Organizarea Generala a Autovehiculului Si Incadrarea Acestuia Intr Un Segment de Piata

CUPRINS

Capitolul I -Organizarea generală a autovehiculului și încadrarea acestuia într-un segment de piață

1.1 Aspecte privind destinația autovehiculului

1.2 Introducerea și justificarea alegerii modelelor similare

1.3 Predeterminarea principalilor parametrii dimensionali și masici ai autovehiculului

1.4 Predeterminarea formei și a dimensiunilor spațiului util și a interiorului postului de conducere

1.5 Determinarea poziției centrului de masă al automobilului

1.6 Încărcarile pe punți. Alegerea pneurilor

Capitolul II-Studiul tehnic și economic al soluțiilor posibile pentru ansamblul de proiectat. Alegerea justificată și definitivarea soluției tehnice pentru ansamblul din tema de proiect

2.1 Generalitați privind sistemul de frânare

2.2 Construcția si funcționarea sistemului de frânare

2.3 Studiul tehnico-economic al soluțiilor posibile pentru frânele cu tambur

Capitolul III-Proiectarea generală a mecanismului de frânare

3.1 Dimensionarea de ansamblu a sistemului de frânare.Stabilirea forțelor și momentelor de frânare

3.2 Construcția și calculul sistemului de frânare.Calculul acționarii hidraulice

3.3 Procesul de frânare a autovehiculului

Capitolul IV-Diagnosticarea sistemului de frânare

4.1 Determinarea principalilor parametrii de diagnosticare

4.2 Metode de diagnosticare

4.3 Diagnosticarea generală a sistemului de frânare pentru modelele similare ale autovehiculului de proiectat

4.4 Diagnosticarea pe elemente pentru sistemele de frânare cu acționare hidraulică

Capitolul V-Proiectarea tamburului de frână

5.1 Analiza rolului funcțional, a condițiilor tehnice impuse piesei și a tenhologicitații acesteia

5.2 Alegerea materialului

5.3 Procesul tehnologic de prelucrare mecanică și control a piesei

Bibliografie

Capitolul I

Organizarea generală a autovehiculului și încadrarea acestuia într-un segment de piață

1.1 Aspecte privind destinația autovehiculului

Prin temă se impune proiectarea unui mecanism de frânare spate (tamburul de frână, pistonașe, saboți) pentru sistemul de frânare al unui autovehicul cu viteza maximă 170 km/h.

Autovehiculele cu aceste caracteristici sunt destinate oricărei categorii de vârstă în special persoanelor ce doresc un autovehicul ieftin,fiabil și cu performanțe dinamice ridicate.

Un studiu asupra modelelor similare arată că particularitațile constructive ale autovehiculelor ce respectă condițiile impuse prin temă au următoarele tendințe : motorul este amplasat în partea din față fiind dispus transversal, transmisia este manuală cu 5 sau 6 trepte, sistemul de frânare față cu discuri iar cel spate cu tambure.

Aceste autovehicule sunt ideale pentru familie asigurând eleganță și sigurantă deosebite, fiind dotate cu un interior spațios și confortabil.

In egală măsură se pot folosi și în segmentul de business constituind o alegere ideală datorită pretului de achiziție moderat, în jurul a 10.000 € , a costurilor de întretinere reduse și a fiabilitații foarte bune.

Din cauza vitezei maxime constructive relativ redusă și echipării cu motoare cu capacitate cilindrică mică aceste autovehicule nu dezvoltă performanțe dinamice extraordinare dar au avantajul consumului mic de combustibil fiind preferate de persoane ce locuiesc în mediul urban.

Totodată autovehiculele din acest segment de piață au avantajul unei economicitați bune, taxele si accizele fiind reduse datorită capacității cilindrice mici și a încadrarii într-o clasa de poluare foarte bună.

Având în vedere categoria prețului în care se incadreaza, aceast autovehiculul va fi destinat atât țarilor europene cu o piata auto avansata, ca Germania, Italia, Spania, dar și pentru piețele emergente din întreaga lume.

Modernitatea, prețul de achiziție moderat, spatiul interior și confortul oferit vor constitui principalele sale atuuri.

1.2 Introducerea și justificarea alegerii modelelor similare

Pentru stabilirea principalelor caracteristici ale autovehiculului ce urmează a fi proiectat sau a unor parți componente ale acestuia este necesară studierea pieței deja existente și compararea cu un număr de modele similare de la diverși producători .

Tabel 1.1 Particularitați constructive

În ceea ce priveste analiza particularitaților constructive ale modelelor similare s-au constatat următoarele tendințe: Motorul este amplasat la toate modelele în partea din față a automobilului fiind dispus transversal, transmisia este manuală, numărul de trepte variază între

5 si 6. Toate aceste autovehicule sunt echipate cu motoare cu aprindere prin scânteie (M.A.S) având capacitatea cilindrică între 0,9 si 1,6 l și puterea între 48 si 80 kW.

Ele prezintă un sistem de frânare față cu discuri și sistem de frânare spate cu tambur.

