcţie.

După formă, caroseriile pot fi: închise, deschise, transformabile şi speciale. Caroseriile închise pot fi de tipul:

- cupeu, având 2 uşi, în general cu 2-4 locuri; - sedan, cu 4 uşi, cu două rânduri de scaune şi 4-7 locuri; - berlină, o variantă de sedan, în general mai scurtă; - limuzină, cu 4 uşi şi 6 geamuri laterale, cu 6-8 locuri (în general şi cu

strapontine). Caroseriile deschise pot fi:

- roadster, cu acoperiş decapotabil, cu 2 uşi şi 2-3 locuri (cu un rând de scaune); - spider, variantă a roadster-ului, cu spaţiu amenajat în spatele scaunelor din faţă (pentru

bagaje sau pasageri) Caroseriile transformabile pot fi: - cabriolet, cu 2 uşi, cu acoperiş decapotabil; - cabrio-cupeu, cu acoperişul pliabil, însă cu ramele acoperişului fixe, având 2-5 locuri; - Berlină decapotabilă. Caroseriile speciale pot fi de tipul:

- combi (station) cu 2-4 uşi laterale, uneori şi una în spate, având 6-8 locuri, poate servi şi la transportul bunurilor;

- de curse, destinate pentru competiţii. După construcţie, caroseriile de autoturisme pot fi: neportante, semiportante şi autoportante.

Caroseriile autoportante de autoturisme se execută după diferite principii constructive, putând fi cu sau fără schelet.

La autoturisme, se tinde spre generalizarea unui cadru integrat cu o caroserie autoportantă. Acest ansamblu este realizat dintr-un cadru uşor, compus din lonjeroane şi traverse pe care se

87

sudează scheletul şi tabla caroseriei. Această construcţie oferă ansamblului cadru-caroserie, care formează un tot omogen, o rigiditate mărită pentru o greutate minimă.

In Fig.10.5 este reprezentată caroseria autoportantă a unui autoturism.

Fig. 10.5. Părţile componente ale caroseriei unui autoturism:

1 - capotă motor; 2 - grilă ventilaţie; 3 - pavilion; 4 - capotă portbagaj; 5 - uşă spate; 6 - tăblii uşi; 7 - uşă faţă; 8 - aripă faţă; 9 - mască

10.2.3. CAROSERII DE AUTOBUZE

Caroseriile de autobuze se clasifică după destinaţie, după modul de organizare şi după modul de construcţie.

După destinaţie, se deosebesc: caroserii pentru autobuze urbane, suburbane, interurbane, de turism şi autocare (pentru transporturi internaţionale).

Caroseriile autobuzelor urbane sunt prevăzute cu 2-3 uşi laterale pliante pe partea dreaptă, pentru urcarea şi coborârea rapidă a călătorilor. Scaunele pot fi dispuse şi lateral, sau chiar în sens contrar deplasării autobuzului.

Caroseriile autobuzelor interurbane sunt prevăzute cu 1-2 uşi laterale pe partea dreaptă şi una pe partea stângă, pentru accesul conducătorului. Scaunele trebuie dispuse numai transversal şi pe cât posibil în sensul de deplasare a autobuzului.

Fig. 10.6. Tipuri de autobuze

Autobuzele internaţionale care circulă pe distanţe lungi sunt amenajate cu confort special. Din punct de vedere al formei caroseriei, autobuzele se împart în: autobuz închis (Fig.10.6, a),

autobuz deschis (Fig. 10.6, b), autobuz semietajat; autobuz etajat (Fig. 10.6, c), autobuz articulat (Fig. 18.6, d).

După modul de construcţie, caroseriile de autobuz pot fi: neportante (cu cadru), autoportante (fără cadru) şi semiportante.

10.2.4. CAROSERII DE AUTOCAMIOANE

88

Caroseriile de autocamioane sunt compuse din cabină pentru conducător şi din partea destinată pentru încărcătura utilă.

