Elemente de constructie si de calcul pentru arcurile in foi (arcurile lamelare)

Elemente de constructie si de calcul pentru arcurile in foi (arcurile lamelare)

1.Constructia arcurilor in foi

Avantajele principale ale arcurilor lamelare sunt:

indeplinesc singure functiile de element elastic al suspensiei, element de amortizare si dispozitiv de ghidare al puntii sau al rotii, complect sau numai partial (este dublat de o bara de reactie);

are o constructei simpla si ieftina;

se poate repara cu usurinta.

Ca dezavantaje se mentioneaza:

masa proprie mare (este cel mai greu element elastic);

durabilitate redusa (s-a demonstrat experimental ca rezistenta la oboseala a arcului din foi este de 4 ori mai mica decat a barei de torsiune echivalente; la automobilele obisnuite, exploatate in conditii bune, durata de functionare este de 100 - 150 mii de km).

In prezent arcurile in foi se folosesc la autocamioane si la autoutilitare.

Tipuri de arcuri in foi folosite in constructia suspensiei automobilului sunt prezentate in tabelul 7.1.

Tabelul 7.1.Tipuri de arcuri in foi

Constructii reprezentative de suspensii pentru autocamioane cu arcuri in foi sunt prezentate in figurile 7.9, 7.10 si 7.11.

Fig.7.9.Arc in foi montat in sistem balansier pentru o punte motoare dubla de autocamion: 1-bara de reactie superioara; 2-bara de reactie inferioara; 3-arc in foi; 4-articulatia centrala a balansierului; 5-carterul puntii motoare; 6-suportul fixat pe carter pentru ghidarea laterala a capatului arcului (arcul preia astfel reactiunile laterale)

(d)

Fig.7.10.Suspensii cu arcuri cu foi si elemente elastice suplimentare: 1-element elastic suplimentar cu arc din foi; 2-arcul principal cu foi al suspensiei; 3-tampon limitator de cursa superioara; 4-reazem pentru arcul cu foi suplimentar; 5-arcuri elicoidale corectoare; 6-prindere elastica cu perne din cauciuc pentru capetele arcului principal; a-suspensie cu arc suplimentar din foi; b-suspensie cu lamele suplimentare; c-suspensie cu arcuri elicoidale corectoare (suspensie Gregoire); d-suspensie mixta cu arc lamelar si element pneumatic tip burduf cu doua camere prevazuta cu bare superioare de reactie

Suspensia cu arcuri elicoidale corectoare care functioneaza in paralel cu arcul lamelar principal este avantajoasa cand masa suspendata nu variaza in limite largi. Cele doua arcuri elicoidale legate de un pendul de egalizare anuleaza incovoierea suplimantara a arcului lamelar. Caracteristica elastica este progresiva, iar loviturile la capat superior de cursa sunt anulate. Suspensia este prevazuta cu bara stabilizatoare.

Fig.7.11.Suspensie cu arc lamelar nesimetric pentru o autoutilitara: 1-arc lamelar; 2-tampon superior limitator de cursa; 3-amortizor; 4-arc cav din cauciuc pentru marirea rigiditatii la suprasarcini

Durata de functionare a suspensiei cu arcuri lamelare este influentata in mare masura de uzura articulatiilor, aceasta fiind de 2 - 4 ori mai mica decat cea a arcului propriuzis; se constata tendinta ca articulatiile cu bucse din bronz sa fie inlocuite cu bucse din cauciuc sau din materiale plastice care nu necesita ungere.

Constructia articulatiilor si a suportilor fixati pe longeroanele cadrului este prezentata in figura 7.12.

Fig.7.12.Constructia articulatiilor pentru arcurile lamelare: a-articulatie elastica cu perne din cauciuc fara deplasare axiala; b-idem cu deplasare axiala; c-articulatie cu cercel si buce din cauciuc; d-articulatie fixa cu bucse din cauciuc; e-articulatie fixa cu bucsa metalica; 1-limitator elastic axial; 2-perna din cauciuc; 3-bolt; 4-bucsa din cauciuc.

Asamblarea pachetului de foi cu bridele intermediare, forma ochiurilor de la capetele lamelelor si forma capetelor pentru lamelele scurte sunt prezentate in figura 7.13.

a.

b.

c.

Fig.7.13.Solutii constructive pentru arcul lamelar: a-asamblarea foilor prin bridele intermediare; b-ochiurile de prindere; c-capetele foilor

Arcul cu foi parabolic are grosimea foilor variabila (scade de la mijloc spre capete), numarul foilor este mult mai mic, iar lungimea lor este egala. Foile nu sunt in contact direct (intre ele atat la capete cat si la mijloc se monteaza garnituri speciale din materiale plastice), iar frecarea dintre lamele este eliminata. Efectul acestor solutii constructive este evidentiat in figura 7.14. Cele trei arcuri au aceleasi caracteristici de baza: lungimea 1650 mm, rigiditatea 200 N/mm, sarcina pe arc 33 kN.

Fig.7.14.Comparatie intre solutii constructive de arcuri cu foi.

Observatii:

1⁰ Arcurile parabolice pot inlocui in orice varianta constructiva de suspensie arcurile in foi.

2⁰ Principalul dezavantaj al arcului parabolic este dificultatea laminarii foilor de arc cu grosime variabila, riguros controlata.

Variatia rigiditatii arcului in foi (caracteristica elastica progresiva) se poate obtine prin variatia lungimii de lucru a arcului, adica prin inlocuirea articulatiilor de capat cu reazeme alunecatoare profilate, preluarea fortelor longitudinale de reactie fiind realizata de foaia suplimentara 1, asa cum se arata in figura 7.15.

Fig.7.15.Arcul in foi cu rigiditate variabila: a-automobil fara sarcina utila; b-automobil cu sarcina utila; 1-foaie pentru preluarea fortelor longitudinale; 2-reazem fix profilat

Parametrii dimensionali principali pentru arcurile in foi sunt prezentati in figura 7.16 pentru arcul cu foi clasic, arcul cu foi principal cuplat cu un arc cu foi suplimentar, arc cu foi mixt (ultimile doua foi au grosime variabila).

Fig.7.16.Parametrii dimensionali principali ai arcurilor in foi

2.Calculul arcurilor cu foi

Relatiile pentru determinarea sarcinilor si a tensiunilor din arcurile cu foi sunt date in tabelul 7.2.

Tabelul 7.2.Calculul arcurilor cu foi

Relatiile de mai sus se complecteaza cu indicatiile din [3], iar o metoda complecta de calcul este data in lucrarile: Arcuri si inele - Culegere de standarde comentate, Bucuresti, 1999, respectiv standardele STAS 9943-81, STAS E 12782-90 (ultimul are si exemple de calcul) si Ponomariov, S.A. s.a. Calculul de rezistenta in constructia de masini, vol.1, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1964.

Pentru arcurile parabolice, grosimea teoretica in lungul lamelei rezulta din conditia tensiunii constante, folosind modelul de calcul din figura 7.17.

Fig.7.17.Modelul de calcul pentru arcul parabolic

(7.8)

unde h₀ este grosimea lamelei in planul de incastrare; aceasta nu se realizeaza niciodata in practica decat aproximativ, deoarece la mijlocul lamelei este necesara portiunea de incastrare l₀, iar la capatul lamelei este nevoie de o grosime h^' pentru preluarea fortei exterioare in conditii normale.