Tabel 1.2 Parametrii dimensionali ai modelelor similare

Tabel 1.3 Principalii parametrii masici ai autovehiculelor

1.3 Predeterminarea principalilor parametrii dimensionali și masici ai autovehiculului

Pentru predeterminarea principalilor parametrii dimensionali și masici ai autovehiculului ce respectă condițiile impuse prin temă se poate utiliza metoda histogramelor, metodă ce are la bază studiul cu ajutorul interpretării grafice.

Distribuția valorilor parametrilor e evidențiată în funcție de numărul de modele similare. Dimensiunea acestor subintervale diferă în functie de parametrul analizat și are la bază urmatoarea relatie:

(1.1)

unde:

-Δx –reprezintă dimensiunea subintervalului de observare;

– xmax , xmin – valoarea maximă, respectiv minimă a parametrului pentru care se calculează dimensiunea subintervalului

-n – numărul de modele similare la care se cunoaste mărimea parametrului analizat

După determinarea valorii subintervalului de observare se calculează numarul de subintervale de observare cu relatia:

(1.2)

Cunoscând aceste doua valori, dimensiunea subintervalului (Δx) și numărul de subintervale (k), se vor trasa histogramele în care se vor evidenția numărul de modele similare care au valoarea parametrului analizat cuprinsă între limitele fiecarui subintervalului de observare.

1.3.1 Predeterminarea principalilor parametrii dimensionali

Pentru un număr de modele similare n = 16 se aplică formula 1.1 pentru parametrii dimensionali și se obtin următoarele dimensiuni de subintervale pentru :

-Ampatament (L) :

-Ecartament fata (E1) :

– Ecartament spate(E2) :

-Consola față(C1) :

-Consola spate(C2) :

-Lațimea totală (la) :

-Inălțimea totală (Ha) :

-Garda la sol (hs) :

Pentru determinarea valorii subintervalului de observare se folosește formula (1.2), astfel:

Centralizarea dimensiunilor intervalelor de observare și a numarului de intervale pentru analiza parametrilor dimensionali este prezentată in tabelul 1.4.

Tabelul 1.4 Dimensiunile intervalelor de observare

Fig. 1.1 Distribuția valorilor ampatamentului în funcție de modelele alese

Conform figurii 1.1 se observă că cea mai mica valoare a ampatamentului o are autovehiculul Hyundai i10 -2385 mm, iar cea mai valoare o are modelul Citroen C-Elysee-2655 mm. Pentru autovehiculul ce urmează a fi proiectat se alege o valoare a ampatamentului de 2500 mm .

Fig. 1.2 Distribuția valorilor ecartamentului față în funcție de modelele alese

Conform figurii 1.2 se observă că ecartamentul față al autovehicului ce urmează a fi proiectat se află în intervalul 1460-1490 mm, valoarea aleasă fiind de 1475 mm.

Fig 1.3 Distribuția valorilor ecartamentului spate în funcție de modelele alese

Analizand figura 1.3 se observă că majoritatea modelelor similare au valori ale ecartamentului spate cuprinse între 1470-1505 mm. Ecartamentul spate minim este întalnit la modelul Tata Indica Sedan (1400 mm) iar cel maxim la Ford FocusIII Sedan având o valoare de 1559 mm. Se alege o valoare de 1480 mm a ecartamentului spate pentru autovehicul proiectat.

Fig 1.4 Distribuția valorilor consolei față în funcție de modelele alese

Fig 1.5 Distribuția valorilor consolei spate în funcție de modelele alese

Analizand fig 1.4 si 1.5 se observă ca un numar de 5 modele similare au consola fată în intervalul 780-820 mm și consola spate între 940 si 1040 mm. Se alege valoarea de 800 mm și de 920 mm pentru consola față respectiv spate a autovehicului.

Fig 1.6 Distributia valorilor lățimii totale în functie de modelele alese

In ceeea ce privește lătimea totala a autovehiculului ce urmează a fi proiectat, se constată ca aceasta are valori cuprinse în intervalul 1690-1755 mm, acest interval fiind prezent la nu mai puțin de 10 modele similare. Astfel se alege o lățime totală de 1730 mm.

Fig 1.5 Distribuția valorilor înălțimii în funcție de modelele alese

Având in vedere figura 1.5 se alege o înaltime de 1500 mm .

Fig 1.7 Distribuția valorilor gărzii la sol în funcție de modelele alese

Se alege valoarea gărzii la sol de 220 mm chiar dacă la modelele similare aceasta este mai mică. În aceste condiții autovehiculul poate rula și pe drumuri nemodernizate.

Conform histogramelor prezentate, se poate predetermina lungimea totală a autovehiculului ca fiind :

La=2500(L) + 800(C1)+920(C2)=4220 mm

În urma studierii parametrilor dimensionali, autoturismul impus prin tema se va proiecta conform următorilor parametrii:

Lungimea: 4220 mm

Lățimea: 1730 mm

Înălțimea: 1500 mm

Ampatamentul: 2500 mm

Ecartamentul față: 1475 mm

Ecartamentul spate: 1480 mm

Consola față: 800 mm

Consola spate: 920 mm

1.3.2 Predeterminarea principalilor parametrii masici

Pentru același număr de modele similare se determină principalii parametrii masici și se obțin dimensiunile de subintervale pentru urmatoarele :

-Masa proprie:

-Masa utila :

-Masa totala :

Cum numărul de modele este 16 , numarul de subintervale de observare rămane același ca la predeterminarea parametrilor dimensionali , k = 6.

