Stabilitatea rotilor de directie

Stabilitatea rotilor de directie

Prin stabilitatea rotilor de directie se defineste proprietatea acestora de a-si pastra directia rectilinie de deplasare sau de a reveni la aceasta pozitie, dupa efectuarea schimbarilor de directie, fara interventia conducatorului automobilului. Nerespectarea acestor caracteristici conduce la cresterea efortului de conducere si la micsorarea sigurantei in deplasare.

Pentru asigurarea stabilitatii rotilor directoare pivotii si fuzetele lor se monteaza cu anumite inclinari fata de verticala si orizontala.

Constructiv pivotii se monteaza cu urmatoarele 2 unghiuri:

1.-unghiul de inclinare longitudinala a pivotului sau unghiul de fuga;

2.-unghiul de inclinare transversala a pivotului sau unghiul de stabilitate.

Constructiv fuzetele se monteaza cu urmatoarele 2 unghiuri:

1.-unghiul de cadere sau unghiul de inclinare a rotii in plan transversal;

2.- unghiul de convergenta sau unghiul de inclinare a rotii in plan orizontal;

1. Unghiul de inclinare longitudinala a pivotului-

Unghiul de inclinare longitudinala a pivotului β sau unghiul de fuga este unghiul format de axa pivotului P cu verticala, masurat in planul longitudinal al automobilului, in asa fel incat prelungirea axei pivotului sa intalneasca calea de rulare in punctul B, situat inaintea punctului A, fig.1.. Marimea unghiului de inclinare longitudinala a pivotului poate fi exprimata si prin marimea segmentului

a = r . sinβ.

β

P

V_a R

r_d

B A

a

Fig.1. Unghiul de fuga

Daca un automobil se deplaseaza in viraj, fig.2., in centrul sau de greutate c_g actioneaza forta centrifuga F_c echilibrata de reactiunile laterale Y₁ si Y₂, care actioneaza in suprafata de contact a rotilor cu calea de rulare. Datorita inclinarii longitudinale a pivotului reactiunea puntii fata Y₁, cu componentele sale Y_1s si Y_1d la rotile din stanga si din dreapta, creeaza un moment stabilizator M_s care tinde sa readuca rotile directoare la directia de mers rectiliniu, moment dat de relatia:

M_s = (Y_s + Y_d ) . a = (Y_s + Y_d ) . r . tgβ (1.)

Existenta unghiului de fuga face ca rotile de directie sa aiba tendinta sa revina singure la directia de mers rectiliniu, fara efort deosebit din partea conducatorului automobilului. Efectul de revenire a rotilor de directie la directia de mers rectiliniu este cu atat mai pronuntat cu cat valoarea acestui unghi este mai mare.

a Y_1d Y_2d

M_s

F_c F_cy

	Fcx

V_a

M_s

a Y_1s Y_2s

O

Fig.2. Momentul de stabilizare generat de unghiul de fuga

Dar cu cat unghiul de fuga este mai mare cu atat va fi mai mare efortul depus de conducatorul automobilului pentru a vira rotile de directie, acestea opunandu-se scoaterii lor din pozitia de mers rectiliniu. Din aceste motive unghiul de fuga are valori reduse (1⁰-7⁰), dar aceasta tendinta este, intr-o oarecare masura, compensata prin elasticitatea marita a pneurilor, la care centrul geometric al suprafetei de contact roata-drum, in care actioneaza reactiunea laterala Y, este in urma punctului in care axa pivotului intersecteaza calea de rulare.

2. Unghiul de inclinare transversala a pivotului-δ

Unghiul de inclinare transversala a pivotului-δ este unghiul format de axa pivotului cu verticala, masurat in planul transversal al automobilului, fig. 3.

Unghiul δ determina o micsorare a distantei b dintre centrul suprafetei de contact dintre pneu si calea de rulare si punctul in care axa pivotului intersecteaza calea. Prin aceasta se micsoreaza efortul depus de conducatorul automobilului pentru virarea rotilor directoare, efortul fiind cu atat mai mic cu cat unghiul de inclinare transversala a pivotului este mai mare.

In acelasi timp, datorita rotirii rotilor directoare in jurul axei pivotilor, ale caror axe sunt inclinate cu unghiul δ in raport cu verticala, rotile tind sa se deplaseze in jos, cu marimea h, conform figurii 4.(in figura s-a reprezentat roata rotita cu 180⁰). In realitate, la deplasarea automobilului pe cai de rulare nedeformabile, la virarea rotilor directoare se produce o ridicare a partii din fata, cu atat mai mare cu cat unghiul δ este mai mare.

δ

b

Fig.3. Unghiul de inclinare transversala a pivotului-δ

Datorita montarii inclinate a pivotilor cu unghiul δ, sub influenta greutatii care revine rotilor de directie, acestea vor avea tendinta de a reveni la directia de mers rectiliniu, cu atat mai intens cu cat unghiul δ este mai mare. Din acest motiv momentul stabilizator imprimat rotilor directoare de catre unghiul δ poarta denumirea de moment stabilizator de greutate. Fata de efectul stabilizator al unghiului de fuga, care depinde de viteza de deplasare a automobilului, efectul stabilizator dat de unghiul δ nu depinde de viteza. Valorile uzuale ale unghiului de inclinare transversala a pivotului sunt cuprinse in intervalul 3 - 9⁰.

