Calculul şi construcţia autovehiculelor

Sistemul de direcţie

Memoriu tehnic• 1. Generalitãţi

Sistemul de direcţie asigură maniabilitatea automobilului, adică capaciatea acestuia de a se deplasa în direcţia comandată de către conducător, respectiv de a executa virajele dorite şi de a menţine mersul rectiliniu, atunci când virajele nu sunt necesare. Schimbarea direcţiei de mers se obţine prin schimbarea planului (bracarea) roţilor de direcţie în raport cu planul longitudinal al autovehiculului. Sistemul de direcţie trebuie să asigure automobilului o bună manevrabilitate şi stabilitate. Obţinerea unor direcţii stabile presupune că în afara aprecierii transmisiei direcţiei este necesar să se ţină seama de autovehicul în ansamblu şi în special de poziţia roţilor de direcţie. Un sistem de direcţie este considerat stabil dacă la deplasarea în curbă apar momente de redresare (stabilizare) care tind să readucă roţile de direcţie la poziţia de mers în linie dreaptă. Valoarea momentelor de redresare sunt în dependenţă directă cu valoarea unghiurilor de aşezare ale roţilor directoare.

• 1. axele rotilor

faţã; • 2. soldul axului; • 3. axa centrala a

directiei ; • 4. linia centrala

ax spate; • 5. polul de viraj; • 6. unghiul

diferenta directie Figură 1

Rulajul roţilor în curbe

• Sistemul de direcție este unul din mecanismele principale ale automobilului care are un rol hotărâtor asupra siguranței circulației, mai ales in condițiile creșterii continue a parcului de automobile și a vitezei lor de deplasare.

• 2. Cerinţe impuse

Unui sistem de direcţie a unui autovehicul se impun pentru buna funcţionare urmãtoarele cerinţe:– stabilizarea mișcării rectilinii (roțile de direcție după ce

virajul s-a efectuat să aibă tendința de a reveni in poziția corespunzătoare mersului în linie dreapta);

– să asigure manevrarea ușoară a direcției (efortul necesar pentru manevrarea direcției să fie cât mai redus);

– unghiurile de așezare a roților să se modifice cât mai puțin în timpul virării;

– să permită obținerea unei raze minime de viraj cât mai reduse;

– să aibă un randament direct cât mai ridicat şi un randament invers cât mai mic;

– să elimine oscilațiile unghiulare ale roților de direcție în jurul pivoților fuzetelor (fenomen cunoscut sub denumirea de shimmy și care produce uzura articulatiilor și pneurilor, precum și instabilitatea directiei);

– să fie suficient de ireversibil, astfel încât șocurile provenite din neregularitățile căii să fie transmise cât mai atenuate la volan;

– să permită o manevrare rapidă a direcției (unghiurile de rotație ale volanului să fie suficient de mici pentru a realiza o conducere sigură în raport cu viteza automobilului);

– să necesite același număr de rotații ale volanului (de la poziția roților de mers în linie dreaptă) pentru aceași rază de viraj la stânga sau la dreapta;

– să permită înclinarea roților în viraj, astfel încât să nu se producă alunecarea lor;

– sã asigure compatibilitatea direcției cu suspensia (oscilațiile suspensiei să nu provoace oscilațiile roților de direcție);

– să permită reglarea și întreținerea ușoare;– construcția să fie simplă, să nu producă blocări și să prezinte o

durabilitate cât mai mare.

• 3. Clasificarea sistemelor de directie

Dupã locul de dispunere a mecanismului de acţionare a direcţiei se deosebesc:– sisteme de directie pe dreapta – sisteme de directie pe stanga.

Volanul de directie este montat în partea opusa pe care se circula pentru a asigura conducatorului o vizibilitate cât mai bunã.

