UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI
SUSPENSIA AUTOMOBILULUI
Student :Mateescu Andreea Marinela Grupa:8104SUSPENSIA
AUTOMOBILULUI
DESTINAIA, PRILE COMPONENTE, CONDIIILE IMPUSE I CLASIFICAREA
SUSPENSIILOR.Destinaia suspensieiSuspensia automobilului are rolul
de a asigura confortul pasagerilor i de a proteja ncrctura i
organele componente mpotriva ocurilor. Trepidaiilor i oscilaiilor
duntoare, cauzate de neregularitile drumului.Suspensia
automobilului realizeaz legtura elastica intre cadru sau caroserie
i puni, sau direct cu roile autovehiculului.Partile componente.
Suspensia unui automobile cuprinde elemente elastice, dispozitive
de ghidare, amortizoare si stabilizatoare. Elementele elastice
servesc pentru micsorarea sarcinii dinamice rezultate la trecerea
rotilor peste neregularitatile drumului. In acelasi timp elementele
elastice fac ca oscilatiile caroseriei sa fie suportabile de
pasageri si sa nu dauneze marfurilor care se transporta. Elementele
de ghidare transmit componentele longitudinale si transversale ale
fortelor de interactiune, precum si momentele acestor forte
determinand cinematica rotilor fata de cadru sau caroserie.
Elementele de amortizare impreuna cu frecarea dintre foile
arcurilor, amortizeaza oscilatiile caroseriei si ale rotilor.
Functiile celor 3 elemente principale ale suspensiei pot fi
indeplinite de unul si acelasi element sau de elemente diferite. In
unele cazuri, suspensia automobilului mai contine elemente
suplimentare-stabilizatoare, care au rol de a reduce inclinarile
laterale ale autovehiculelor in viraje.
Conditiile impuse. Suspensia automobilului trebuie sa
ineplineasca urmatoarele conditii principale: caracteristica
elastica care sa asigure un grad de confort satisfacator,
constructie simpla si rezistenta, amortizarea vibratilor caroseriei
si rotilor, asigurarea cinematicii corecte a mecanismului de
directie, greutatea minima, sa transimita fortele si momentele
reactive de la roti la caroserie etc.
Clasificarea susupensiilor. Clasificarea suspensiilor
automobilelor se face dupa tipul puntilor si dupa caracteristica
elementelor elastice. Dupa tipul puntii, suspensiile se clasifica
in suspensii cu roti dependente si suspensii cu roti
independente.Suspensia cu roti dependente se intalneste in cazul
puntilor rigide(fig 17.1a) iar suspensia cu roti independente in
cazul puntilor articulate (fig17.1b) la care fiecare roata este
suspendata direct de cadru sau caroserie.
In functie de tipul caracteristicii elastice, suspensiile se
clasifica in: suspensii cu caracteristica elastica liniara si
suspensii cu caracateristica elastica neliniara. Caracateristica
elastica a unei suspensii reprezinta variatia deforamtiei (sagetii)
f a elementului elastic in functie de sarcina F care produce
aceasta sageata (fig 17.2) .ELEMENTELE ELASTICE ALE
SUSPENSIEIElementele elastice ale suspensiei intalnite la
automobile sunt:arcurile in foi, arcurile elicoidale, barele de
torsiune si elementele elastice pneumatice si
hidropneumtaice.ARCURILE IN FOIElementele componente ale unui arc
in foi sunt reprezentate in figura 17,3. Foaia principala 1 a
arcului are capetele indoite in forma de ochiuri in care se
introduc bucse din bronz sau inele de cauciuc, prin intermediul
carora se fixeaza de partea suspendata a automobilului. Celelalte
foi 2,3,4 si 5 se numesc foi secundare i sunt stranse cu bulonul
central 7 de foaia principala. Bridele 6 nu dau posibilitatea
foilor de arc sa se deplaseze lateral una fata de alta. Pentru a
