1.1 Me Meha haniz nizmi mi za vođen vođenje je točko točkova va Mehanizam za vođenje točkova vezuje točkove i krute osovine za noseću konstrukciju vozila i omogućava potreban stepen pokretljivosti točkova i krutih osovina u odnosu na telo vozila. Ovaj mehanizam određuje putanju točkova u odnosu na telo vozila i obezbeđuje prijem i prenos sila između točka i tela vozila pri pogonu i kočenju. a. b. c.
Oslanjanje točkova može biti zavisno nezavisno i poluzavisno
a)
b)
c)
Zavisno oslanjanje Kod zavisnog oslanjanja levi i desni točak su povezani krutim neelastičnim elementom (najčešće krutom osovinom), pa pomeranje jednog točka neposredno utiče na pomeranje drugog točka. Mehanizmi za vođenje zavisno zavisno oslonjenih oslonjenih osovina osovina se projektu projektuju ju tako da omoguće omoguće dva stepena stepena slobode slobode kretanja kretanja:: translac translaciju iju u vertikalnom pravcu i rotaciju oko podužne ose vozila. Vođenje krutih osovina se ostvaruje vodećim polugama koje su zglobno vezane jednim krajem za osovinu, a drugim za noseću strukturu vozila. U najjednostavnijem najjednostavnijem obliku, vođenje osovina se može ostvariti neposredno preko lisnatih opruga koji u tom slučaju objedinjuju ulogu elastičnih oslonaca i vodećih poluga. Pomeni uticaj i prijem reaktivnih sila i momenata Zavisno oslanjanje se primenjuju na pogonskim i nepogonskim osovinama teretnih vozila, autobusa, nekih terenskih vozila i lakih dostavnih vozila. Primenjuje se i u putničkim automobilima starije koncepcije za oslanjanje zadnjih točkova.
1 2
3 2 2
Zavisno oslanjanje točkova sa tri uzdužne i jednom poprečnom (Panarovom) polugom: 1 - kruta osovina, 2 - uzdužne poluge, 3 - Panarova poluga (prima bočne sile); desno: kruta zadnja osovina
Nezavisno oslanjanje U sistemima nezavisnog nezavisnog oslanjanja, pomeranje jednog točka ne utiče na pomeranje drugog točka iste osovine – između točkova ne postoji kruta kinematička kinematička veza. Mehanizmi Mehanizmi za vođenje točkova omogućavaju omogućavaju kretanje koje približn približno o odgovara odgovara vertikal vertikalnoj noj translac translaciji. iji. Ukoliko Ukoliko su točkovi točkovi upravlja upravljački, čki, ovi mehaniz mehanizmi mi dopušta dopuštaju ju i zakretanje točka oko približno vertikalne ose. Nezavisno oslanjanje se primenjuje u putničkim i terenskim vozilima (na obe osovine) i lakim dostavnim vozilima (obično samo na prednjoj osovini). Od nedavno, pojavili su se primeri primene nezavisnog oslanjanja i na prednjoj osovini autobusa.
