1

TEMA PROIECTULUI

Proiectarea unei suspensii de autovehicul cu element

elastic arc elicoidal

Punte fata-suspensie independenta

Puntea spate-suspensie dependenta

Transmisie integrala

Repartitia greutatii pe punti

Solutii constructive

Calculul elementului elastic(dimensionarea arcului)

Calculul amortizorului

Dimensionarea barelor de stabilizare

Reglarea suspensiei si reglarea defectelor

Desen de ansamblu suspensie

2

1. DESTINATIA. CONDITIILE IMPUSE Şl CLASIFICAREA

SUSPENSIILOR

1.1 DESTINATIA SUSPENSIEI

Suspensia automobilului realizează legătura elastica Intre cadru (sau caroserie) si

punţi, sau direct cu rotile.

Suspensia automobilului este destinata sa atenueze sarcinile dinamice ce se transmit

de la drum, sâ imprime oscilaţiilor caracterul dorit, (asigurand prin aceasta

confortabilitatea necesara) şi sa transmită forţele care acţionează asupra roţilor si asupra

cadrului (caroseriei).

Oscilaţiile care apar la trecerea automobilului peste neregularitaţile drumului

influenţeaza calităţile tehnice de exploatare ale acestuia, in primul rand caracterul lin al

mersului, calităţile de tracţiune, stabilitatea, maniabilitatea şi durabilitatea.

Suspensia automobilelor este compusa din elementele elastice, dispozitivele de

ghidare si elementele de amortizare.

Elementele elastice contribuie la micşorarea sarcinilor dinamice verticale, provocind

oscilaţiile caroseriei de amplitudine şi frecvenţe cat mai suportabile pentru pasageri si care

sa nu dăuneze încărcăturii care se transporta.

Dispozitivele de ghidare transmit componentelor orizontale ale forţelor dintre roţi şi

drum, şi momentele acestor forţe, la caroserie, determinand si caracterul deplasării roţilor

în raport cu caroseria automobilului si in raport cu drumul.

In figura 1 se reprezintă forţele datorate interacţiunii dintre roţi si drum, precum si

momentele acestor forţe. Forţele verticale Z şi momentele Mz, se transmit la caroserie prin

intermediul elementului elastic al suspensiei.In unele cazuri prin elemntul elastic se pot

transmite si alte forte de interactiune dintre drum si pneu.Fortele longitudinale si

transversale X si Y si momentele My si Mz, se transmit prin elemtul de ghidare al

suspensiei.

3

Fig 1. Fortele datorate interactiunii dintre roti si drum si momentele acestor forte

Elementele de amortizare au rolul de a amortiza oscilatiile care iau

nastere,evitand aparitia fenomenului de rezonanta.

In unele cazuri,suspnesia automobilului cuprinde un element de stabilizare

care micsoreaza inclinarea transversala a partii suspendate a automobilului.

La unele automobile toate functiile elementelor suspensiei sunt indeplinite de

un singur element.

Părţile componente.

Suspensia unui automobil cuprinde :

elemente elastice;

dispozitive de ghidare;

amortizoare ;

stabilizatoare.

1.2. CONDIŢIILE IMPUSE SUSPENSIEI

Condiţiile principale pe care trebuie să le îndeplinească suspensia unui automobil

sunt următoarele:

-să aibă o caracteristică clasică care asigură un confort corespunzător,cu înclinări

transversale reduse, fără lovituri în tampoanele limitatoareşi cu o stabilitate buni;

-caracteristica amortizorului să corespundă cu cea cerută de confortabili tatc; să

asigure o cinematicii corectă a roţilor de direcţie in scopul micşorării uzurii anvelopelor şi

stabilizării roţilor;

- cinematică corespunzătoare a sistemului dc direcţie; transmiterea forţelor

orizontale şi a momentelor reactive de la roată la caroserie;

-durabilitate suficientă a elementelor elastice, care fac parte din piesele ode mai

solicitate ale automobilului; greutatea minimă a suspensiei, contribuind la reducerea

masei nesuspendate a automobilului şi prin aceasta la o confortaliilitate mai bună.