Cabinele sunt de tip închis, cu geamuri mobile, fiind prevăzute cu 2-3 locuri în mod normal, iar uneori chiar cu 6-8 locuri. Cabina poate fi dispusă în spatele punţii din faţă sau peste puntea din faţă (cabina avansată).

Cabinele obişnuite se compun dintr-un schelet metalic din tablă ambutisată, din postament şi îmbrăcămintea exterioară, care se asamblează între ele prin sudare electrică.

Cabina se fixează de cadru pe tampoane de cauciuc sau elemente electroamortizoare, pentru amortizarea şocurilor primite de la acesta.

In vederea accesului la motor, la autocamioanele cu cabina avansată se pot distinge trei soluţii: cu capotă interioară, cu capote laterale şi cu cabină rabatabilă.

In funcţie de destinaţia autocamionului, partea caroseriei destinată încărcăturii utile poate avea diferite forme (Fig.10.7): deschisă (platformă); închisă (autodubă), basculantă şi pentru transportul lichidelor (autocisternă).

Caroseriile cu platformă pot fi executate din elemente metalice sau din lemn fără obloane (Fig.10.7, a) şi cu obloane (Fig.10.7, b şi c). Obloanele sunt rabatabile pentru uşurarea încărcării şi descărcării mărfurilor. De obicei, obloanele sunt dintr-o bucată, însă pentru a uşura manevrarea lor, la unele autocamioane acestea se fracţionează. Uneori, în scopul protejării mărfurilor, se montează schelele metalice pentru susţinerea prelatei (Fig. 10.7, d). In funcţie de înălţimea obloanelor, platformele pot fi: cu obloane joase (Fig. 10.7, b) sau cu obloane înalte (Fig.10.7, c).

Fig. 10.7. Tipuri de caroserii de autocamioane

Caroseriile închise (autodube) de tip autofurgonete (Fig.10.7, e) şi autofurgoane (Fig.10.7, i, g) sunt amenajate special pentru transportul anumitor mărfuri (produse alimentare, poştă etc). Aceste caroserii sunt din elemente metalice îmbinate prin sudare sau dintr-un schelet de lemn, acoperit cu tablă subţire de oţel.

Platformele basculante (Fig.10.7, h) se folosesc, în special, la transportul mărfurilor în vrac (nisip, pietriş, var, ciment, beton). Bascularea platformei, de obicei, se face înapoi şi mai rar în părţile laterale, sau înapoi şi lateral.

Caroseriile autocisterne (Fig.10.7, i) sunt nişte recipiente pentru transportul lichidelor. Acestea sunt executate din foi de tablă de oţel îmbinate prin sudură şi mai rar din tablă de aluminiu sau alte metale.

10.2.5. VENTILAREA Şl ÎNCĂLZIREA CAROSERIILOR

Automobilele moderne sunt prevăzute cu instalaţii de ventilare, încălzire şi climatizare a aerului, care au rolul de a menţine în limite acceptabile temperatura aerului, umiditatea aerului, viteza curenţilor de aer, conţinutul de gaze de ardere, praf, vapori, benzină etc.

Ventilarea caroseriilor. Ventilarea caroseriilor se poate face natural sau forţat. Ventilarea naturală. In acest caz, aerul proaspăt, care trebuie să pătrundă în caroserie, este

captat fie cu ajutorul geamurilor rotitoare ale uşilor din faţă, fie cu ajutorul unor prize de aer. In cazul soluţiilor cu prize de aer, o importanţă deosebită se acordă locului de plasare a prizei pentru a

89

se utiliza presiunea dinamică a aerului din faţa automobilelor. Intrarea aerului se alege în locurile unde există o presiune dinamică exterioară pe caroserie, iar ieşirea, unde există o depresiune.

La autobuze şi la unele autoturisme, în timpul verii, o importanţă mare revine capacelor de aerisire din acoperiş. Prin deschiderea lor în sensul de mers se obţine o viteză mărită a curentului de aer din caroserie.