micsora tensiunile ce apar in foaia principala, foile arcului sunt
executate cu raze de curbura diferite, din ce in ce mai mici, iar
la strangerea lor, cu butonul central, apare o pretensionare a foii
principale, care-si va micsora raza de curbura.Frecarea care ia
nastere intre foile arcului contribuie la amortizarea oscilatiilor
automobilului. Frecarea intre foi fiind mare, arcul este prea rigid
si pentru a i se mari elasticitatea, la montare, foile sunt unse cu
unsoare consistenta grafitata.Un avantaj al suspensiei cu arcuri in
foi il constituie faptul ca, pe langa fortele verticale, poate
prelua si fortele orizontale.ARCURILE ELICOIDALEArcurile elicoidale
se executa din bare de otel infasurate dupa o elice.La acest tip de
arcuri, nu apare frecarea, ca urmare, suspensia cu astfel de
arcuri, necesita folosirea unor amortizoare mai puternice. De
asemenea, aceste arcuri preiau numai sarcini ce lcureaza in lungul
axei lor si din aceasta cauza la o suspensie cu astfel de arcuri se
prevad dispozitive de ghidare.Arcul elicoidal este de circa 2.5 ori
mai usor si mai putin voluminosc decat arcul in foi.Aceste arcuri
se utilizeaza, in special, la suspensiile independente.ARCURI BARE
DE TORSIUNEArcul bara de torsiune este format dintr-o bara de
sectiune circulara sau dreptunghiulara, mai multe bare cu sectiune
circulara sau din lamele suprapuse.Barele de torsiune 1 (fig 17.5)
sunt fixate cu un capat de bratele 2 si 3, iar cu celalalt de
caroserie. Ele sunt dispuse transversal, dar pot fi dispuse si
longitidinal.Avantajele barelor de torsiune sunt: consumul redus de
material si posibilitatea de reglare a pozitiei suspensiei.Un
dezavantaj al suspensiei cu bare de torsiune il constituie faptul
ca prezinta conditii tehnologice mai grele pentru
fabricatie.ELEMENTE ELASTICE PNEUMATICELa suspensia pneumatica,
arcurile metalice sunt inlocuite cu elemente elastice
pneumatice.Suspensia cu elemente elastice pneumatice prezinta
avantajele:-carcateristica parabolica fata de carcateristica
liniara a arcurilor metalice, ceea ce permite sa se micsoreze
spatiul destinat pentru jocul suspensiei si deci sa existe
posibilitatea coborarii centrului de masa;-permite reglarea
automata a nivelului caroseriei fata de sol, in functie de sarcina
si starea drumului.
In figura 17.6 a se reprezinta elementul elastic pneumatic sub
forma de burduf. El se compune dintr-o tesatura de nailon
cauciucata 2, avand intre fiecare etaj cate un inel de otel 3, care
limiteaza deformarile radiale. La capete elementul elastic este
prevazut cu arm[turile 1 si 4, prin intermediul carora se fixeaza
de partea suspendata, respectiv nesuspendata a autovehiculului.Un
alt tip de element eleastic pneumatic este elementul tip diafragma
(fig. 17.6, b si c) sau cu burduf cu un singur etaj. El se compune,
in principiu, dintr-un cilindru 4, legat de partea suspendata si
dintr-o armatura(piston) 1, legata de partea nesuspendata. Aceste
parti sunt unite printr-o membrana sau difragma 2, care se
infasoara sau desfasoara pe armatura in functie de pozitia relativa
a cilindrului.Spre deosebire de arcurile in foi, elementul elastic
pneumatic prezentat nu poate prelua decat fortele
verticale.AMORTIZOARELEPentru amortizarea rapida a oscilatiilor, in
suspensia automobilelor moderne se monteaza amortizoare
hidraulice.Amortizoarele pot fi folosite la ambele punti ale
automobilului sau numai la puntea fata, solutie intalnita mai ales
la autocamioane.Principiul de functionare al amortizorului
hidraulic se bazeaza pe transformarea energiei mecanice in enegie