Fig. 1.8 Distribuția masei proprii în funcție de modelul autoturismului ales

Conform histogramei de mai sus vom alege ca masă proprie pentru autoturismul impus prin temă valoarea de: 1050 kg

Fig. 1.9 Distribuția masei utile în funcție de modelul ales

Conform histogramei din fig 1.9 vom alege pentru masa utilă valoarea de: 450 kg.

Fig. 1.10 Distribuția masei totale în funcție de modelul ales

S-a constatat că masa totală la mai multe modele similare de autoturisme este în intervalul 1430-1550 kg. Astfel vom alege o masa totala de 1500 kg.

În urma acestor determinări ai parametrilor dimensionali și masici s-a evidențiat un model similar care se încadreaza în dimensiunile stabilite si anume Daci Logan II , un autovehicul cu caroserie tip sedan ce dispune de 5 locuri.

Dacia Logan II este echipată cu un motor cu aprindere prin scânteie, dispus transversal în partea din față a autovehiculului.

Acesta are o capacitate cilindrică de 898 cm³ cu un numar de 4 ciclindrii poziționați in linie ,cu 3 supape per ciclindru și un sistem de injectie multi-punct.

Puterea motorului este de 67 kW , cuplul maxim fiind de 135Nm la o turație de 2500 rpm iar turația maximă de 5250 rpm.

Viteza maximă este de 175 km/h, autovehiculul putând accelera de la 0 la

100 km/h în 11.1 secunde.

Din punct de vedere al sistemului de franare, autovehiculul dispune la rotile din față de frane tip disc DV-260 iar pe spate tip tambur cu diametru exterior de 228 mm.

Autovehiculul dispune de sistem de servoasistare la franare, sistem de prevenire a blocării rotilor(ABS) și sistemul de control electronic al stabilității (ESP).

1.3.3 Predeterminarea principalilor parametrii dimensionali și masici la subansamblurile automobilului

Tabel 1.5 Masele și dimensiunile aproximative ale subansamblelor

1.4 Predeterminarea formei și a dimensiunilor spațiului util și a interiorului postului de conducere

Principalele dimensiuni interioare ale automobilului au drept scop evidențierea urmatoarelor caracteristici:

Organizarea postului de conducere;

Amplasarea scaunelor și a banchetelor, stabilirea dimensiunilor acestora

Dimensiunile spațiului util (portbagaj, habitaclu, salon, etc.)

Manechinul bidimensional și postul de conducere

Conducătorului autoturismului trebuie să i se asigure o postură comodă și sigură din punct de vedere fiziologic, o poziție care permite o vizibilitate foarte bună și totodată un spatiu care să permită libertate de mișcare pentru acționarea pedalelor, volanului și manetelor de comandă. Acestea sunt poziționate astfel încat efortul depus de șofer pentru acționarea lor să fie cat mai mic și în cazul unui pericol să fie acționate cât mai rapid.

Manechinul bidimensional folosit la autovehicule este confecționat din plastic acrilic, fiind reprezentat la scară, el reprezentând conturul corpului unui adult ;

Manechinul este format din tors și segmentele picioarelor între care există articulații prevăzute cu scari pentru măsurarea unghiurilor.

În prezent sunt folosite trei manechine diferențiate prin: lungimile segmentelor piciorului l, gamba lt și coapsă, deoarece dimensiunile torsului nu variază semnificativ.

Cele trei manechine sunt simbolizate prin procentajele 10, 50, 90. Aceste procente reprezinta X% din numarul de adulți ce au lungimile segmentelor ls si lt mai mici sau cel mult egale cu lungimile corespunzătoare acestei tipodimensiuni de manechin. Numărul de adulți se stabilește dupa criterii statistice.

Se ia ca referință manechinul de tip 90 în pozitia cea mai retrasa, acesta având dimensiunile ls = 444 mm si lt = 456 mm. Manechinul de tip 90 este prezentat împreuna cu cotele alese in figura 1.11. Cunoscând poziția manechinului se poate determina atât pozitia genunchilor față de înaltimea tabloului de bord cât si poziția pedalelor.

Manechinul se plasează ca în figura 1.11, scaunul aflându-se la poziția cea mai îndepartată de pedale și cea mai joasă. Unghiurile dintre segmentele manechinului trebuie să se încadreze în limitele recomandate.

Distanța minimă de amplasare a scaunului pe orizontală nu trebuie sa depășescă valoarea de 100 mm iar pe verticală 80 mm. Dupa [1,2,3]

Figura 1.11 Elementele principale ale manechinului bidimensional folosit pentru proiectarea postului de conducere . După [1]

Forma și dimensiunile postului de conducere

Pentru a stabili principalele dimensiuni ale postului de conducere ale autoturismelor

se folosesc normele SR ISO 3950:2000

In figura 1.12 este precizată pozitia corectă a scaunului prin înaltimea puntului R și prin înclinarea spătarului. Nu se fac precizări privind unghiul γ si unghiul dintre coapsă și gambă și nici dimensiunile pernei scaunului. După[1]

Figura 1.12 Organizarea postului de conducere la autoturisme [1]

Pentru autovehiculul ce urmează a fi proiectat se alege un unghi de înclinare spre inapoi de 20 °. Distanța verticală de la punctul R la punctul călcâiului, Hz se alege 215 mm iar pentu Hx valoarea de 500 mm.