Mehanizmi za vođenje točkova se razlikuju po vrsti i broju poluga kojima se točak (nosač točka) vezuje i vodi u odnosu na telo vozila. Zadnji točkovi se vode tako da im je omogućeno kretanje u približno vertikalnom pravcu, dok se prednjim (upravljačkim) dopušta još jedan stepen slobode – zakretanje oko približno vertikalne ose. U primeni je veći broj tipova mehanizama za vođenje točkova. Kada su u pitanju putnička vozila za oslanjanje prednjih točkova se ubedljivo najčešće koristi Mekfersonov (MacPherson) mehanizam (za mala i vozila donje srednje klase skoro 100%), a osim njega u primeni su i dvostruko trouglo rame i tzv. "multi-link" mehanizam sa više vodećih poluga. Za osanjanje zadnjih točkova u putničkim vozilima najčešće se primenjuje prosto rotaciono rame (sa osom rotacije koja je upravna na podužnu ravan automobila), dvostruko trouglo rame, te različite verzije multi link mehanizma i Mekfersonovog oslanajanja. 4
1
2
2
3
3
Oslanjanje sa dvostrukim trouglim ramenom
Makfersonovo oslanjanje
Primeri nezavisnog oslanjanja prednjih točkova. 1 - gornje trouglo rame, 2 - donje trouglo rame, 3 - upravljačka spona, 4 - hidraulični prigušivač sa oprugom (ima ulogu elementa za vođenje točka)
Primer oslanjanja zadnjih točkova sa dvostrukim trouglim ramenom (Mercedes Benz M klasa)
Prednje nezavisno - Makfersonovo oslanjanje automobila sa prednjim pogonom (Mitsubishi Colt)
Primer putničkog automobila sa prednjim i zadnjim nezavisnim oslanjanjem
Poluzavisno oslanjanje Poluzavisno oslanjanje je oslanjanje kod kog su točkovi iste osovine povezani torziono elastičnim elementom koji je mek na uvijanje, a krut na savijanje. Pomeranje jednog točka delimično utiče na pomeranje drugog točka. Poluzavisno oslanjanje se sreće samo na zadnjoj nepogonskoj osovini putničkih automobila.
2 1
2
Poluzavisno oslanjanje točkova: 1 - torziono elastični element; 2 - uzdužne poluge
2. SISTEM ZA UPRAVLJANJE Sistem za upravljanje je deo donjeg postroja koji služi za održavanje i promenu pravca kretanja vozila. U savremenim drumskim motornim vozilima upravljanje se ostvaruje zakretanjem prednjih točkova oko približno vertikalne ose (a). Kada su u pitanju priključna vozila, upravljanje se obično vrši zakretanjem prednje osovine u celini (b).
a)
b)
Osnovni načini upravljanja vozilima: a) zakretanjem prednjih točkova, b) zakretanjem prednje osovine
Struktura sistema za upravljanje 1
2
3
4
KOMANDNI MEHANIZAM
UPRAVLJAČKI PRENOSNIK
POLUŽNI MEHANIZAM
UPRAVLJAČKI TOČKOVI
volan sa zglobnim vratilom
zupčasta letva, pužni prenosnik..., servo pojačivači
1
3
4 2
trapez upravljanja, spone (poluge)
4
Osnovni elementi sistema za upravljanje sa zupčastom letvom 1- volan sa zglobnim vratilom, 2- zupčasta letva, 3- poluge (spone)polužnog mehanizma, 4- upravljački točak
Sistem za upravljanje kod teretnog vozila (Volvo)
Upravljački prenosnik Zadatak upravljačkog prenosnika je da pojača silu sa volana potrebnu za zakretanje upravljačkih točkova i da okretanje volana pretvori u kretanje polužnog mehanizma. U putničkim i lakim dostavnim vozilima se gotovo bez izuzetka primenjuje upravljački prenosnik sa zupčastom letvom. Prenosnik sa zupčastom letvom je jednostavan i pouzdan i dobro se uklapa u polužni mehanizam. Princip rada: vratilo volana se vezuje za zučanik 1. Njegovo okretanje se transformiše u translatorno kretanje zupčaste letve koja preko poluga (spona) zakreće upravljačke točkove.
4 3
Upravljački prenosnik sa zupčastom letvom: 1 - zupčanik sa pogonskim vratilom; 2 - zupčasta letva; 3- potisni element; 4- upravljačke poluge (spone).
Za teža vozila se koristi upravljački prenosnik sa navojnim vretenom i kuglicama:
1 - navojno vreteno, 2 - kuglice, 3 - ozubljena navrtka sa kuglicama, 4 - zupčasti segment povezan sa upravljačkom polugom
Polužni mehanizam (trapez upravljanja) Polužni mehanizam ima zadatak da prenese kretanje sa upravljačkog prenosnika na točkove i da obezbedi pravilnu kinematiku zaokretanja točkova. Pri skretanju vozila sa većim uglovima zakretanja točkova, unutrašnji upravljački točak se zakreće za veći ugao nego spoljašnji, pa se polužni mehanizam izvodi u vidu trapeza.
