SOLUȚII CONSTRUCTIVE DE SISTEME DE DIRECȚIE

Suci Dragoș Sorin

Abstract: The steering system is designed to withstand the stress of safely maneuvering the vehicle through any type of possible condition at the time of driving. The purpose of the steering system is to provide directional control of the vehicle with minimum input. This paper analysis several steering system from multiple points of view. The document highlights the most common steering systems and how they are mounted on vehicles with independent suspension systems. It focuses on manual(mechanical) steering system which have high residence, low maintenance cost and great efficiency.

I. Rolul sistemului de direcție și codițiile impuse acestuia

Sistemul de direcție are rolul de a înscrie și menține autovehiculul pe traictoria comandată. Așadar, sistemul de direcție servește la modificarea direcției de deplasare a automobilului schimbarea direcției de mers obținandu-se prin schimbarea planului (bracarea) roților de direcție in raport cu planul longitudinal al autovehiculului.

Condiţiile impuse sistemului de direcţie sunt: să asigure o bună ţinută de drum (capacitatea acestora de a menţine direcţia de mers în

linie dreaptă); să permită stabilizarea mişcării rectilinii (roţile de direcţie, după ce virajul a fost

efectuat, să aibă tendinţa de a reveni în poziţia mersului în linie dreaptă); efortul necesar pentru manevrarea direcţiei să fie cât mai redus; să aibă un randament direct ridicat (pierderi mici de la transmiterea puterii de la

mecanismul de acționare – de obicei volanul – la roți); să aibă un randament invers redus (să fie suficent de ireversibil) pentru a atenua

șocurile ce provin de la rularea roților de direcție, care se transmit catre mecanismul de acționare (volan), dar nu atât de ireversibil incât să elimine “simțul direcției” sau să contravină stabilizării mișcarii;

să permită reglarea şi întreţinerea uşoare; să nu prezinte uzuri excesive care pot duce la jocuri mari şi, prin aceasta, la micşorarea

siguranţei conducerii; unghiurile de așezare a roților sa se modifice cat mai puțin pe timpul executarii

virajului; să permită realizarea unor raze de viraj cât mai reduse; să permită o manevrare rapidă a direcției să asigure progresivitatea eforului la volan o dată cu creșterea vitezei de deplasare

(eforturi mici de manevrare la viteze reduse de deplasare si eforturi mai mari la viteze ridicate, pentru a evita bruscarea involuntară a direcției la vitezele mari de deplasare;

să elimine oscilațiile unghiulare ale roților de direcție in jurul pivoților fuzetei (fenomenul shimmy), care provoaca instabilitate și uzuri ale sistemului de direcție;

să necesite același unghi de rotație a volanului (de la poziția de mers rectiliniu) pentru acceași rază de viraj spre stânga și spre dreapta;

să permită înclinarea roților în viraj pentru a evita deraparea acestora; să asigure compatibilitatea sistemului de direcție cu suspensia (oscilațiile suspensiei să

nu provoace oscilații ale roților de direcție); să asigure o cinematica corecta a virajului; să aibă o construcție simplă și să prezinte o durabilitate cât mai mare;[2]

II. Compunere și clasificare

Sistemul de direcție este compus din:1. volan (elementul de comandă) și arborele volanului (transmisia de comandă);2. mecanismul de acționare;3. transmisia direcției (transmisia de forță).Clasificarea sistemelor de direcție se face dupa urmatoarele criterii:

A. După locul de dispunere al volanului respectiv al postului de conducere: volan și post de conducere pe stanga pentru circulația pe partea dreaptă; volan și post de conducere pe dreapta pentru circulația pe partea stangă;

B. După locul unde sunt plasate roțile de direcție: la automobilele cu două punți, pot fi directoare roțile punții din față, ale punții din

spate, sau ale ambelor punți;  la automobilele cu trei punți pot fi roți directoare roțile punții din față, ale punții din

față și ale punții din spate, sau ale punții din fată și ale punții din mijloc; la automobilele cu patru punți cea mai uzuală soluție este cu roți directoare pentru

primele două punți, dar pot fi adoptate si alte configurații;C. După tipul și angrenajul mecanismului de acţionare:

după valoarea raportului de transmitere: cu raport de transmitere constant sau variabil; după tipul angrenajului folosit: cu melc globoidal și rola, cu șurub și piulita, cu șurub

piulița și bile recirculate, cu pinion și cremalieră etc;D. După existența funcţiei de servoasistare:

fară servodirecție; cu servodirecție hidraulică și acționare a pompei de către MAI sau cu motor electric; cu servoasistare electrică;

E. După dispunerea mecanismului de acționare față de transmisia direcției: mecanism de acționare integrat în trapezul de direcție; mecanism de acționare separat de trapezul de direcție;

F. După construcția punții de direcție: sistem de direcție pentru punte de direcție rigidă; sistem de direcție pentru punte de direcție fractionată.

III. Soluții constructive pentru punți fracționate

Din cauza faptului că automobilele moderne sunt dotate cu suspensii independente sistemele de direcție au unele particularitați față de cele montate pe autovehiculele cu punți rigide. În continuare se vor prezenta doar soluții constructive ce pot fii montate pe autovehicule cu susprensie independentă.

În cazul automobilelor cu puntea din față fracționată cu suspensie independentă, bara transversală este fracționată în două sau chiar trei părți, iar rolul trapezului de direcție este preluat de doua sau chiar trei mecanisme cu bare dispuse transversal între roți.