Valorile diametrului volanului sunt cuprinse în intervalul 330-420 mm, iar cele ale unghiului de inclinare între 10 si 70°.

La autovehiculul de proiectat se adoptă un diametru de 340 mm pentru volan și un unghi de înclinare de 15°.

După ce se determină și se fixeaza poziția podelei, a torpedoului și a suprafeței înclinate se determină pozițiile pedalelor, în special a celei de acceleratie și poziția călcâiului iar mai apoi se găsește cea mai acceptabilă soluție de poziționare a manechinului. Această poziție este caracterizată prin anumite unghiuri prezentate în figura 1.13. După [1]

.

Figura 1.13 Definirea unghiurilor dintre elementele corpului uman [1]

Principalele limite de amplasare a organelor de comandă manuală și dimensiunile postului de conducere se aleg conform STAS 6689/1-81 avându-se în vedere ca acestea să fie în permanență în raza de acțiune determinată de dimensiunile conducătorului autovehiculului.

Din punct de vedere ergonomic distanța dintre șofer și pedala de frână sau cea de accelerație trebuie sa fie cât mai mică.

In cazul unui impact pasagerii trebuie să fie foarte bine protejați, astfel habitaclul este amplasat la mijlocul autovehiculului. Se prevăd urmatoarele măsuri de siguranță: rigidizarea construcției fără a reducere vizibilitea pentru îndeplinirea normelor la impactul frontal și lateral, amplasarea mânerelor pentru uși și macarale pentru geamuri fără proeminențe, tapisarea butucului volanului, a pardoselelor, torpedoului , folosirea unei coloane de direcție telescopice astfel încat în timpul impactului aceasta să se deformeze controlat fără a pune in pericol șoferul.

Volanul trebuie să fie ușor deformabil în direcția axială iar parbrizul trebuie montat astfel încât în cazul deformarii caroseriei geamul să sară afară. Poziționarea levierului de comandă al frânei și a altor manete sau amplasarea cadranelor aparaturii de control și de bord trebuie să respecte condițiile impuse de standarde. La bancheta spate, între piciorul pasagerului din spate și spatele scaunului șoferului amplasat în poziția extremă spate și jos trebuie să existe un spațiu minim. [Dupa 1,2]

Întocmirea schiței de organizare generală

In cazul automobilului ce urmează a fi proiectat, motorul va fi amplasat transversal, la fel ca la majoritatea modelelor similare. Ambreiajul este amplasat în stanga motorului, iar schimbătorul de viteze în continuarea acestuia.

Din punct de vedere al sistemului de frânare acesta prezintă în comportimentul motor o pompă centrală de frânare împreună cu servomecanism, amplasate la o distantă mică de peretele despărțitor dintre habitaclu și motor. Deaspura pompei centrale de frână se găsește rezervorul cu lichid de frână. De asemenea autovehiculul prezintă si un bloc hidraulic ABS plasat în partea din dreapta a motorului, din acesta plecând conductele de frânare corespunzătoare fiecarei roți.

Frânele cu disc , respectiv cele cu tambur vor fi montate pe puntea față respectiv spate în pozițiile lor corespunzătoare.

Conductele de frână corespunzătoare punții din spate la acest tip de automobil sunt dispuse la o înaltime destul de mică în una din parțile laterale ale automobilului astfel în cazul unor deplasări pe drum accidentat ,conductele pot prezenta deformații sau ruperi.

Conductele elastice, denumite si racorduri flexibile se folosesc la asamblarea cu conductele rigide ale unor piese care se deplaseaza în raport cu cadrul.

Rezervorul se va poziționa deasupra punții din spate, de obicei fiind amplasat sub bancheta din spate cât mai departe de compartimentul motorului, din motive de sigurantă.

Roata de rezervă este poziționată în consola spate a automobilului. Este amplasată în continuarea rezervorului în spațiul de sub compartimentul portbagajului, lucru ce creează o încărcare suplimentară a puții.

1.5 Determinarea poziției centrului de masă al automobilului

Coordonatele centrului de greutate al autovehiculului sunt determinate prin relațiile următoare:

unde: mj este masa subansamblului j [kg] iar xj și zj reprezintă coordonatele centrului de greutate al subansamblului j, față de sistemul xOz [mm].

Poziția centrului de masă pentru o persoană așezată pe scaun se află la o distanță de 50 mm față de punctul R în cazul scaunelor fixe iar în cazul scaunelor reglabile această distanță este de 100 mm.

Poziția centrului de masă al automobilului se va determina în 2 situații:

1) – automobilul cu conducător, fără pasageri și fără bagaje;

2) – automobilul încărcat complet cu sarcină utilă.