Pentru asigurarea unui confort corespunzător, parametrii suspensiei trebuie să fie

aleşi ţinandu-se seama de anumite condiţii stabilite la teoria suspensiei şi anume:

-Frecvenţa oscilaţiilor proprii pentru autoturisme să fie dc 50-70 oscilaţii pe minut,

iar pentru autocamioane şi autobuze dc 70—90 oscilaţii pe minut. Dacă frecvenţa

oscilaţiilor proprii este cuprinsă între limitele indicate, organismul suportă bine oscilaţiile,

deoarece aceasta corcspunde cu frecvenţa paşilor omului la mers normal (50—81)

oscil/min. In afară de aceasta, cu cit frecvenţa oscilaţiilor este mai redusă cu atît este mai

mică probabilitatea apariţiei fenomenului de rezonanţă. Frecvenţa oscilaţiilor proprii

4

depinde de săgeata statică a suspensiei şi a pneurilor şi poate fi determinată cu

aproximaţie cu relaţia:

V =

√ — [ o s c i l / m i n ] ,

în care f=fs+fp *cm+ este săgeata statică datorită suspensiei fs şi pneurilor fp.

— Rigiditatea elementelor elastice ale suspensiei să fie pe cît posibil mai redusă pentru a

rezulta frecvenţe proprii mici ţi o transformare a şocurilor in oscilaţii uşor suportabile de

pasageri şi care să nu dăuneze încărcăturii ce se transportă. Trebuie arătat însă că

micşorarea rigidităţii este limitată de creşterea săgeţii statice la sarcină nominală.

— Amortizarea oscilaţiilor trebuie să fie suficientă astfel încît după o perioadă

amplitudinile să se micşoreze de 3 pînă la 8 ori. In cazul unei amortizări mai mari cresc

sarcinile dinamice care se transmit caroseriei prin amortizoare. Dacă amortizarea este mai

redusă poate să ducă la balansarea caroseriei şi a roţilor la deplasarea automobilului pe un

drum cu neregularităţi care se repetă.

-Indicele de bază al mersului lin al unui automobil este valoarea medie pătratică a

acceleraţiilor verticale măsurate In locuri caracteristice (v. STAS 6926/13-74).

1.3 CLASIFICAREA SUSPENSIILOR

Suspensiile automobilelor se clasifică după tipul dispozitivului de ghidare, după tipul

elementului elastic şi după tipul caracteristicii suspensiei.

După tipul dispozitivului de ghidare suspensiile se împart în dependente şi

independente. Suspensia dependentă este caracterizată printr-o legătură rigidă intre roţile

din stingă şi din dreapta, iur ridicarea sau coborarea unei roţi. produsă de denivelările căii,

provoacă schimbarea poziţiei şi pentru cealaltă roată (fig. 2,a). La suspensia independentă

lipseşte legătura directă dintre roţile automobilului, Iar schimbarea poziţiei unei roţi nu

influenţează şi poziţia celeilalte roţi (fig.2,b).

Fig 2.Influenta tipului de suspensie asupra pozitii rotilor,la trecerea unei denivelari

5

In funcţie de planul în care se deplasează roata la ridicarea ei se deosebesc suspensii

independente cu deplasarea roţilor în planul transversal, planul longitudinal sau

concomitent în ambele plane. In afară de acestea se întilnesc şi suspensii independente cu

deplasare verticală a roţii. Suspensia independentă prezintă faţă de suspensia dependentă

6

avantajele: îmbunătăţirea confortului prin reducerea masei nesuspendate; ţinută de. drum

mai bună deoarece deplasările roţilor nu se influenţează reciproc; micşorarea oscilaţiilor de

ruliu ale caroseriei şi mărirea stabilităţii automobilului.

După tipul elementului elastic, suspensiile se clasifică in suspensii cu elemente:

metalice, pneumaticc, hidropncumatice, din cauciuc şi mixte. Elementele metalice

utilizate sunt: arcurile din foi, arcurile elicoidale şi barele de torsiune.

După tipul caracteristicii elastice suspensiile pot fi: suspeusii cu caracteristică liniară şi

suspensii cu caracteristică in trepte sau progresivă.

SUSPENSII CU ROŢI DEPENDENTE

In majoritatea cazurilor, suspensia automobilelor cu puntea rigidă foloseşte arcurile în foi

dispuse longitudinal, datorită construcţiei simple.

Suspensia cu arcuri în foi semieliptice dispuse longitudinal.

In figura de mai jos se reprezintă suspensia din spate a autoturismului ARO cu arcuri în foi

dispuse longitudinal.Arcul în foi 6 este dispus longitudinal faţă de cadru. Partea din faţă a

arcului este în legătură cu cadrul prin intermediul unui bolţ de articulaţie, iar partea din

spate prin intermediul cercelului 12. Pentru limitarea cursei arcului este prevăzut tamponul

de cauciuc 15.