Dupã raportul de transmitere: – constant – variabil

Dupã tipul angrenajului sunt sistemele de direcţie se pot clasifica – mecanisme cu melc (Figura 2)– mecanisme cu şurub,– mecanisme cu manivelă– mecanisme cu roţi dinţate;

În funcţie de tipul comenzii:– mecanică– mecanică cu servomecanism (hi draulic, electric,

activ)

După particularităţile transmisiei direcţiei:– poziţia trapezului de direcţie în raport cu puntea din faţă:

• anterior;• posterior;

– construcţia trapezului de direcţie:• cu bară transversală de direc ţie dintr-o bucată;• cu bară transversală de direc ţie din mai multe părţi;

După locul unde este plasat sistemul de direcţie :– direcţie la puntea din faţă;– direcţie la puntea din spate;– la ambele punţi;

Dupã tipul de asistare al direcţiei :– asistarea hidraulică;– asistarea electro-hidraulică;– asistarea electrică;

4. Sisteme de direcţie clasice. Pãrti componente. Funcţionare • În Figura 2 se prezintã schema unui

sistem de direcţie al unui automobil cu roţi cu suspensie dependentã. El se compune din:

• 1 - volanul, • 2 - axul volanului, • 3 - melcul, • 4 - sectorul dinţat, • 5 - levierul de direcţie, • 6 - bara longitudinalã de direcţie, • 7 - bara transversalã de direcţie, • 8, 14 - levierele fuzetelor, • 9,13 – fuzetele, • 10 - pivoţii fuzetelor, • 11 - braţul fuzetei, • 12 - osia propriu-zisã.

Figură 2Componenţa sistemului de

direcţie cu melc

Pentru a schimba planul roţilor de direcţie, conducãtorul va acţiona asupra volanului 1. De la volanul 1 mişcarea se transmite, prin intermediul axului volanului 2, la melcul 3, care angreneazã cu sectorul dinţat 4. Pe axul sectorulu dinţat se aflã levierul de direcţie 5, care este în legãtura cu bara longitudinalã de direcţie 6.

Prin rotirea sectorului dinţat, deci şi a levierului de direcţie, vara longitudinalã de direcţie va avea o mişcare axialã într-un sens sau altul, în funcţie de sensul de roaţie al sectorului dinţat. Bara longitudinalã de direcţie este articulatã cu levierul 5, iar în celãlalt capãt de braţul 11 al fuzetei. Braţul fuzetei este legat rigid de fuzeta 9, din parte stângã a automobilului, care se roteşte în jurul pivotului 10.

Prin deplasarea axialã a barei longitudinale de direcţie, braţul fuzetei va roti fuzeta şi odatã cu ea şi roata din stânga. Legãtura care existã între fuzeta 9 şi fuzeta 13, prin intermediul levierelor 8 şi 14 şi bara transversalã de direcţie 7 va produce şi rotirea fuzetei 13.

• În Figura 3 se prezintã construcţia mecanismului de acţionare cu şurub piuliţã manivelã, cu raportul de transmitere variabil. La partea inferioarã a axului volanului 1 se gãseşte montat şurubul 2, pe care se aflã piuliţa 3.

• Manivela 6 este montatã pe axul 4 al levierului de direcţie. La rotaţia volanului, piuliţa 3 se deplaseazã în lungul şurubului 2, iar manivela 6 împreunã cu levierul de direcţie 5 se rotesc cu un anumit unghi. La acest tip de mecanism se regleazã numai jocul axial al arborelui volanului.

• Datoritã frecãrilor dintre şurub şi piuliţã şi din articulaţia piulitei cu manivelã randamentul acestui mecanism este scãzut. Figură 3

Mecanismul de acţionare a direcţie cu şurub-piuliţã-manivelã

Figură 4 Mecanismul de acţionare al direcţiei cu pinion şi cremalierã

Mecanismul de acţionare cu pinion şi cremalierã (Figură 4) se utlizeazã destul de des la autoturismele cu suspensie independentã a roţilor şi barã transversalã de direcţie, astfel numãrul articulaţiilor trapezului de direcţie scade.Pinionul cu dinti înclinaţi 8 al axului volanului 5 este montat pe doi rulmenţi radiali axiali 7, al cãror joc se regleazã cu ajutorul unor garnituri monate sub capacul inferior al casetei de direcţie. Cremaliera 9 este realizatã pe o barã cu secţiune circularã, care este introdusã în teava de oţel 6. Într-un carter se monteazã pinionul, iar în altul se monteazã o bucşã în lungul cãreia se deplaseazã cremaiera. Suportul de bronz 3 asigurã angrenarea corectã între pinion şi cremalierã. Jocul angrenajului se stabileşte cu ajutorul garniturilor 2. În orificul din centrul suportului se monteaza plunjerul de bronz 4, care este apãsat de arcul 10, pe cremalierã.Mecanismele de acţionare a direcţiei cu pinion şi cremalierã au o reversibilitate mare. Pentru micşorarea ei, unele mecanisme de acest fel sunt prevãzute cu un arc de readucere care se opune rotirii volanului şi reduce din reversibilatea mare a acestui mecanism.