δ

b h

Fig.4.Efectul de ridicare a puntii directoare datorat unghiului δ

3.Unghiul de cadere-α

Unghiul de cadere-α sau unghiul de carosaj, fig.5.,este unghiul format de axa fuzetei F a rotii directoare cu orizontala, masurat in planul transversal al automobilului. El mai poate fi definit ca fiind unghiul format de planul median al rotii cu un plan paralel cu planul longitudinal al automobilului masurat in plan vertical.

Existenta acestui unghi impiedica iesirea rotii directoare de pe fuzeta, prin aparitia unei forte axiale F_a de impingere ( de fapt componenta reactiunii verticale Z_r), care este preluata de lagarele rotii.

Ca si unghiul δ si unghiul de cadere α contribuie la micsorarea bratului b de rulare a rotii directoare, cu aceleasi efecte asupra actului de conducere al automobilului..

Ca efect negativ unghiul de cadere favorizeaza tendinta rotilor directoare de a rula spre exteriorul automobilului, pe arce de cerc a caror raza este egala cu lungimea generatoarei conului teoretic, fig.6., avand ca baza roata directoare.

Valorile uzuale ale unghiului de cadere sunt cuprinse in intervalul 0⁰30^I-1⁰30^I. Marimea unghiului de cadere se coreleaza cu marimea unghiului de convergenta, astfel incat la rularea rectilinie rotile directoare sa fie paralele.

α F δ

Z_r

α F_a

G_r G

b

Fig.5.Unghiul de cadere α

α

α

Fig.6.Conul format de roata directoare datorita unghiului de cadere

4.Unghiul de convergenta- γ

Unghiul de convergenta, fig.7., este unghiul format de axa fuzetei cu axa puntii directoare sau este unghiul format de planul median al rotii cu planul longitudinal al automobilului, masurat in plan orizontal.

Marimea unghiului de convergenta se exprima, in general, ca diferenta de cote B-A, masurate in plan orizontal, intre jenti, in fata si in spatele puntii fata.

Unghiul de convergenta este necesar pentru a compensa tendinta de deschidere a rotilor directoare, pentru ca la mersul rectiliniu rotile directoare sa fie paralele.

La automobilele la care puntea directoare este si punte motoare unghiul de convergenta are valori negative (roti divergente), fig.8., deoarece forta la roata, F_r creeaza, in raport cu axa pivotului, un moment de inchidere M_i= F_r . b, care tinde sa inchida rotile de directie pe sensul de inaintare a automobilului.

γ V_a γ

A

γ γ

B

Fig.7.Unghiul de convergenta

La automobilele la care puntea directoare este punte nemotoare unghiul de convergenta este influentat de actiunea rezistentei la rulare R_r , care favorizeaza aparitia unui moment de deschidere a rotilor directoare, M_d= R_r . b, fig. 9..

M_i

-γ

V_a

b

			Fig.8. Actiunea fortei la roata asupra unghiului de convergenta

F_r

M_d

γ

b V_a

					Fig.9. Actiunea rezistentei la rulare asupra unghiului de convergenta

R_r

Valorile medii ale unghiului de convergenta sunt cuprinse in limitele γ =0⁰10^I-0⁰30^I.

Valori ridicate ale unghiului de convergenta conduc la uzura exagerata , pe banda exterioara, a pneurilor si la cresterea consumului de combustibil al automobilului, prin cresterea rezistentei la inaintare. Rotile directoare " foarte convergente" (foarte inchise) sau rotile directoare " foarte divergente" (foarte deschise) lucreaza ca si cum conducatorul automobilului ar actiona permanent, cu o forta de apasare redusa, pe pedala de frana

In afara alegerii corespunzatoare a valorilor optime ale unghiurilor de montaj ale pivotilor si fuzetelor rotilor de directie un rol foarte important in folosirea automobilului de catre beneficiarii sai il au conditiile constructive prevazute, de reglare si mentinere a acestor unghiuri in limitele normale. Daca pentru constructorul de automobile este primordial sa asigure valorile cele mai potrivite pentru unghiurile pivotilor si ale fuzetelor, pentru "beneficiarul"automobilului mai este important sa aiba si posibilitatea aducerii acestor unghiuri in limitele indicate de catre constructorul de automobile, in cazurile in care este nevoie de acest lucru.

Din acest compromis au rezultat diverse variante intalnite in practica, in sensul ca este de dorit ca unghiurile sa poata fi reglate cu cat mai putine modificari constructive, costisitoare la productia de serie. Singurul unghi reglabil la toate automobilele este unghiul de convergenta (reglarea se face din capetele de cremaliera sau din bieletele de directie cu lungime variabila la autoturisme, sau din capetele de bara la autocamioane si autobuze). Sunt numeroase modele de autoturisme la care se mai poate regla unghiul de fuga si, mai rar, unghiul de cadere sau unghiul de inclinare transversala a pivotului. De cele mai multe ori ultimele doua unghiuri sunt constructive, nereglabile.