Un capăt al arcului este fixat printr-un bolţ de articulaţie (pentru a transmite forţele

de tracţiune şi frânare la cadru), iar celălalt prin intermediul cercelului 12 care permite

arcului să se deformeze sub acţiunea sarcinii (prin încovoierea arcului distanţa dintre

centrele ochiurilor se modifică).

Amortizarea oscilaţiei este asigurată de amortizoarele hidraulice telescopice 8 cu

dublu efect.

Suspensia cu arcuri în foi semieliptice dispuse longitudinal cu caracteristică neliniară.

Suspensia cu arcuri în foi cu caracteristică neliniară se utilizează mai ales la puntea din spate

a autocamioanelor. O suspensie corespunzătoare pentru cazul când autocamionul este

încărcat va fi prea rigidă pentru autocamionul gol. Pentru a realiza o suspensie care să

corespundă în ambele cazuri, se foloseşte suspensia cu arc suplimentar.

7

Suspensia cu arcuri în foi

semieliptice dispuse longitudinal: 1 - şaiba; 2 - piuliţă bolţ; 5 - foaie principală;

4 - şuruburi de fixare distantiere (de material plastic) dintre foi; 5 şi 7 - bride;

6 - arc în foi; 8 - amortizor telescopic hidraulic; 9 - chingă limitatoare; 10 - bride de fixare; 11

- bulon central; 12 - cercel; 13 - piuliţă; 14 - placă; 15 - tampon de cauciuc.

In fig.3 se reprezinta suspensia din spate cu arc suplimentar utilizata la autocamioane. Ea se

compune din arcul principal 3 ce lucrează la sarcini mici şi mijlocii. La sarcini mari, începe sa

lucreze şi arcul secundar 2, care se sprijina pe suporturile 1 ale cadrului.

Fig.3. Suspensia din spate cu arc suplimentar.

Suspensia dependenta cu arcuri elicoidale. In fig.4 se reprezinta suspensia punţii din spate a

autoturismului Dacia 1310. Datorită faptului câ arcurile elicoidale preiau numai sarcini

verticale, puntea este prevazuta cu bratele 1 si 5 pentru preluarea fortelor orizontale.

8

Fig.4. Suspensia din spate a

autoturismului Dacia 1310:

1 – brate laterale;

2 – arcuri elicoidale; 3 – amortizoare telescopice; 4 – tampoane limitatoare din cauciuc; 5 –

brat superior; 6 – puntea spate; 7 – stabilizator

1.4. CONSTRUCŢIA Şl CALCULUL ELEMENTELOR ELASTICE ALE SUSPENSIEI

1.4.1 CARACTERISTICA ELASTICA A SUSPENSIEI

Caracteristica clastică a suspensiei reprezintă dependenţa dintre sarcina verticală

pe roată şi deformaţla suspensiei. Cu ajutorul caracteristicii elastice se apreciază elementul

clastic al suspensiei, utilizind următorii parametri: săgeata statică ; săgeţile dinamice pînă la

limitatorul inferior şi limitatorul superior; rigiditatea suspensiei k, coeficientul dinamic kt şi

forţele de frecare.

Curbele de comprimare şi destindere nu coincid din cauza frecării din elementele

suspensiei. Drept caracteristică a suspensiei se consideră in mod convenţional linia medie

(întreruptă).

9

Autovehicul ales: Volkswagen Golf IV

Dimensiuni:

Lungimea autovehiculului: 4149[mm];

Latimea autovehiculului:1735[mm];

Inaltimea autovehiculului:1444[mm];

Ampatament:2518[mm];

Ecartament fata:1513[mm];

Ecartament spate:1487[mm];

Masa autovehiculului:1313[kg];

Masa totala a autovehiculului:1860[kg];

Dimensiunea pneurilor:195/65/R15

10

Repartitia greutatii pe punti

G1=greutatea repartizata pe puntea fata;

G2=greutatea repartizata pe puntea spate;

a,b=coordonatele centrului de greutate in plan longitudinal;

hg=inaltimea centrului de greutate

=0,55; a=0,55*2518=1384,9[mm];

=0,45; b=0,45*2518=1133,1[mm].