Se adoptă fracționarea barei transversale în mai multe bucăți pentru a permite separat fiecărei roți oscitații pe verticala.

În figura 1 este prezentată construcția sistemului de direcție pentru o punte fracționată, cu mecanismul de acționare integrat în transmisia direcției (levierul de comandă cu arborele său formează latura din stanga a patrulaterului central) și cu transmisia direcției cu patrulater central.

Fig.1. Constructia sistemului de directie cu patrulater central: 1-portfuzeta; 2-fuzeta; 3- levierele fuzetelor; 4-bieleta dreapta; 5-levierul din dreapta al patrulaterului central;

6-levierul de comanda; 7-mecanismul de acționare; 8-bara transversala de direcție (bara de conexiune); 9- bieleta din stanga.[3]

1. Mecanisme de acționare a direcției

Mecanismele de acționare a direcției se clasifică în funcție de tipul elementului conducător și condus prin care se transmite momentul de la volan la axul levierului de direcție. Ca element conducător se utilizează: melcul cilindric, melcul globoidal, șurubul sau roata dințată; iar ca element condus poate fi utilizat: sectorul dințat, sectorul elicoidal, rola, manivela, piulița sau cremaliera.

În prezent cele mai răspandite sunt mecanismele de acționare cu melc globoidal și rolă și cu pinion și cremalieră.

Fig.2. Mecanism de acționare cu pinion și cremalieră[3]

2. Transmisia direcției în cazul punții articulate

În figura 3 este reprezentată transmisia direcției, la care mecanismul de acționare 1 imprima levierului de direcție 2 o mișcare de rotație ce se transmite pârghiei unghiulare 3, care este articulată de bara transversală de direcție, compusă din două parți 4 și 5.

Fig. 3. Transmisie direcție[3]

În soluția din figura 4 bara transversală de direcție se compune dintr-o parte centrală 1 și doua parți laterale 4, legate la brațele fuzetelor 5. Transmisia direcției mai cuprinde levierul de direcție 2 (elementul conducator), care primește mișcarea de la caseta 3 și parghia pendulara 6.

Fig. 4. Transmisie direcție[3]

Bara transversală de direcție din figura 5 este compusă din două parți 2 și 5, legate cu capetele interioare de levierul central 3, iar cu cele exterioare de brațele fuzetelor 1 și 6. Elementul conducător îl constituie levierul de direcție 7, care prin intermediul barei 4, transmite mișcarea levierului central 3.

Fig. 5. Transmisie direcție[3]

În figura 6 este reprezentată transmisia direcției la mecanismul de acționare cu pinion și cremalieră, care este o variantă a transmisiei cu levier central. La această soluție levierul central, având o mișcare de rotație, a fost înlocuit cu cremaliera 1 având o mișcare de translație. De la cremalieră, mișcarea este transmisă barelor laterale (bieletelor) 2 ce sunt articulate de brațele fuzetelor.

Fig. 6. Transmisie direcție[3]

Pentru punţile din fată fracționate ale autoturismelor și ale autoutilitarelor ușoare, folosirea mecanismului de acționare pinion cremalieră este avantajoasă deoarece se simplifică construcția sistemului de direcție, prin integrarea mecanismului în transmisia direcției (cremaliera are rolul barei de conexiune). Este necesar însa un spațiu transversal pentru montarea mecanismului de acționare. Schema constructivă a unui sistem de direcție cu mecanism pinion-cremalieră este prezentată în figura 7.

Fig.7. Schema constructivă a sistemului de direcție cu mecanism de acționare pinion-cremalieră: 3-levierele fuzetelor; 7-articulații sferice cu tija cremalieră; 8-tijă cremalieră[3]

Montarea mecanismului de acționare pinion-cremalieră depinde de dispunerea legăturilor mecanismului cu elementele conjugate, așa cum se vede în figura 8.

Fig. 8. Legăturile mecanismului pinion-cremalieră: 1) pinion cu axă înclinată dispus în stanga și bielete articulate la capetele tijei cremalieră; 2) pinion central cu axă perpendiculară pe cea a cremalierei si bielete articulate la capetele tijei cremalieră; 3) pinion cu axă inclinată dispus

în stanga și bielete lungi articulate în partea centrala a tijei cremalieră.[3]

Montarea mecanismului pinion-cremalieră depinde de ampasarea grupului motor-transmisie, de consțructia punții din față, de traseul posibil pentru arborele volanului. În plan vertical cremaliera poate fi montată sub axa roților, în planul axei roților, sau deasupra axei roților. În plan orizontal cremaliera poate fi montată în spatele axei roților și levierele fuzetelor dispuse spre față, în fața axei roților și levierele fuzetelor dispuse spre spate, sau puțin în fața axei roților și levierele fuzetelor dispuse spre față, așa cum se vede in figura 9.

Fig. 9. Montarea mecanismului pinion-cremalieră în plan orizontal[3]

Bibliografie

1. FRAȚILĂ, GH; FRAȚILĂ, M; SAMOILĂ, ST. Automobile. Construcție, întreținere și reparare, Editura didactică și pedagogică, București 2011.

2. MARINESCU, M. Teoria, calculul și constricția transportoarelor blindate pe roți, Editura Academiei Tehnice Militare, București, 2006

3. http://documents.tips/documents/sistemul-de-directie-55cac6bf1f706.html (Accesat 8 mai,2016)

Academia Tehnica Militară, Facultatea de Mecatronică şi Sisteme Integrate de Armament, Departamentul de Autovehicule Militare si Transporturi.