MECANISMUL DE DIRECTIE - autoturism de 50 kW la 6000 rpm capabil sa trasporte 5 persoane

Sistemul de directie consta dintr-un mecanism de directie si o transmisie a directiei, formata din mai multe bare si parghii, care asigura intoarcerea simultana a rotilor.

Procesul conducerii automobilului, adica al rotilor de directie cu anumite unghiuri, se realizeaza prin rotirea volanului. Aceasta rotire a volanului este transformata prin mecanismul de directie, intr-o miscare de pendulare a bratului fuzetei, care sustine rotile directoare.

Am ales pentru proiectare o caseta de directie cu melc globoidal-rola .Aceasta are urmatoarele avantaje:

Siguranta in functionare

Scoaterea jocurilor se face usor

Preia socurile si vibratiile caii de rulare mai bine decat cele cu cremaliera

Raportul de transmitere unghiular

Raportul de transmitere unghiular depinde de raportul de transmitere al mecanismului de directie, dat de relatia:

(4.1)

Unde:

I_m - este raportul dat de transmisia mecanismului de directie,

i_t - este raportul de transmitere al transmisiei directiei care contine cateva parghii si bare. Cinematica trapezului de directie impreuna cu elementele acestuia, este aratata in (fig. 4.1).

Pentru mecanismul de directie proiectat, avem:

I_m - raportul dat de transmisia mecanismului de directie este 4

i_t - raportul de transmitere al transmisiei directiei este 3

Rezulta:

    (4.2)

Fig. 4.1. Influenta sistemului de bare asupra unghiului de rotire roata stanga si dreapta

Raportul de transmitere a fortei

Acesta este raportul dintre suma eforturilor aplicate la rotile de directie in punctul de contact cu solul si efortul aplicat la volanul automobilului:

    (4.3)

unde:

F_k - este suma eforturilor care actioneaza la ambele roti de directie in punctele de contact cu drumul la distanta c (fig. 4.2, a). F_v - este efortul la volan pentru actionarea directiei.

Raportul de transmitere al fortelor se mai poate scrie:

    (4.4)

Unde:

M_F - momentul de intoarcere necesar la intoarcerea fuzetelor,

M_v - momentul de rasucire al volanului,

R - raza volanului.

Avem pentru sistemul de directie proiectat:

M_F - momentul de intoarcere necesar la intoarcerea fuzetelor 5..10 [daN.m]

M_v - momentul de rasucire al volanului 1..3 [daN.m]

R - raza volanului 300 [mm] = 0,3 [m]

c - distanta la intersectiei axei fuzetei cu solul si punctul mediu de contact roata de automobil cu drumul 120 [mm] = 0,12 [m].

Prin inlocuire, obtinem:

Fig. 4.2. Influenta unghiului fuzetei asupra caderii gravitationale a partii din fata automobilului la directionarea rotii spre stanga sau spre dreapta

(4.5)

Asadar, la o rotatie completa a volanului, rotile automobilului se vor roti cu unghiul:

(4.6)

Fig. 4.3. Tipul de bare de directie care realizeaza caderea gravitationale

Calculul elementelor constructive ale mecanismului de directie melc globoidal - rola

Dantura melcului globoidal

Efortul unitar de incovoiere a danturii melcului globoidal, se determina cu relatia:

(4.7)

In care:

T - forta axiala din angrenaj,

t - pasul spirei melcului,

- unghiul inclinarii spirei melcului,

h - inaltimea dintelui,

b - latimea dintelui.

Forta T din (fig. 4.10) se determina cu relatia:

(4.8)

Pentru sistemul de directie proiectat, avem:

(4.9)

Rezulta:

Fig. 4.4. Mecanismul de directie format din melc - rola - manivela- a)schema fortelor care iau nastere intre rola si spirele melcului, b) - elementele constructive melcul si rola cu doua sectoare

(4.10)

Efortul unitar la strivire a danturii melcului globoidal, se determina cu relatia:

(4.11)

in care:

S_t - este suprafata totala a sectiunii de contact pentru doi dinti in angrenare

Din (fig. 4.10 a) se determina suprafata S_t:

(4.12)

in care:

- sunt unghiurile sectoarelor de contact al spirelor

Efortul unitar la forfecare a danturii melcului globoidal, se determina cu relatia:

(4.13)

in care:

i - este numarul de spire pe lungimea piulitei,

d - diametrul interior al filetului,

h - inaltimea filetului.