Tabel 1.6 Determinarea centrului de greutate al caroseriei

= 667

mj = masa subansamblului; xj ; zj = coordonatele centrului de greutate al subansamblului j, față de sistemul de axe xOz [mm]; Xgc, Zgc = coordonatele centrului de greutate al caroseriei

Determinarea poziției centrului de masă al automovehiculului

Determinarea la sarcina utilă nulă se face cu ajutorul urmatoarele ipoteze:

-In interiorul autovehiculului există doar șoferul acestuia având o masa totala de 75 kg.

-Rezervorul este incarcat la ¼ din capacitate;

Tabelul 1.7 – Determinarea centrului de masa

Coordonatele centrului de greutate la sarcină nulă sunt:

= 588.4

In cazul automobilului cu sarcină utliă nominală coordonatele centrului de greutate sunt:

=631.3 După [1]

Poziția centrului de masă a automobilului

1.6 Încărcarile pe punți. Alegerea pneurilor

Încărcarea pe punți

Încărcările pe punți se determină pentru cazurile de încărcare la sarcină nulă cât și la sarcină utilă nominală ale autovehiculului

Încărcarea pe punti pentru autovehiciculul cu sarcină utilă nulă:

Pentru determinarea încărcarilor se vor folosi următoarele formule:

a0 = XG0 = 1179.6 [mm]      si      b0 = L – XG0 = 2500 -1179.6 = 1320.4 [mm]

Încărcarea pe punte față:

G10=(b0/L)·G0=(1320.4/2500)·1050

             G10 = 554,5 [kg]

Valoarea obtinută se exprima procentual:

G10=(G10·100)/G0=(554.5·100)/1050=52.8%-Încărcarea în procente pentru puntea față

Încărcarea pe punte spate:

G20=(a0/L)·G0=(1179.6/2500)·1050

             G20 = 495.4 [kg]

Valoarea obtinută se exprima procentual:

G10=(G10·100)/G0=(495.4·100)/1050=47.2%-Încărcarea în procente pentru puntea spate

Încărcarea pe punți pentru autovehiciculul la sarcină utilă nominală:

Similar se obțin valorile G11=41.6% încărcarea pentru puntea fața și G21=58.4% încărcarea pentru puntea spate.

Alegerea pneurilor:

In funcție de încărcarea pe punți am ales pneul 195 /65 R15 91 S cu urmatoarele caracteristici:

-Indice de sarcină 91 ,Qp=615 daN și viteza maximă (indice de viteză S) -180km/h viteza mai mare cu 10 km/h decat cea impusa prin temă.

-Lățimea secțiunii Bu=195 mm.

-H=65195/100=126.75

-Diametrul exterior

-Raza liberă

-Lungimea circumferinței de rulare

CAPITOLUL II

Studiul tehnic și economic al soluțiilor posibile pentru ansamblul de proiectat. Alegerea justificată și definitivarea soluției tehnice pentru ansamblul din tema de proiect

2.1 Generalitați privind sistemul de frânare

Sistemul de frânare are rolul de a asigura reducerea vitezei autovehicului, oprirea sa ( cu o decelerație cât mai mare si fără a devia de la traiectoria de mers) sau menținerea imobilizării autovehiculului atunci cand este cazul.

Principiul de functionare a sistemului de franare: Transformă energia cinetică a autovehicului în caldură (transformare totală sau parțială), disipată prin frecarea dintre elementele frânei.

Valoarea deceleratiei reprezintă un parametru esențial în ceea ce privește eficacitatea sistemului de frânare. La sistemele de frânare actuale se impune realizarea unei decelerații de

6-6,5 m/s² la frâna de serviciu si aproximativ 3-3,5 m/s² in cazul frânei de siguranță.

Decelerația la frânare stabilește distanta de franare, parametru care reflectă corelația dintre calitațile de frânare și siguranță.

Alti parametrii caracteristici ai acestui sistem sunt:

Progresivitatea;

Timpul de răspuns;

Stabilitatea frânelor;

Evitarea blocării roțior;

Efortul necesar actionarii frânelor;

Fiabilitatea sistemului în exploatare. Dupa [4,11]

În general sistemul de frânare conține următoarele elemente:

Frâna de serviciu (Are rolul de a reduce viteza autovehiculului în mod sigur si eficient pentru toate roțile)

Frâna de siguranță (Suplinește frâna de serviciul in cazul defectării acesteia)

Frâna de staționare(Asigura imobilizarea autovehicului la staționarea acestuia )

Fig. 2.1 Structura sistemului de frânare [20]

Sistemele de frânare se clasifică în funcție de mai multe criterii:

Dupa tipul transmisiei pot fi sisteme cu :

Transmisie mecanica .Se transmite prin leviere,cabluri, tiranti fiind folosită de obicei la frâna de sigurantă;

Transmisie pneumatică la care acționarea se face cu ajutorul aerului comprimat. Este întâlnită la autocamioane și autobuze.

Transmisie hidraulică la care acționarea se face prin intermediul lichidului de frana. Este folosită in principal pentru autotursime.

Transmisie servomecanism(servofrana)-reduce efortul de acționare al conducătorului autovehiculului.