Greutatea autovehiculului la gol:

G0=ma*g=1313*9,81=12880,53[N];

Greutatea totala a autovehiculului:

Ga=mt*g=1860*9,81=18246,6[N];

11

G1=

*Ga=

*18246,6=10035,63[N]-puntea fata;

G2=

*Ga=

*18246,6=8210,97[N]-puntea spate.

Calculul elementului elastic

Calculul arcurilor elicoidale si a barei de torsiune se face cu relatiile:

Fa=(

- Gr)*

unde:

Fa=forta care actioneaza asupra arcului elicoidal;

Gr=greutatea rotii;

l1=280[mm];

l2=300[mm];

l3=270[mm].

Gr=22*9,81=215,82[N]

Fa=(

- Gr)*

=(

-215,82 )*

=(5017,81 – 215,82)*1,11

Fa=5335,54 [N]

Tip arc : elicoidal

Darc=100[mm];

12

r=50[mm];

d=1,5[mm];

n=6,5(nr. de spire).

Efortul unitar[daN/ ]

τ= k*

unde:

k=constanta elastica;

F’a =

= 1333.88 [N]

Fa =

+

= 5335,54 [N]

F’a = Fa/na

F”a = 1,2 * Fa = 6402,64 *N+

Eforul unitar

τ=k *

= 77179,6 [N]

Sageata f =

= 8,741 [cm] = 87,41[mm]

r = D/2 = 5,2 [cm]

τi =

= 91,30 [Mpa]

d=√

= 13,4 [mm]

c = 5...8

13

c = 8

k =

+

= 1,183

D = c * d = 104 [mm]

Dimensionarea barei de torsiune

Τ =

<= τadm

14

Mt = F* brat

ϕ = unghi de rasucire

M= F*b

b – se adopta b = 150[mm]

τadm = 700......900 [Mpa]

Ѡp =

d = √

--> d = 23[mm] (STAS)

F = Fmax = G1 (punte fata) = 10035[N]

fd – sageata dinamica

fd = 0.75 * fst = 100[mm]

fst = 140 [mm]

kd = 2....3 --> kd = 2 (coeficient dinamic)

Rigiditatea suspensiei

Ks=Fmax/fst = 71,67 [N/mm]

Lungimea arcului bara de torsiune

l =

G = coeficientul de elasticitate transversal

G = 8,5 * 10000

l = 1034,26 [mm]

Calculul amortizorului

Amortizorul este destinat pentru amortizarea oscilatiilor vertical ale caroseriei si ale

rotilor automobilului,prin transformarea energiei mecanice a oscilatiilor in energie termica.

Amortizorul se monteaza in suspensia automobilului ,paralel cu elementul elastic.

15

1. Capul inferior

2. Corpul pistonului de comprimare

3. Discurile pistonului de comprimare

4. Discul superior al pistonului de comprimare

5. Arcul pistonului de comprimare

6. Semisfera pistonului de comprimare

16

7. Discul rigid al pistonului de comprimare

8. Piulita supapei de destindere

9. Arcul supapei de destindere

10. Pistonul amortizatorului

11. Discul de fixare a supapei de destindere

12. Discurile pistonului de destindere

13. Segmentii pistonului

14. Saiba piulitei pistonului de destindere

15. Discul superior al pistonului de destindere

16. Discul supapei de comunicare

17. Arcul supapei de comunicare

18. Discul limitator

19. Rezervor

20. Tija

21. Cilindru

22. Tub rezervor

23. Bucsa de ghidare a tijei

24. Inel de etansare a rezervorului

25. Discul sistemului de etansare

26. Element de etansare

27. Garnitura inelului de siguranta

28. Inel de siguranta

29. Piulita rezervorului

30. Capul superior

31. Piulita de fixare a capului superior

32. Groiver

33. Discul pernei de fixare a amortizatorului

17

34. Perna (tampon)

35. Bucsa

36. Tub

37. Element de amortizare a tijei

38. Bucsa de fixare a capului inferior cu cauciuc

Pentru 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

din fata, solutie intilnita mai ales la autocamioane.Principiul de functionare a

amortizorului hidraulic se bazeaza pe transformarea energiei mecanice a oscilatiei in

energie termica, la trecerea fortata a unui lichid special, dintr-o camera a

amortizatorului in alta, printr-un orificiu calibrat.Majoritatea amortizatoarelor sunt

cu dubla actiune, lucrind in ambele sensuri, si anume: la apropierea rotilor de

caroserie opun rezistenta mica; la departarea rotilor de caroserie opun rezistenta mai

mare

Amortizatoarele cele mai raspindite la automobile sunt cele sub forma telescopica,

clasificate in monotubulare si bitubulare, si care la rindul lor, pot fi de mai multe

tipuri.