Partile componente ale mecanismului de directie se executa din oteluri de cementare si de cianurare. Materialul folosit este otelul aliat cu crom si nichel 18MoC11, STAS 791- 80

Fig. 4.5. Scheme constructive de articulatii sferice, utilizate in constructia sistemelor de directie pentru autoturisme. a) - Sistem de actionare asupra axului rotii, b) - sistem cu parghie intermediara, c) - sistem paralelogram, d) - sistem cu parghie centrala si bara articulata

Levierul de directie

Fig. 4.6. Desenul levierului de directie

Efortul unitar de incovoiere in sectiunea b - b (fig. 4.12) este:

(4.14)

Se admite pentru levier valorile    = 350 - 400 [N/mm²]

In sectiunea de calcul levierul de directie are o sectiune eliptica, de aceea modulul de rezistenta la incovoiere este dat de relatia:

(4.15)

Efortul unitar de torsiune a levierului de directie in sectiunea b - b (fig. 4.12) este:

(4.16)

Se admite pentru levier valorile    = 60 - 75 [N/mm²]

Bara longitudinala de directie

-este solicitata la torsiune de momentul:

(4.17)

Efortul unitar la compresiune se determina cu relatia:

(4.18)

unde:

A este sectiunea cea mai slabita (A = 400 [mm²]).

Bara transversala de directie

In (fig. 4.12 bara c ) este solicitata la compresiune si la flambaj.

- la compresiune cu relatia:

(4.19)

- la flambaj se verifica cu relatia:

(4.20)

Fig. 4.7. Schema constructiva de articulatii sferice, utilizate in constructia sistemelor de directie

Se recomanda [6], pentru coeficientul de siguranta la flambaj:

(4.21)

In cazul valorilor practice, avem:

(4.22)

Fig. 4.8. Articulatii sferice, utilizate in constructia sistemelor de directie

a)- compensarea socurilor prin arc, b) - articulatie sferica cu doua saibe cilindrice, c) - articulatie sferica cu doua sectoare tronconice, d) - articulatie conica cu scaun sferic, e) - articulatie sferica cu doua sectoare cilindrice

Bolturile sferice ale articulatiilor barelor de directie

- se verifica la solicitarea de strivire cu relatiile:

- pentru bara longitudinala:

( 4.23)

- pentru bara transversala:

( 4.24)

Unde:

d₁ si d₂ sunt diametrele sferelor articulatiilor celor doua bare.

Pentru a se preintampina uzura prematura a articulatiilor sferice, se recomanda valorile admisibile pentru rezistentele la strivire

.

Prezentarea unor mecanisme de directie

Fig. 4.9. Mecanismul de directie cu melc cilindric si sector melcat

Fig. 4.10. Mecanismul de directie cu melc globoidal si rola

(Sistemul de reglare a jocului melc - rola)

Fig. 4.11. Mecanismul de directie format din volan - surub - piulita - manivela

Fig. 4.12. Mecanismul de directie format din surub cu bile - piulita cu bile care este si cremaliera cilindrica - sector dintat - manivela

Fig. 4.13. Mecanismul de directie format din surub - sector dintat - manivela

Fig. 4.14. Mecanismul de directie format din pinion cu dantura inclinata - cremaliera

Fig. 4.15. Mecanism de directie cu melc si manivela cu doua bolturi

Fig. 4.16. Mecanism de actionare a sistemului de directie cu surub, piulita cu bile, care pe exterior are inele circulare in sectiune axiala este profilul cremalierei de referinta si sector dintat

Fig. 4.17. Mecanism de directie cu surub si piulita oscilanta

Fig. 4.18. Mecanism de directie cu surub cu bile si piulita oscilanta cu bile

Fig. 4.19. Mecanism de directie cu surub oscilant si piulita oscilanta

Fig. 4.20. Variante constructive de role pentru mecanisme

de directie ale autovehiculelor

Fig. 4.21. Constructia mecanismului de directie cu melc cilindric si sector dintat frontal

Fig. 4.22. Constructia mecanismului de directie cu volan avand coloana reglabila in lungime

Fig. 4.23. Constructia volanului si modul

de montare pe arborele coloanei