Dupa locul unde este creat momentul de frânare :

Frâne pe roti –Sunt întâlnite pe majoritatea autovehiculelor

Frâne pe transmisie (Exemplu:Land Rover-Frâna este amplasată pe arborele cardanic)

Dupa forma piesei care se rotește:

Frane cu tambur (radiale) au fost folosite în componența sistemelor de frânare ale primelor autovehicule, după cele cu frâna prin cablu. Acestea au fost numite frâne cu tambur deoarece componentele au fost găzduite într-un tambur rotund care era rotit împreuna cu roata.

Frâne cu disc (axiale) au fost fabricate înca din anii 1890 in Anglia însa ele au facut parte din componența sistemelor de frânare abia in 1902, fiind folosite pe autovehiculele Lanchester. In prezent sunt utlizate la toate cele patru roți ale autovehiculelor ce au o viteză maximă constructivă de peste 190 km/h.

Frâne combinate au în componentă atat frane cu disc la roțile din fată cât și frâne cu tambur pentru roțile din spate .Această solutie constructivă este des întalnita la autovehicule cu caroserie tip hatchback, berline cu dimensiuni mici și autovehicule de teren.

După numărul de circuite ale sistemului de frânare:

Frâne cu un singur circuit,

Frâne cu mai multe circuite.

Sistemele de frânare cu mai multe circuite au o sensibilitate mai mare, sporesc fiabilitatea si securitatea, fapt pentru care în unele țari sunt obligatorii la anumite tipuri de automobile.

Dupa tipul mecanismului de acționare :

cu acționare simplă

cu servoacționare

cu acționare mixtă

Fig. 2.2 Configurații ale sistemului de frânare de serviciu După [6]

Legenda Figura 2.2:

a)Structura II ; b) Structura X; c) Structura HI; d) Structura LL; e) Structura HH;

1. Primul circuit de frânare; 2 Al doilea circuit de frânare;

  2.2 Construcția si funcționarea sistemului de frânare.Elemente componente

 Funcționare

Atunci când conducătorul autovehiculului aplică o forță de apăsare pe pedala de frână,  aceasta se transmite servomecanismului care amplifică forța și o transmite mai departe pompei centrale . Pompa centrală are rolul de a face conversia forței în presiune.

Prin interemediul a două pistoane ale pompei centrale presiunea lichidului de frână se măreste foarte mult si este transmisă mai apoi  conductelor rigide si flexibile si mai departe frânelor cu disc  sau  frânelor cu tambure care realizează frânarea.

Sistemele actuale de frânare sunt prevăzute cu circuite multiple astfel încat în cazul defectării unuia dintre ele să se poate realiza frânarea parțial de catre celălalt sistem.

In timpul frânarii datorită deceleratiilor mari puntea față este încarcata suplimentar față de cea spate. De aceea in componența sistemului de frânare există o supapă de reglare a presiunii ce modifica presiunea de frânare a punții spate pentru a preveni frânarea excesivă si totodată blocarea roților punții.

    Frâna de parcare (frâna de stationare ) Uzual este un sistem mecanic. Cu ajutorul unui levier  de comandă si a cablurilor de actionare se realizează blocarea saboților pe tambur astfel autovehiculul fiind imobilizat.

Componente:

Un sistemul de frânare uzual este compus din : pedală de frana, pompa centrală de frâna, servofrâna, rezervor lichid de frâna si frânele propriu zise (frane cu disc sau tambur împreuna cu componentele aferente etriere, placuțe de frâna, saboți etc. ). Uzual pentru roțile anterioare ale autovehiculului se folosesc frane cu disc iar pentru cele posterioare frâne cu tambur.

Sistemele actuale pot avea in componența lor un sistem de prevenire a blocării roților denumit ABS (Anti-lock braking system ) sau alte sisteme precum ESP,TCS etc. Sistemul ABS permite șoferului să păstreze controlul direcției în timpul frânării și scurtează distanța de frânare. Are ca principal rol evitarea blocării roților in timpul frânarii, prezentând doua avantaje majore: păstrarea controlului direcției în timpul frânării și scurtarea distanței de frânare.

Sistemul hidraulic are un circuit dublu, care in principiu functioneaza în diagonala ( un circuit acționează franele față dreapta si spate stânga iar cel de-al doilea circuit de frânare acționeaza frânele fată stânga si dreapta spate. Asftel în cazul defectării unui circuit din cauza unor neetanseități autovehiculul poate realiza frânarea doar cu ajutorul unui circuit , nefiind afectată stabilitatea sau traiectoria acestuia.

Elemente componente ale sistemului de frânare

Figura 2.3 : Componentele unui sistem de frânare hidraulic cu structură în paralel pentru automobile [9]

etrier cu disc de frână 7. servomecanism

conductă flexibilă 8. pedală de frână

element de îmbinare 9. levier de comandă pentru frana de parcare

conductă rigidă 10. cablu de acționare frâna de parcare

pompa centrală 11. supapă de reglare a presiunii

rezervor lichid frână 12. frână cu tambur

Pedala de frână

Pedala de frână utilizează efectul de levier pentru a transfera efortul de la piciorul șoferului la cilindrul principal de frână. In funcție de soluțiile constructive ale levierului se poate modifica efortul depus de șofer. Pedala trebuie amplasată în sigurantă la o înălțime și un unghi care permit conducatorului să o actioneaze într-un timp cât mai scurt, având un rol foarte important si în cazul unui impact.