termica, la trecerea fortata a unui lichid special, dintr-o camera
a amortizorului in alta printr-un orificiu calibrat.Majoritatea
amortizoarelor sunt cu dubla actiune, lucrand in ambele sensuri, si
anume: la apropierea rotilor de caroserie opun rezistenta mica; la
departarea rotilor de caroserie depun rezistenta mai
mare.Amortizoarele cele mai raspandite la automobile sunt cele sub
forma telescopica, care se clasifica in monotubulare si bitubulare,
care, in comparatie cu cele monotubulare, au o lungime mai redusa
si o durata de functionare mai mare.In figura 17.7 este
reprezentata schema de principiu a amortizorului hidraulic
telescopic bitubular. Capul superior 1, de care este fixata tija 2
cu pistonul 8, este prins de partea suspendata a automobilului, iar
capul inferior 13, solidar cu tubul rezervor 14, de partea
nesuspendata. Tubul interior 4 (cilindru de lucru) este umplut cu
lichid de amortizare.In cursa de destindere, lichidul din partea
superioara a pistonului 8 este comprimat si trimis prin supapa de
destindere 10, in partea inferioara. Volumul generat de piston la
partea inferioara este mai mare decat volumul lichidului impins in
sus, cu volumul tijei care iese din tubul 4. Diferenta se
completeaza cu lichidul din camera de compensare 14(spatiul dintre
tubul rezervor 5 si tubul interior 4) care patrunde prin supapa de
admisie 11 datorita depresiunii create sub piston si a pernei de
aer comprimat din partea superioara a camerei de compensare.In
cursa de comprimare, lichidul de sub piston trece prin supapa de
comunicare 9 in partea superioara a tubului 4. O parte din
lichid(egal cu volumul tijei introdus in tubul 4) trece prin supapa
de comprimare 12 in camera de compensare 14. Tubul 6 serveste la
protectia tijei pistonului iar inelul 3 la etansarea
amortizorului.In figura 17.8 se reprezinta constructia unui
amortizor bitubular compus din trei subansambluri principale:
ghidajul 11 cu sistemul de etansare 18; pistonul 4 cu supapele de
destindere si comunicare; ansamblul supapei de comprimare cu supapa
de admisie 19. Capul superior 14, de care este fixata tija 1 cu
pistonul 4, este prins de partea suspendata a automobilului, iar
capul inferioir 9(solidar cu tubul rezervor 3) de partea
nesuspendata. Spatiul dintre tubul rezervor 3 si tubul interior
2(cilindru de lucru) se numeste camera de compensare. Tot spatiul
tubului interior 2 este umplut cu lichid.Orificiile calibrate, care
realizeaza rezistenta vascoasa a lichidului la scurgerea acestuia,
sunt realizate sub forma de fante in rondelele supapelor. Supapa de
destindere este formata din rondela obturatoare 16 cu fante frezate
si rondela 17, care sunt presate pe bosajul inelar al pistonului 4
de catre arcul 5(fixat pe piulita 6) prin intermediul unei
bucse.Supapa de comunicare este formata din rondela 15, care
acopera orificiile exterioare ale pistonului 4, fiin apasata de un
arc.Supapa de comprimare este constiruita din rondela obturatoare
20 si din rondela de inchidere a supapei de comprimare, apasate pe
scaunul din corpul supapelor de un alt arc.Supapa de admisie 19
este identica cu supapa de comunicare. Supapele de comunicare si de
admisie dunt montate pe corpul 7, prin intermediul surubului 8.
Piulita 13 a tubului rezervor asigura fixarea tubului interior 2 in
tubul rezervor 3. Tubul de protectie 12 serveste la protejarea
tijei pistonului 1. In scopul micsorarii emulsionarii lichidului,
se monteaza inelul 10, dispus sub nivelul lichidului din
amortizor.