Rad trapeza upravljanja pri skretanju vozila
Trapez upravljanja sa zupčastom letvom za nezavisno oslonjene upravljačke točkove. 1 - poluge (spone) mehanizma; 2 - nosač rukavca točka; 3 - upravljački prenosnik sa zupčastom letvom
(a)
(b)
Polužni mehanizmi i trapez upravljanja kod upravljačkih mehanizama sa navojnim vretenom i kuglicama a- vozila sa zavisnim oslanjanjem, b –vozila sa nezavisnim oslanjanjem
Elementi polužnog mehanizma se vezuju pomoću sfernih zglobova sa automatskim poništavanjem zazora:
A - klizni element B - pritisni element C - telo zgloba D - poklopac zgloba E - zaštitna gumena manžetna
Strukturna šema upravljačkog mehanizma
Kinematika zaokretanja sa jednakim uglovima zakretanja
Kinematska šema okretanja vozila sa jednim upravljačkim mostom
Trapez upravljanja
Trapez upravljanja iza (i ispred) osovine
Sistem za upravljanje
Princip rada sistema upravljanja
Izvedba sigurnosnog vratila upravljača
Šema pužnog prenosnika
Izgled pužnog prenosnika
Aksonometrijska šema zavojnog prenosnika
Zupčasti upravljački mehanizam
Crtež zavojnog prenosnika
Šema zupčastog prenosnika
Kombinovani prenosnik
Šeme različitih tipova trapeza upravljanja
Zglobovi mehanizama za upravljanje
Prenosni mehanizam teretnog motornog vozila
Prenosni mehanizam putničkog motornog vozila
Prenosni mehanizam hidrostatičkog upravljanja
Konstruktivne izvedbe rukavca upravljačkih točkova upravljačkog točka
Ugao zatura točkova
Uvlačenje vozila
Osnovni dijelovi upravljačkog sistema
kutna poluga
Kruta osovina s jednodijelnom poprečnom sponom
spona
zupčanik
spona
Zupčasta letva s dvodijelnom sponom
gumeni mijeh zupčanik stup upravljača
ulazni prorezi
spremnik ulja
aksijalni utor
—— upravljački prorez
spona
povratni prorez ________________
povratni utor dovod P
mostic povratni prorez
Upravljački prijenosnik sa zupčastom letvom i hidrauličkim servouredajem
spremnik ulja
s brzinomjer upravljački sklop i
Servotronic s hidrauličkim servo
3. SISTEM ZA KOČENJE Sistem za kočenje je deo donjeg postroja koji služi za usporavanje vozila (prema potrebi do zaustavljanja) i za obezbeđivanje od neželjenog pomeranja zaustavljenog - parkiranog vozila. Sistem za kočenje kinetičku energiju vozila u pokretu pretvara u toplotu. S
I S
R
T
A
E K MO
D
ČZ
NČ A
P
O
ĆM
O
P
A
R
K
I RČ
D
O
P
U
N Č S
AE
K
N
O
N
A
N
A
K
Č
Radna kočnica je deo kočnog sistema koji služi za zaustavljanje vozila u normalnim uslovima kretanja. Mora dejstvovati na sve točkove automobila Pomoćna kočnica je deo kočnog sistema koji preuzima ulogu radne kočnice u slučaju njenog otkaza, a najčešće i ulogu parkirne kočnice (npr. kod putničkih automobila). Parkirna kočnica je deo kočnog sistema koji služi za obezbeđivanje parkiranog vozila od neželjenog pomeranja.
A
Dopunska kočnica je deo kočnog sistema koji služi za usporavanje vozila na dugotrajnim nizbrdicama. Ugrađuje se na kamione i autobuse (najveće ukupne mase preko 9 t).