Pedala este fixată de caroserie printr-un bolț. Acesta permite pedalei să pivoteze în jurul lui. Este amplasată între pedala de ambreiaj și pedala de acceleratie în partea dreaptă a coloanei de directie.

În cazul în care servoasistarea prezintă un defect pedala este în asa fel concepută încât conducătorul autovehicului poate genera prin apăsarea ei o presiune suficientă pentru actionarea fiecărui cilindru de la roti.

Pedala trebuie să revină în pozitia sa inițială atunci cand presiunea este îndepartată. Acest lucru permite pistonasului din pompa centra de frână să se întoarca la pozitia sa initială.

Este posibil ca pedala de frâna să se apase greu dacă pistonașele sunt blocate in cilidrul de frână. Atunci când pedala de frână se apasă foarte ușor fară ca autovehiculul să se frâneze este posibilă prezența aerului în instalație sau lipsa lichidului de frână. 

Figura 2.4 Pedala de frână

Pompa centrală de frână

Pompa centrală de frână creează prin intermediul pedalei de frână presiune pentru ambele circuite de franare. Servomecanismul are rolul de a amplifica forța de apăsare pe pedală și de a o transmite pistonului pompei centrale . Aceasta face conversia forței din tijă în presiune. Cele două pistoane ale pompei centrală măresc presiunea lichidului de frână din conducte ,presiune ce se transmite mai departe frânelor cu disc  și frânelor cu tambure .

 Rezervorul de lichid de frana este dispus în compartimentul motor fiind amplasat deasupra pompei centrale de frână. Rezervorul alimentează întregul sistem de frânare cu lichid de frână. Rezervorul cu lichid de frână este conectat direct la pompa centrală având totodată rolul de a compensa oscilațiile de volum de lichid din sistemul de frânare.

Figura 2.5 Dispunerea Pompei centrală de frana si a rezervorului cu lichid de frână

Servomecanismul de frânare

Unele autoturismele ce fac parte din clasa mijlocie și mare pot fi prevazute cu frâne cu coeficient de eficacitate redus, forța șoferului aplicată pe pedala de frâna nu mai asigură o frânare eficace. Astfel aceste dispozitivele de frânare cu transmisie hidraulică prezintă în componența lor un servomecanism care asigură o creștere suplimentară a presiunii lichidului din conducte. Servomecanismul de franare este montat între pedala de frână și pompa de frânare.

In cazul transmisiei hidraulice cu servomecanism, cursa maxima a pedalei nu depașește 40-50 mm, ceea ce sporește comoditatea conducerii automobilului.

Forța necesara acționarii pedalei, se reduce în prezenta servomecanismului la jumătate din valoarea acesteia in cazul transmisiei simple.

In funcție de sursa de energie utilizată există urmatoarele tipuri de servomecanisme:

Servomecanism vacuumatic. El utilizează energia depresiunii create în colectorul de admsie a M.A.S, sau de o pompa de vacuum antrenata de motorul autovehiculului;

Servomecanism pneumatic. Folosește energia aerului comprimat debitat de un compresor antrenat de motorul autovehiculului fiind utilizat în principal la vehicule grele.

Servomecanism hidraulic. Folosește energia hidraulică generată de o pompă ce este antrenată de motorul autovehiculului.

Pedala poate acționa pompa de frână direct dacă servofrâna se defectează sau dacă motorul nu este pornit. Acest aranjament permite realizarea unei forțe destul de mari exercitată de frâne, în același mod în care o pârghie lunga poate ridica cu ușurință un obiect greu pe o distanță scurtă.

Cele mai multe autovehicule moderne sunt echipate cu circuite hidraulice duble, cu doi cilindri de master în tandem.

La motoarele cu aprindere prin scanteie servofrâna utilizează o parte din vacuumul din colectorul de aspriație pentru a crea depresiunea necesară funcționarii pompei.

La motoarele cu aprindere prin comprimare există o pompă de vacuum montată în partea posterioara a chiulasei, pompă cu rol în creearea depresiunii. Pompa de vacuum este antrenată de catre arborele cu came.

Există mai multe tipuri de configurații ale sistemului de frânare în funcție de soluția constructivă aleasă. Uneori un circuit actionează frânele față și unul frânele spate; sau fiecare circuit acționează ambele frâne față și una dintre frânele spate; sau un circuit actionează toate cele patru frâne și altul doar pe cele din față.

Cele mai multe autovehicule au în prezent o supapă de limitare a presiunii sensibilă la sarcină. Aceasta supapă se închide atunci când frânarile puternice ridică presiunea hidraulică la un nivel care ar putea duce la blocarea frânelor spate .

Autovehiculele moderne pot dispune de sisteme complexe anti-blocare care sesizează în diferite moduri cum autovehiculul este decelerat și dacă roțile sunt aproape de blocare.