• 5. Sisteme de direcţie asistate. Pãrţi componente. Funcţionare– 1. Sistem de direcţie asistatã hidraulic

Componenţa şi funcţionarea unui sistem de direcţie acţionat hidraulic este prezentat în Figură 5. Atunci când volanul este manevrat coloana volanului transmite mişcarea la pinion şi acesta antrenează cremaliera. În aceleşi timp coloana volanului acţionează şi distribuitorul rotativ care deschide circuitul spre cilindrul hidraulic cu piston. Trebuie menţionat că pistonul este solidar cu cremaliera. În funcţie de sensul de rotire a volanului lichidul sub presiune ajunge în cilindrul hidraulic în dreapta sau stânga pistonului. Astfel peste forţa de acţionare a şoferului se suprapune forţa dată presiunea uleiului şi acţionarea direcţiei se face mult mai uşor. Dacă volanul nu se mişcă distribuitorul hidraulic revine la poziţia iniţială şi întrerupe curgerea uleiului spre cilindrul hidraulic. Practic, distribuitorul hidraulic se deschide numai când volanul se învârte.

Figură 5Sistem de direcţie asistat hidraulic

Un neajuns al acestui sistem de asistare se manifestăl la viteze mari. În această situaţie motorul are turaţia ridicată iar pompa hidraulică, care este antrenată de motor, furnizează uleiul la presiune ridicată şi ca urmare nivelul de asistare creşte. În consecinţă, la volan nu mai apare aproape nici o rezistenţă iar şoferul are senzaţia că a pierdut contactul cu drumul. Pentru evitarea acestui fenomen s-au realizat echipamente electronice care fac corecţiile necesare.

• 2. Asistarea electro-hidraulică (sistemul servotronic)La acest sistem un echipament electronic (Figură 6)

controlează nivelul de asistare în funcţie de viteza autovehiculului. Astfel la viteze mici nivelul de asistare este maxim iar la viteze mari asistarea este redusă şi ca urmare dispare senzaţia şoferului de pierdere a contactului cu calea de rulare.

Servodirecţia electro-hidraulică reprezintă o formă superioară a servodirecţiei hidraulice cunoscute deja. Diferenţa principală este reprezentată de propulsorul pompei hidraulice, care oferă presiunea necesară pentru asistenţa forţei sistemului de direcţie. La servodirecţia electro-hidraulică, electromotorul acţionează pompa, care funcţionează în funcţie de asistenţa necesară a forţei sistemului de direcţie. La viteze foarte reduse sau în cazul în care autovehiculul este staţionat, debitul pompei hidraulice creşte pentru a asigura o asistenţă superioară a forţei sistemului de direcţie. La viteze ridicate, turaţia scade, având în vedere că nu este necesară o asistenţă. Avantajele oferite de servodirecţia electro-hidraulică sunt reprezentate de confortul superior prin intermediul unei direcţii uşor de acţionat la efectuarea manevrelor, dar rigid la viteze ridicate, la care se adaugă reducerea consumului de carburant, având în vedere că energia este consumată în funcţie de necesităţi.

1 - vitezometru;2 - calculator de

bord; 3 - distribuitor

hidraulic rotativ; 4 - casetă de

direcţie cu pinion şi cremalieră;

5 - pompă hidraulică;

6 - rezervor de lichid;

7 - racord flexibil; 8 - coloana

volanului.;Figură 6

Mecanismul de direcţie asistat electro-hidraulic

• 3. Asistarea electrică

Servodirecţia electro-mecanică (Figură 7) reprezintă o direcţie cu forţă auxiliară reglată electric în funcţie de viteza de rulare care acţionează numai în cazul în care este necesară în beneficiul conducătorului auto. Aceasta nu dispune de componente hidraulice. Avantajul în comparaţie cu o servodirecţie hidraulică este reducerea consumului de carburant , a costului si intretinerii, oferind totodată o funcţie nouă de confort şi siguranţă: revenirea activă a direcţiei în poziţia mediană îmbunătăţeşte confortul, iar compensarea vântului lateral permite un confort suplimentar în beneficiul conducătorului auto în cazul unui carosabil înclinat într-o parte sau al unui vânt lateral constant

Figură 7Sistem de directie asistat electronic