In cursa de destindere(fig. 17.9, a), lichidul din partea
superioara a tubului interior 2 este comprimat si ca urmare,
rondela 3 a supapei de comunicare este presata pe poston, supapa
fiind inchisa. Prin gaurile interioare ale pistonului, lichidul
ajunge la rondela obturatoare 7 a supapei de destindere. Daca
viteza relativa a pistonului este mai mica decat viteza crtitica,
scurgerea lichidului se realizeaza intre fantele (de inaltime b,
vezi fig 17.8) din rondela obturatoare 7, deoarece presiunea
lichidului este mai mica decat forta de precomprimare a arcului 1
al supapei. Daca viteza de deplasare a pistonului depaseste viteza
critica, presiunea lichidului creste si invinge forta arcului 1,
iar rondelele 7 si 4 ale supapei de destndere se indeparteaza,
realizand o sectiune de trecere mai mare. Volumul generat de piston
la partea inferioara este mai mare decat volumul lichidului impins
de sus, cu volumul tijei scoase din tubul interior. Diferenta se
completeaza cu lichid din camera de compensare, care patrunde in
tubul interior prin invingerea rezistentei arcului supapei de
admisie 5, datorita depresiunii create in spatiul de sub piston si
a pernei de aer comprimat din partea superioara a camerei de
compresie.In cursa de comprimare(fig 17.9b ) lichidul de sub piston
trece usor prin supapa de comunicare 2(datorita arcului slab al
acesteia), in partea superioara a tubului interior 2. O parte din
lichid (egal cu volumul tijei introduse in tubul principal) trece
prin fantele din rondela obturatoare 6 a supapei de comprimare, in
camera de compensare, realizand forta de rezistenta la comprimarea
amortizorului, la viteze mai mici decat viteza critica. Daca viteza
oscilatiilor creste, presiunea lichidului se mareste, depasind
forta de precomprimare a arcului supapei de comprimare si rondelele
supapei se deplaseaza in jos, realizand o sectiune de trecere mai
mare (fapt ce conduce la micsorarea fortei de amortizare dupa
viteza critica). Acest lucru este foarte important si pentru
exploatarea automobilului pe timp rece cand vascozitatea lichidului
creste; trecerea lui prin orificiile de calibrare este ingreunata,
lucru ce conduce la cresterea presiunii in cilindru, iar supapa de
comunicare intra in functiune, descarcand suspensia si amortizorul
de suprasolicitari. STABILIZATOARELEDatorita actiunii fortei
centrifuge asupra unui automobil in viraj, el se va inclina
lateral, micsorandu-se in felul acesta stabilitatea lui.
Stabilizatoarele au rolul de a limita aceasta inclinare fara insa a
mari rigiditatea suspensiei.Stabilizatorul se compune din bara 1
(fig 17.10) in forma de U, care este montata transversal pe cadrul
automobilului, in doua bucse de cauciuc 5. Capetele barei sunt
legate, prin intermediul tijelor 2, la placile de sprijin 3 ale
arcurilor 4.In cazul in care deformatiile celor doua arcuri vor fi
egale, bara 1 se va roti in mansoanele de cauciuc, fara a intra in
actiune. La viraje, cand caroseria se va inclina lateral si unul
dintre arcuri se va comprima mai mult, bara 1 va lucra ca o bara de
rasucire si va opune rezistenta inclinarii transversale a
automobilului.Cu ajutorul stabilizatorului se poate reduce
inclinarea laterala a caroseriei cu 20-30% fara a modifica
caracteristicile suspensiei.TIPURI CONSTRUCTIVE DE SUSPENSII
UTILIZATE LA AUTOMOBILESUSPENSII CU ROTI DEPENDENTEIn majoritatea
cazurilor, suspensia automobilelor cu puntea rigida foloseste
arcurile in foi dispuse longitudinal, datorita constructiei
simple.Suspensia cu arcuri in foi semieliptice dispuse
longitudinal.In fig 17.11 se reprezinta suspensia din spate a
autoturismului ARO cu arcuri in foi dispuse longitudinal. Arcul in
foi 6 este dispus longitudinal fata de cadru. Partea din fata a
arcului este in legatura cu cadrul prin intermediul unui bolt de
articulatie, iar partea din spate prin intermediul cercelului 12.
Pentru limitarea cursei arcului este prevazut tamponul de cauciuc
15.Un capat al arcului este fixat printr-un bolt de
articulatie(pentru a transmite fortele de tractiune si franare in
cadru), iar celalalt prin intermediul cercelului 12 care permite
arcului sa se deformeze sub actiunea sarcinii (prin inconvoierea
arcului distanta dintre cele doua se modifica).Amortizarea
oscilatiei este asigurata de amortizoarele hidraulice telescopice 8
cu dublu efect.