Ventilarea forţată. Pentru a înlătura neajunsul ventilaţiei naturale la vitezele reduse, automobilele moderne sunt prevăzute cu ventilatoare (suflate), acţionate electric care se utilizează atât pentru ventilare, cât şi pentru încălzire.

Încălzirea caroseriilor. Instalaţia de încălzire a automobilelor trebuie să permită menţinerea în caroserie a temperaturii de circa +18°C, la o temperatură exterioară de -20°C.

Instalaţia de încălzire se clasifică după principiul de funcţionare şi după sursa de căldură folosită.

După principiul de funcţionare, instalaţiile de încălzire pot fi: în circuit deschis şi în circuit închis.

Instalaţia de încălzire cu circuit deschis constă în încălzirea aerului pentru aerisire şi se caracterizează printr-un consum mare de energie.

Instalaţia de încălzire în circuit închis constă din reîncălzirea aerului din interiorul caroseriei, necesitând pentru aceasta un consum mai redus de energie.

După sursa de căldură folosită, instalaţiile de încălzire pot utiliza: apa din instalaţia de răcire a motorului, gazele de evacuare, precum şi surse străine.

In Fig.10.8 se reprezintă instalaţia de încălzire care utilizează apa de răcire a motorului. Această soluţie se foloseşte la încălzirea autoturismelor şi a cabinei autocamioanelor.

Aerul rece din exterior pătrunde în instalaţie prin orificiile de captare 2 prevăzute cu filtrul 3. Apoi aerul rece trece prin schimbătorul de căldură 1 şi mai departe prin circuitul 6 pentru încălzirea cabinei şi circuitul 7 pentru încălzirea parbrizului. Suflanta 4 măreşte debitul de aer prin instalaţie. Clapeta 8 serveşte la stabilirea raportului dintre debitele de aer cald dirijate pe cele două circuite. Robinetele 5 comandă intrarea apei calde în schimbătorul de căldură.

Fig. 10.8. Instalaţia de încălzire care utilizează ca sursă de căldură apa de răcire a motorului

Datorită variaţiei temperaturii aerului din exterior şi a vitezei automobilului, se produc fluctuaţii ale temperaturii din interiorul caroseriei. La automobilele moderne, sistemul de încălzire este controlat electronic, pentru menţinerea constantă a temperaturii în habitaclu la valoarea dorită. In acest scop, sistemul de încălzire este prevăzut cu senzori de temperatură ce trimit informaţii către unitatea de control electronică, comparându-le cu temperatura selectată. Ca răspuns la semnalele primite de la unitatea de control, o electrovalvă instalată în sistemul de răcire se deschide sau se închide, mai mult sau mai puţin, în funcţie de temperatura din interiorul caroseriei.

Dacă se utilizează ca sursă de căldură gazele de evacuare ale motorului, instalaţia este prevăzută cu un schimbător de căldură în contracurent. In acest schimbător, gazele de evacuare încălzesc aerul proaspăt care se va introduce în caroserie.

In cazul acestui sistem, la automobilele moderne, pentru reglarea temperaturii din interiorul caroseriei se utilizează o clapetă acţionată de un servomecanism ce este comandat de către o unitate de control electronică.

In Fig.10.9 este reprezentată schema instalaţiei de încălzire cu o sursă de căldură independentă de motor. Această instalaţie se utilizează la încălzirea autobuzelor.

90

Căldura necesară este produsă în camera de ardere 3, unde ard vaporii de combustibil produşi de încălzitorul electric 6. Sistemul de alimentare cu combustibil este compus din pompa 9 acţionată electric, regulatorul de combustibil 8 şi supapa electromagnetică 7. Aerul necesar arderii este aspirat prin canalul 1 de suflanta 2 şi trimis în camera de ardere. Gazele arse rezultate trec prin schimbătorul de căldură 4 şi, apoi, ies în exterior prin tubul 5.