Cele mai folosite sunt amortizoarele bitubulare, care, in comparatie cu cele

monotubulare, au o lungime mai redusa si o durata de functionare mai mare.

AMORTIZOARELE BITUBULARE (PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE):

Fig. 7. Amortizorul telescopic bitubular.

18

In figura 7. este prezentata 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 5,

de partea nesuspendata. Tubul interior 4 (cilindrul de lucru) este umplut cu lichid

special pentru amortizoare.

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 decit volumul lichidului impins in jos, 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 creata 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. Oparte din lichid (egala cu volumul tijei introdul 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.

AMORTIZOARELE MONOTUBULARE (PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE):

In comparatie cu cel bitubular are, la diametre exterioare egale, un diametru al

pistonului mai mare, fiind mai usor si avind o racire mai buna.

In camera de comtensare se introduce azot sub presiunea de circa 2,5 N/mm2. Perna

de aer este separata de lichidul de amortizare prin intermediul pistonului flotant.

Compensarea volumului, datorita miscarii lui la cursa de comprimare, se obtine prin

comprimarea pernei de gaz si deplasarea pistonului flotant in sus. La cursa de

destindere, deplasind pistonul flotant in jos. Orificiile de trecere si supapele de

descarcare sunt montate in piston.

Datorita elasticitatii camerei de compensare, amortizorul indeplineste si rolul de

element elastic suplimentar.

Calculul coeficientului mediu de rezistenta a amortizorului cu supapele

deschise:

19

C=

(cd + cc) =

(3060 + 1020)=2040[N*s/m] unde:

Cd= 3060 [N*s/m] - cursa de destindere;

Cc=1020[N*s/m] - cursa de comprimare.

Cd=(2..5)*cc=3*cc=3*1020 = 3060 [N*s/m]

Forta de amortizare:

Fa=c1* =10200 * =2550[N];

Unde: c1=1,5*c/Vcr =1,5 *

= 10200

Forta critica de amortizare la cursa de destindere:

Fcrd=1,5*cd*Vcr=1,5*3060*0,3=1377 [N];

Forta critica de amortizare la cursa de comprimare:

Fcrc=1,5*Cc*Vcr = 1,5 * 1020 * 0,3=459 [N] .

Dupa determinarea caracteristicii de amortizare la roata automobilului,trebuie sa

se treaca la caracteristica efectiva a amortizorului , tinand seama de dispunerea

acestuia in suspensie.

Fa=Fr*

=5233,63 *

=10492,81 [N];

Vp=1/I *Vr *cosβ =0,23 [m/s];

C=

= 8129,29[N*m/s].

Sectiunea minima necesara a pistonului

Sp=1,25* * I * Gs=1,25* *2*4561,65=11,4~~12[ ];

Gs=18246,6/4=4561,65 [N];

Gs=greutatea suspendata;

Dimensiunea pentru diametrul pistonului

dp=30 [mm];

20

Diametrul tijei pistonului

dt=dp*0,49=14,7[mm];

Diametrul exterior al tubului rezervor

de=dp*1,62= 48,6 [mm];

Lungimea ghidajului pistonului

lg=dp*0,41 = 12,3[mm];

Lungimea pistonului

lp=dp*0,66= 19,8~~20 [mm];

Aria cilindrului:

Acil=π*dp*(

+ lp)=32,9 [ ];

Aria orificiului calibrat:

a=√

= 0,029 [ ]

unde: =0,7[g/ ]=greutatea specifica a lichidului;

µo=0,7-coeficient de forma al orificiului;

g=980[cm/ ]-acceleratia gravitationala

Solutii constuctive:

21

Punte fata Audi

Punte spate Audi

22

Punte spate Audi A6 quattro

Punte fata Audi R8

23

Punte fata + spate Audi A3 Cabrio

Punte spate motoare BMW seria 3

24

Suspensie Audi R8

Punte fata motoare Volkswagen Golf V

25

1) Gh. Fratila si altii, «Automobile.Cunoastere, intretinere si exploatare.»

Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 2001, pag.455.

2) www.wikipedia.org