Kočnih sistemi vozila su predmet niza zakonskih i tehničkih normativa. U toj oblasti, efikasnost kočenja vozila se izražava preko tzv. kočnog koeficijenta koji predstavlja procentualni odnos ukupne sile kočenja prema težini vozila, što se može prikazati i kao odnos ostvarenog usporenja vozila prema ubrzanju zemljine teže. U zakonskim aktima, za različite tipove vozila, a za slučaj kočenja radnom i pomoćnom kočnicom, propisane su minimalne vrednisti kočnih koeficijenata da bi se vozilo moglo smatrati tehnički ispravnim: Minimalni kočni koeficijent l i i k b č o i n m t o u t p u a
l k i c o t o m
Radna kočnica Pomoćna kočnica
o o l n i t z e r o e v t
s u b o t u a
a n a č i l u z j l k o i r v P
35
55
45
50
45
-
25
20
25
15
U zakonu se takođe propisuje da pri upotrebi radne i pomoćne kočnice, razlika sile kočenja na točkovima iste osovine ne sme biti veća od 20%.
Struktura sistema za kočenje u putničkim i privrednim vozilima KOMANDNI MEHANIZAM -
nožni ručni
PRENOSNI MEHANIZAM -
hidraulički pneumatičk
-
hidropneu
i
matički
KOČNICE sa dobošem sa diskom -
Sistem za kočenje putničkog automobila: 1 - pedala kočnice, 2 - glavni kočni cilindar, 3 - rezervoar za ulje, 4 servo pojačivač, 5 - cevovod, 6 prednje kočnice, 7 - zadnje kočnice, 8 - komanda parkirne kočnice, 9 čelična užad parkirne/pomoćne kočnice
2.1 Kočnice Zadatak kočnica je da generišu sile trenja koje se protive obrtanju točka a time i kretanju vozila. Sile trenja se generišu između obrtnih elemenata kočnice, koji su vezani za točkove i njenih nepokretnih elemenata vezanih za neobrtne elemente vozila. Prilikom kočenja vozila u pokretu, kočnice apsorbuju kinetičku energiju vozila i pretvaraju je u toplotu. U primeni su dva osnovna tipa kočnica - doboš i disk, koje su naziv dobile prema obliku obrtnog elemenata kočnice.
Doboš kočnice Struktura i glavni delovi Glavne komponente doboš kočnica su obrtni doboš (2) za koji se vezuje točak, dve kočne papuče (1) sa frikcionim oblogama po obodu, povratna opruga (5) koja skuplja papuče po prestanku kočenja i nepokretna noseća ploča (4), sa osloncem papuča (6), koja se čvrsto vezuje za nosač točka u okviru mehanizma za oslanjanje. U vozilima sa hidrauličkom kočnom instalacijom, aktiviranje kočnice, odnosno širenje papuča, ostvaruje se pomoću hidrauličkog kočnog cilindra (3), dok se u vozilima sa pneumatičkom kočnom instalacijom, kočnica aktivira mehanički preko mehanizma sa bregom ili sa klinom koji je pogonjen pneumatičkim kočnim cilindrom. Pored pomenutih elemenata, u doboš kočnice se po pravilu ugrađuje i mehanizam za manuelno ili automatsko regulisanje zazora između papuča i doboša što je potrebno usled trošenja frikcionih obloga. 3
6 Doboš kočnica prostog dejstva (Simpleks)sa hidrauličkim aktiviranjem - osnovni elementi: 1 - papuča sa frikcionom oblogom, 2 - doboš, 3 - kočni cilindar, 4 - noseća ploča, 5 - povratna opruga, 6 - oslonac papuča na nosećoj ploči
Mehanizam za mehaničko aktiviranje doboš kočnice sa "S" bregom u vozilima sa pneumatičkom kočnom instalacijom a) neutralni položaj, b) aktivirana kočnica