Aerul necesar încălzirii caroseriei este aspirat de suflanta 10, acţionată de motorul electric 11 şi refulat prin schimbătorul 4 în conductele de încălzire 12.

Fig. 10.9. Schema instalaţiei de încălzire cu o sursă de căldură independentă de motor

In Fig.10.10, a se reprezintă schema de încălzire a unui autoturism prevăzut cu încălzitorul 1 care produce aerul cald utilizat atât la împiedicarea îngheţării parbrizului (circuitul 2), cât şi pentru încălzirea caroseriei (circuitul 3).

In Fig.10.10, b se reprezintă schema de încălzire a unui autobuz. Deoarece autobuzul are o lungime mare, se utilizează două încălzitoare 1 şi 3. Aerul cald produs de încălzitorul 1 este destinat pentru încălzirea parbrizului 2 şi a primei jumătăţi a autobuzului, iar cel produs de încălzitorul 3 pentru jumătatea din spate a caroseriei.

Fig. 10.10. Scheme de încălzire la autoturisme şi autobuze

Condiţionarea aerului. Instalaţia de condiţionare a aerului are rolul de a creşte gradul de

confort al pasagerilor în habitaclu, astfel încât, după dorinţă poate realiza: încălzirea, răcirea, uscarea, umidificarea şi purificarea aerului. Sistemul de condiţionare este automatizat, controlând temperatura selectată pentru habitaclu în funcţie de umiditate şi temperatura exterioară. In acest scop, cu ajutorul senzorului infraroşu se măsoară temperatura parbrizului. Un senzor solar plasat deasupra tabloului de bord măsoară intensitatea şi direcţia razelor solare, iar în funcţie de programul selectat unitatea de control electronică reglează în permanenţă parametrii aerului.

In memoria unităţii de control electronic sunt introduse şi alte programe specifice pentru: dezgheţarea şi dezaburirea parbrizului şi a geamurilor laterale, încălzirea oglinzilor exterioare şi a lunetei spate.

Instalaţiile de condiţionare moderne, pentru automobilele de clasă superioară folosesc două variante: climatizarea în două zone şi climatizarea în patru zone.

Climatizarea aerului. Unele automobile sunt prevăzute cu instalaţii climatizare a aerului din interiorul caroseriei. Prin climatizare, aerul din interiorul caroseriei este menţinut la o anumită temperatură. Instalaţia de climatizare a aerului are ca principiu de funcţionare răcirea aerului prin absorbţia de căldură la vaporizarea unui agent frigorific.

91

Această instalaţie trebuie să asigure în habitaclu o temperatură dorită, chiar în condiţiile în care temperatura mediului ambiant atinge valori de 40...45°C.

In Fig.10.11 este prezentată schema unei instalaţii de climatizare a aerului utilizată la autoturisme.

Fig. 10.11. Schema instalaţiei de climatizare a aerului 1 - compresor; 2 - ambreiaj electromagnetic; 3 - condensator; 4 - ventilator auxiliar; 5 - întrerupător presiune înaltă; 6 - rezervor de fluid cu dezumidificator; 7 - întrerupător presiune joasă; 8 - întrerupător

comandă termică; 9 - senzori de temperatură; 10 - suport pentru picăturile de condens; 11 – evaporator; 12 - ventilatorul evaporatorului; 13 - întrerupătorul ventilatorului; 14 - supapa de expansiune

Instalaţiile de climatizare a aerului întâlnite la autoturisme au la bază principiul de funcţionare a instalaţiilor frigorifice cu comprimare mecanică. In Fig.10.12 este prezentată schema de principiu a instalaţiei de climatizare a aerului cu comprimare mecanică.