Suspensia cu arcuri foi semieliptice dispuse longitudinal cu
caracteristica neliniara. Suspensia cu arcuri in foi cu
caracteristica neliniara se utilizeaza mai ales la puntea din spate
a autocamioanelor. O suspensie corespunzatoare pentru cazul cand
autocamionul este incarcat va fi prea rigida pentru autocamionul
gol. Pentru a realiza o suspensie care sa corespunda in ambele
cazuri. Se foloseste suspensia cu arc suplimentar.In figura 17.12
se reprezinta suspensia din spate cu arc suplimentar, utilizata la
autocamioane. Ea se compune din arcul principal 3 ce lucreaza la
sarcini mici si mijlocii. La sarcini mari, incepe sa lucreze si
arcul secundar 2, care se sprijina pe suporturile 1 ale
cadrului.Suspensia dependenta cu arcuri elicoidale.In figura 17.13
se reprezinta suspensia puntii din spate a autoturismului DACIA
1310. Datorita faptului ca arcurile elicoidale preciau numai
sarcini verticale, puntea este prevazuta cu bratele 1 si 5 pentru
preluarea fortelor orizontale.
SUSPENSII CU ROTI INDEPENDENTEDatorita avantajelor pe care le
prezinta, suspensia cu roti independente este foarte raspandita. Ea
predomina la rotile din fata, insa in ultimul timp a devenit
prezenta la toate rotile autoturismelor.In figura 17.14 este
reprezentata suspensia din fata a autoturismului DACIA 1310.
Bratele oscilante 2 si 8 sunt articulate la un capat de punte, iar
cu celalalt de pivotul rotii. Amortizorul hidraulic telescopic 5,
cu dublu efect, este montat in interiorul arcului 6. Suportul de
cauciuc 7 limiteaza comprimarea arcului. In figura 17.15 este
reprezentata suspensia tip Mc Pherson, la care elementul elastic 1
este amplasat concentric cu amortizorul telescopic 2. Acestea
impreuna inlocuiesc bratul superior al suspensiei. Tot pe corpul
amortizorului se fixeaza si fuzeta 3. Fortele verticale sunt
preluate de arcul elicoidal, iar fortele de tractiune sau franare
se transmit la cadru prin tirantul de legatura 4, articulat cu
bratul inferior 5. Suspensia cu roti independetnte cu arcuri bare
de rasucire In figura 17.16 este reprezentata suspensia din spate a
autoturismului OLTCIT prevazuta cu arcurile de rasucire 9 si 10
dispuse transversal. Rotile oscileaza in planul longitudinal al
autovehiculului, fiin legate de arcurile bara de rasucire de
bratele oscilante 7. Suspensia este prevazuta cu doua amortizoare
hidraulice telescopice-cu dublu efect- avand la interior cate un
tampon de soc pe destinderea, pentru limitarea cursei.
ASAMBLRILE ELASTICE (ARCURILE)Consideraii generale
Asamblrile elastice se realizeaz prin interpunerea pieselor
numite arcuri ntre dou sau mai multe componente mecanice.
Arcurile sunt organe de maini care prin forma specific i prin
limita de elasticitate nalt a materialului permit:a) o deformaie
mare sub aciunea sarcinii exterioare, care determin nmagazinarea
unei mari cantiti de energie potenial de deformaie (elastic);b)
revenirea total sau parial la forma iniial sub aciunea forelor
elastice, la ncetarea aciunii sarcinii exterioare.
Revenirea la forma iniial a arcului depinde de:a) frecrile
interne, la arcurile din materiale nemetalice (de exemplu, la
arcurile din cauciuc,);b) frecrile externe, care apar ntre prile n
contact ale arcului metalic (de exemplu, la arcurile cu foi,
arcurile inelare etc.).
Aspecte privind existena frecrilor specifice arcurilor se
desprind din analiza caracteristicii elastice a arcului.
Caracteristica elastic
Caracteristica elastic reprezint dependena dintre sarcina
aplicat i deformaia corpului asupra cruia se aplic sarcina.
Dependena poate s fie ntre fora F i deformaia liniar f, sau ntre
momentul de rsucire Mt i deformaia unghiular .. Tipurile de baz de
caracteristici elastice sunt (fig. 13.1): a) liniar; b) neliniar
progresiv; c) neliniar regresiv.
Fig. 13.1. Forme de baz decaracteristici elasticeFig. 13.2.