Doboši se obično izrađuju od posebnog, tzv. frikcionog, sivog liva (ređe od nodularnog, čeličnog ili temper liva), a papuče i noseća ploča od presovanih i zavarenih čeličnih limova. Kočne obloge su složene smese više materijala formirane tako da obezbeđuju visok i stabilan koeficijent trenja i adekvatnu mehaničku čvrstoću i otpornost na habanje, visoke temperature i hemijski uticaj kočne tečnosti, vode, i nečistoća. Savremene frikcione obloge sačinjene su od veziva (npr. fenolnih smola ili kaučuka), ispune (npr. barita, liskuna, aluminijum-oksida ili metalnog praha od gvožđa, mesinga, bakra i sl.), vlaknaste strukture koja obezbeđuje čvrstoću obloga (organskih vlakana aramida, ugljenika ili poliakrilnitrila ili čelične vune) i tzv. frikcionih modifikatora za obezbeđenje stabilnog koeficijenta trenja (npr. antimon-sulfida, praha od formaldehidne smole, čestica metala i metalnih oksida i podmazujućih materijala kao što je grafit). Standardne obloge ostvaruju koeficijente trenja reda veličine oko 0.35 (granice koje se pominju u literaturi najčešće leže između 0.3 i 0.45). Obloge se vezuju za kočne papuče zakivanjem ili lepljenjem. Princip rada Prilikom kočenja, papuče se šire pod dejstvom sila aktiviranja koje generišu kočni cilindri, zakreću se oko oslonaca na nosećoj ploči i preko frikcionih obloga dolaze u kontakt sa unutrašnjom površinom doboša. Ostvarene sile trenja na dobošu su suprotnog smera od smera njegove rotacije, usled čega se ostvaruje kočenje. Doboš prima i odvodi u okolinu najveći deo (oko 95%) toplote stvorene pri kočenju. Veličine realizovanih sila kočenja zavise od veličine sila aktiviranja i koeficijenta trenja između doboša i frikcionih obloga na papučama, ali i od smera obrtanja doboša u odnosu na papuče. Naime, trenje na papuče deluje tako da teži da ih povuče u smeru obrtanja doboša, pri čemu rezultujuće sile trenja deluju ekscentrično (na kraku) u odnosu na obrtni oslonac papuča. Iz tih razloga, sile trenja stvaraju momente čije se dejstvo, zavisno od smera obrtanja doboša, može sabirati ili protiviti dejstvu sila aktiviranja od strane kočnih cilindara. Ukoliko je smer obrtanja takav da sile trenja deluju od vrha ka osloncu papuče, rezultujući momenti dopunski pritiskaju papuču ka dobošu, pa dolazi do (samo)pojačanja sile kočenja koju ostvaruje ta papuča, a takva papuča se naziva "nailaznom". U suprotnom, kada sile trenja deluju u smeru od oslonca ka vrhu papuče, rezultujući moment teži da odvoji papuču od doboša i umanjuje ukupnu silu pritiska između papuče i doboša, pa takva, "silazna", papuča ostvaruje manju silu kočenja. Za prosečne veličine koeficijenta trenja, nailazne papuče ostvaruju oko dva puta veću silu kočenja nego silazne. Tipovi doboš kočnica U primeni su četiri osnovna tipa doboš kočnica, koji se međusobno razlikuju po načinu na koji je izvedeno aktiviranje i oslanjanje papuča.
Simpleks
Dupleks
Duo-dupleks
Duo-servo
Šematski prikaz osnovnih tipova doboš kočnica
(1) Simpleks kočnice ili kočnice prostog dejstva su doboš kočnice sa jednim kočnim cilindrom sa dva klipa koji deluju na isti, obično gornji kraj papuča, dok se drugim (donjim) krajem papuče oslanjaju na nepokretni obrtni oslonac. Nezavisno od smera obrtanja doboša, u simpleks kočnicama jedna papuča je nailazna, a druga silazna, pa ove kočnice ostvaruju jednake performanse za oba smera kretanja vozila (sa promenom