Lichidul refrigerent parcurge, pe parcursul unui ciclu, următoarele procese: Comprimarea. Pentru evacuarea în mediul exterior a căldurii preluate din caroserie este necesară

ridicarea temperaturii agentului frigorific până la o valoare cel puţin egală cu cea a mediului ambiant. Această creştere de temperatură se realizează prin comprimarea agentului frigorific de către compresorul 1 până la o presiune maximă de 16 bar şi o temperatură de cca 80°C.

Condensarea şi răcirea. Vaporii supraîncălziţi, refulaţi de compresor sunt dirijaţi spre condensatorul 2, pentru răcirea şi condensarea lor (temperatura la ieşirea din condensator scade la 50°C). Condensatorul (radiatorul) este amplasat în faţa autoturismului, în faţa radiatorului de răcire a motorului.

Expansiunea - laminarea. Lichidul frigorific este apoi laminat în supapa de expansiune 3, când presiunea lichidului scade la 5 bar, iar temperatura coboară la aproximativ 5°C. In această etapă se realizează frigul.

Evaporarea. Lichidul de joasă presiune trece apoi în evaporatorul 4, unde se evaporează. Cu ajutorul unui ventilator, aerul este trimis prin evaporator unde se răceşte, ajungând apoi în habitaclu. In felul acesta se încheie ciclul, iar agentul de răcire ajunge din nou în compresor.

Agenţii frigorifici au temperatura de vaporizare, la presiunea normală, cuprinsă între -130°C şi +60°C. Ca agenţi frigorifici se folosesc: freonul, amoniacul, dioxidul de carbon (CO2).

92

Fig.10.12.Schema de principiu a instalaţiei de climatizare a aerului

10.3. SECURITATEA PASIVĂ A AUTOMOBILELOR

Securitatea pasivă a automobilelor urmăreşte diminuarea efectelor accidentelor de circulaţie produse sau chiar în timpul producerii acestora.

Măsurile de securitate pasivă se referă la realizarea unor structuri de siguranţă pentru caroserii, a unor sisteme de reţinere optime pentru pasageri, măsuri de protecţie pentru biciclişti şi pietonii loviţi, precum şi măsuri de siguranţă pentru perioada de după accident.

Constructorii de automobile caută să realizeze un habitaclu foarte rigid (atât pentru partea din faţă, cât şi pentru cea din spate) capabil să absoarbă energia unui impact puternic.

De asemenea, automobilele sunt prevăzute cu centuri de siguranţă care reţin corpul pasagerilor pe scaune, precum şi cu perne de aer (airbag), care oferă o protecţie suplimentară.

La automobilele actuale, o atenţie deosebită se acordă şi planşei de bord care, în timpul unei coliziuni frontale poate produce pasagerilor leziuni grave.

In scopul protejării conducătorului auto la un şoc frontal, se utilizează volanul cu coloană deformabilă.

Centura de siguranţă. In cadrul sistemului de siguranţă pasivă a conducătorului auto şi a pasagerilor, un loc important îl are sistemul de frânare a mişcării de înaintare a acestora la impactul frontal al automobilului cu un obstacol rigid sau în cazul frânărilor intensive.

In aceste situaţii, pasagerii, în tendinţa de a-şi păstra starea de mişcare, vor fi proiectaţi în faţă, în parbriz şi în planşa bord, iar conducătorul, în volan. Pentru eliminarea consecinţelor grave care apar în astfel de situaţii, automobilele se echipează cu centuri de siguranţă.

Elementele componente ale centurii de siguranţă, cât şi modul ei de montare pe automobil, trebuie să fie astfel concepute ca să nu influenţeze conducătorul asupra conducerii şi nici să nu provoace disconfort pasagerilor.

Sistemul de închidere şi deschidere a centurii trebuie să fie astfel realizat încât deschiderea să se facă prin apăsarea unui buton, iar închizătorul nu trebuie să se deschidă involuntar.

Dispozitivul de retractare cu blocare manuală trebuie ca, între două poziţii succesive de blocare, chinga să nu se deplaseze cu mai mult de 25 mm. Centurile de siguranţă au, în general, trei puncte de ancorare, două inferioare şi unul superior.