Caracteristica elastic liniar a unui arc elicoidal cilindrica)
schema arcului; b) caracteristica elastic.Fie pentru o prim discuie
caracteristica elastic a arcului elicoidal cilindric de compresiune
cu solicitarea principal de rsucire, reprezentat simplificat n fig.
13.2, a. El preia o sarcin liniar F i are deformaia liniar f.
Caracteristica sa elastic este liniar (fig. 13.2, b), astfel c nu
apar pierderi prin frecare.
Fig. 13.5, a reprezint simplificat un arc cu foi multiple (cu un
bra), care preia o for exterioar F i are o deformaie liniar f.
Caracteristica sa elastic este cu bucl histerezis, stabilizat la al
doilea ciclu de ncrcare (fig. 13.5, b). ntr-adevr:a) la prima
ncrcare, ncepnd din punctul O, creterea pn la o anumit mrime a
ncrcrii nu determin deformaia arcului, deoarece se nvinge frecarea
extern dintre foi;b) urmeaz creterea sarcinii pn la valoarea sa
maxim F, cnd se produce deformaia maxim f, caracteristica elastic
fiind liniar pe aceast poriune;c) urmeaz nceputul reducerii
sarcinii exterioare: pe o anumit mrime a reducerii sarcinii, nu se
produce deformaie, deoarece este nvins frecarea n sens invers
dintre foile de arc;d) la reducerea total a sarcinii F pn n punctul
O, apare o deformaie remanent fr;e) la al doilea ciclu de ncrcare,
se poate presupune c axa forei este translatat n punctul al forei
egal cu zero dup primul ciclu de lucru; n al doilea ciclu i
urmtoarele, caracteristica elastic se menine (fiind trasat cu linie
ngroat), ea avnd o bucl histerezis important ca arie.
Fig. 13.5. Caracteristica elastic neliniar cu bucl histerezis a
unui arc cu foi multiplea) schema arcului; b) caracteristica
elastic.
Randamentul i coeficientul de amortizare
Caracteristicile elastice neliniare cu bucl histerezis permit
definirea a dou mrimi importante pentru procesele vibratorii sau de
amortizare: randamentul arcului i coeficientul de amortizare.
Pentru definirea acestor mrimi, se consider urmtoarele lucruri
mecanice considernd reprezentarea din fig. 13.5, b: lucrul mecanic
al forei exterioare Lext, egal cu aria suprafeei delimitate de
curba de ncrcare i axa deformaiei (haura nclinat i vertical);
lucrul mecanic al forei elastice Lelast, egal cu aria suprafeei
nchise de curba de descrcare i axa deformaiilor (haura vertical);
lucrul mecanic consumat prin frecare Lfr, care este aria suprafeei
nchis de bucl (haura nclinat).
Exist, evident:.(13.1)
Se pot acum defini:a) randamentul arcului, prin
expresia:.(13.2)
Acest randament reprezint un indice al utilizrii materialului,
sau al eficienei aciunii sarcinii. ntr-adevr, dac randamentul este
mic, atunci o parte din lucrul mecanic exterior este consumat
pentru nvingerea frecrilor. Acest randament trebuie s fie mare n
situaiile n care deplasarea relativ realizat de arc trebuie s fie
foarte exact: arcurile de supap, arcurile cheilor dinamometrice
etc.;
b) coeficientul de amortizare, prin expresia:.(13.3)
Altfel spus, acest randament este raportul dintre lucrul mecanic
consumat prin frecare i suma lucrurilor mecanice efectuate de
sarcina exterioar i de sarcina elastic. Se mai poate
scrie:.(13.4)
Se mai observ c:.(13.5)
Adic randament mic nseamn amortizare puternic i, n mod
corespunztor, un coeficient de amortizare mare. Acest coeficient de
amortizare trebuie s fie ct mai mare dac este de interes o
amortizare puternic, fiind asigurat, de exemplu, de arcurile de
suspensii, arcurile inelare, arcurile din cauciuc etc.
Bibliografie Calculul si constructia automobilului Gh.
MincaMecanica moderna Paul
Militaruhttp//ro.wikipedia.orghttp://www.howstuffworks.com
16