smera kretanja papuče menjaju ulogu/karakter, pa ona što je bila nailazna postaje silazna i obrnutno). Kao pokazatelj efikasnosti kočnica obično se koristi odnos ostvarene obimne sile trenja prema sili aktiviranja. Za simpleks kočnice, za vrednost koeficijenta trenja između doboša i papuča oko 0.35, on je reda veličine oko 2. Doboš kočnice sa mehaničkim aktiviranjem preko S brega ili preko mehanizma sa klinom takođe spadaju u ovu grupu kočnica. (2) Dupleks kočnice ili kočnice dvostrukog dejstva se izvode tako da se na jednom kraju kočnice nalaze mehanizam za aktiviranje prve i obrtni oslonac druge papuče, dok se na suprotnom kraju nalazi oslonac prve i mehanizam za aktiviranje druge papuče. Zbog ovakve strukture, dupleks kočnice imaju dva kočna cilindra sa po jednim klipom. Usmerenost papuča u odnosu na smer rotacije doboša se usvaja tako da obe papuče budu nailazne pri kretanju vozila unapred. U takvim uslovima, a za istu silu aktiviranja, dupleks kočnice ostvaruju veće kočne sile nego simpleks kočnice - odnos sile kočenja prema sili aktiviranja je reda veličine oko 3. Sa druge strane, pri promeni smera obe papuče postaju silazne i kočnica ostvaruje značajno manju silu kočenja (koja je manja i od sile kočenja odgovarajućih simpleks kočnica). (3) Duo-dupleks kočnice su doboš kočnice koje su konstruisane tako da omogućavaju da obe papuče budu nailazne nezavisno od smera kretanja vozila. Rešavaju se sa dva kočna cilindra sa po dva klipa. U duo-dupleks kočnicama svaka papuča ima dva oslonca (na svakom kraju po jedan), sa kojima se alternativano spreže u zavisnosti od smera obrtanja doboša. Prilikom aktiviranja kočnice, u početku se svi klipovi ravnomerno šire. Međutim, kada papuče dođu u kontakt sa dobošem, klipovi ka kojima deluje sila trenja bivaju potisnuti nazad u kućište cilindra s obzirom da na njih deluje reaktivna sila koja je veća od sile aktiviranja (reaktivna sila je rezultanta zbirnog dejstva sile aktiviranja drugog kočnog cilindra i sile trenja između doboša i papuče). Zajedno sa uvlačenjem klipova, pomeraju se i papuče, koje preko odgovarajućih ispusta dolaze u kontakt sa obrtnim osloncima, obično izvedenim u vidu osovinica na nosećoj ploči kočnice. U nekim konstrukcijama se kao obrtni oslonci papuča koriste i sami klipovi kočnih cilindara. (4) Duo-servo kočnice, kao i simpleks kočnice, imaju jedan kočni cilindar sa dva klipa, ali se u odnosu na njih razlikuju po načinu oslanjanja papuča – papuče se preko posrednog elementa ili, ređe, direktno međusobno oslanjaju jedna na drugu. Na taj način, prilikom kočenja se reaktivna sila prenosi sa prve papuče na drugu. Kako je ova reaktivna sila veća od sile aktiviranja koju ostvaruju kočni cilindar, druga papuča biva pritisnuta većom silom nego prva i ostvaruje veće kočne sile. S obzirom da i prva i druga (jače pritisnuta) papuča rade kao nailazne, za datu silu aktiviranja, servo kočnice, u poređenju sa ostalim tipovima doboš kočnica, ostvaruju najveće sile kočenja – odnos sile kočenja prema sili aktiviranja za ovaj tip kočnica je oko 5. Kada su drumska vozila u pitanju, od svih opisanih tipova doboš kočnica, značajniju primenu nalaze samo doboš kočnice tipa simpleks. Razlog za to je što su one (zbog najmanjeg samopojačanja) najmanje osetljive na promene koeficijenta trenja između doboša i papuča i što su konstruktivno najjednostavnije, najjeftinije i najpodesnije za mehaničko aktiviranje (što se primenjuje za parkirne/pomoćne kočnice lakših vozila i u pneumatičkim kočnim sistemima privrednih vozila). Oblast primene Doboš kočnice se često sreću na zadnjoj osovini manjih putničkih vozila i na svim osovinama teretnih vozila i autobusa starije konstrukcije. U novijim privrednim vozilima njihova primena je uglavnom ograničena na sporohodna teretna vozila namenjena kretanju van tvrdih puteva (građevinske kamione i slično)
a)
b)
c)
d) Primeri izvedenih hidrauličkih doboš kočnica: a) simpleks, b) dupleks, c) duo-dupleks i d) duo-servo Hidrodinamički usporač