Centurile de siguranţă pot fi: diagonală; de bazin; diagonală şi bazin; diagonală şi genunchi; tip bretele.

La automobilele moderne, o dată cu declanşarea generatorului de gaz pentru perna de aer, se pune în funcţiune şi un dispozitiv care pretensionează centura de siguranţă în prima fază a impactului. In felul acesta, pasagerul se fixează de scaun, în scopul limitării deplasării acestuia în limitele permise de centură care, în mod normal, nu este pretensionată.

In figura 10.13 este prezentat dispozitivul de întindere a centurii în momentul impactului, când senzorul de deceleraţie este activat. Prin intermediul unui element de activare electrică, (prin conexiunea 1) capsa pirotehnică 2, aprinde încărcătura 3 ce va genera un gaz care va acţiona pistonul 4, în cilindrul 5. Prin intermediul cablului 6, centura 8 este înfăşurată pe tamburul 7.

Fig. 10.13. Dispozitivul de întindere a centurii comandat de către senzorul de deceleraţie

93

Perna de aer (airbag). Perna de aer oferă protecţie suplimentară în cazul unui impact al

automobilului. In figura 10.14 se prezintă locul de amplasare al pernei de aer, precum şi tipul şocului la care intră în funcţiune, pentru a proteja pasagerii.

Fig. 10.14. Locul de amplasare al pernei de aer şi tipul şocului la care intră în acţiune

In figura 10.15 se prezintă soluţia la care, atât dispozitivul de pretensionare a centurilor de siguranţă, cât şi pernele de aer frontale sunt acţionate de aceeaşi unitate de control electronic.

Fig. 10.15. Soluţia la care activarea pernelor de aer frontale şi a dispozitivelor de pretensionare a centurilor de siguranţă se face de către aceeaşi unitate de control electronic

1 - dispozitiv de pretensionare a centurii de siguranţă; 2 - pernă de aer frontală pentru pasager; 3 - perna de aer frontală pentru conducătorul auto; 4 - unitate de control electronică

In Fig.10.16 se prezintă soluţia la care pernele de aer laterale 4 sunt independente, existând pentru fiecare câte un senzor de deceleraţie 2 şi un generator de gaz 3, controlate de o unitate electronică centrală 1.

94

Fig. 10.16. Dispunerea pernelor de aer laterale

Planşa bord - absorbant de energie în caz de impact. Prin planşa bord se înţelege ansamblul situat în faţa conducătorului auto şi a pasagerului din faţă, sub parbriz, servind ca suport pentru o parte din aparatura de comandă şi control.

Planşa bord reprezintă o sursă de vătămare corporală a pasagerilor din faţă. In zonele predispuse impactului, rigiditatea planşei bord trebuie să fie mai scăzută. De

asemenea, planşa bord trebuie să aibă o capacitate de deformare elastică mare, în vederea reducerii deceleraţiei de impact din interior.

Toate reperele ce se montează pe planşa bord (butoane de comandă, aeratoare, grile) trebuie să aibă muchiile cu raze mai mari de 3,2 mm în scopul reducerii pericolului de rănire a pasagerilor. De asemenea, şi muchiile planşei bord trebuie să aibă raze cât mai mari. Se apreciază că planşa bord reprezintă un element de siguranţă pasivă de o importanţă mare, în special pentru autoturisme.

Volanul cu coloană deformabilă. Din motive de securitate s-a răspândit soluţia cu coloana volanului deformabilă, sub acţiunea unui şoc puternic. In general, s-a extins soluţia coloanei telescopice, compusă din două tuburi care devin telescopice la o anumită forţă axială. In unele cazuri, arborele volanului conţine şi o parte elastică, care, în funcţie de mărimea şocului, se deformează. Se întâlnesc şi soluţii la care volanul, fiind articulat de arborele său, sub acţiunea unui şoc lateral, se înclină.