Sistemul electronic de siguranță-ABS

Antilock Braking System (ABS) sau sistem pentru prevenirea blocării la frânare este un sistem de sigurantă activă. Sistemul are rolul de a intervine în momentul în care sesizează că în cazul unei frânari prea energice roțile tind să se oprească brusc din rostogolire. Blocarea roților pe drum alunecos poate face ca autovehiculul să nu mai poată fi menținut pe traiectorie de către conducatorul autovehiculului.

Traductoarele de turație constată riscul de blocare și transmit un semnal către unitatea de comandă care va reduce pentru cateva milisecunde presiunea din instalatia de frânare, permitând rotația roții. Din acest motiv, la frânare, șoferul simte o pulsație în pedală. Un avantaj major al sistemului este ca permite manevrarea autovehiculului chiar în cazul în care se frânează puternic pe carosabil alunecos. În plus, distanța de frânare pe carosabil umed se reduce mult față de frânarea fără ABS.

Principalele componente ale unui sistem ABS sunt:

1. Agregatul hidraulic ABS. Este format dintr-o unitate hidraulica ce intervine asupra forțelor de frânare si o unitate de comandă .

2. Traductoarele de turație ce monitorizează viteza de rotație a fiecarei roti;

Principiul de funcționare. Fiecare traductor monitorizează câte o roată și atunci când sesizează că aceasta nu se mai învarte transmite un semnal la unitatea electronică de control, care slăbește strângerea pe care o exercită placuțele de frână asupra discului sau tamburului permitând roții să se învartă, și astfel, sa-si pastreze aderența. 

Procesul este unul pulsatoriu, pe anumite intervale de timp pulsațiile fiind neregulate. Fiecare etrier de frână este comandat hidraulic printr-o conductă separată care vine din unitatea hidraulică. Ficare roată având traductor separat este controlată individual si poate avea comportament diferit. In funcție de informațiile primite de la traductoare electrovalvele blochează conductele de frânare și nu mai permit lichidului de frână să circule catre etrier. Astfel etrierul nu mai este sub presiune si sistemul se deblochează. Atunci cand se blochează conducta de alimentare a etrierului, circuit de retur al lichidului se deblochează.

Tot sistemul este controlat automat de unitatea electronică de control în funcție de: forța de apăsare a pedalei de frână, de menținerea apăsării pedalei si de informațiile primite de la traductoare sau de la alte sisteme ale autovehicului.

La sistemele mai performante un parametru important de care ține seama computerul de ABS este viteza cu care se apasă pedala de frână. Astfel el sesizează situațiile de pericol iar atunci cand viteza de apăsare a pedalei este mare ECU măreste presiunea în instalația de frânare pentru o perioada chiar dacă s-a luat piciorul de pe frână- BAS (Brake Assistant System) – Sistem de Asistare la Franarea de Urgenta.Dupa [5].

Figura 2.6 . Sistemul de prevenire a blocarii roților [22]

Datorită creșterii continue a vitezelor autovehiculelor si aglomerării traficului ce conduce la utilizarea mai frecventă a frânelor, se preferă sistemele “All disc”-frane disc atât pe fată cât si pe spate.

Sistemul ESP (Electronic Stability Program)

Este un sistem de siguranță activă a autovehiculului care are rolul de a menține stabilitatea autovehiculului în cazul derapării acestuia. Acesta permite redresarea autovehicului și revenirea la traiectoria sa inițială în cazul derapărilor. Sistemul a fost creat de firma Bosch și a initial a purtat denumirea de ESP (Program de stabilitate al autovehiculului) însă este prezent și sub alte denumiri precum DSC,( Dynamic Stabilty Control); VSC(Vehicle Stability Control) sau VSA(Vehicle Stability Assist).
În prezent majoritatea autovehiculelor sunt dotate cu sistem ESP,ABS și TCS (Traction Control System).

Din punct de vedere constructiv sistemul este constituit din 3 tipuri de traductoare (traductoare de viteză corespunzătoare fiecărei roți a autovehicului întalnite și la sistemele ABS și TCS; Traductoare de măsurare a ratei de rotație, având rol în măsurarea rotației autovehicului în jurul axei sale verticale, dar și traductoare care măsoară unghiul de virare al volanului. Toate acestea sunt comandate de o unitate de control cu modulator hidraulic.

Funcționare: Unitatea de control primește constant și într-un timp foarte scurt (milisecunde) informatii despre autovehicul de la traductoare și realizează în cazul unei pericol o forța de frânare la roți prin intermediul modulatorului hidraulic. Astfel autovehiculele nu îsi pierd controlul sau stabilitatea la efectuarea unor manevre periculoase, în cazul derapărilor necontrolate sau ocolirii unor obstacole bruște.

Totodată acest sistem anulează și subvirarea autovehicului în cazul virajelor. Spre exemplu în cazul ocolirii bruște a unui obstacol și virarii autovehicului spre stânga traductorul de măsurarea a ratei de rotație sesizează o eventual subvirare a autovehiculului și transmite informația mai departe la unitatea de control care realizează frânarea roții spate stânga.

In urma unui studio efectuat în SUA în anul 2004, s-a constatat că ESP-ul reduce numărul accidentelor cu 35%

Figura 2.7 Manevră bruscă de evitare a unui obstacol cu /fără ESP [23]

Frâna Disc

Frâna cu disc este o frână de tip deschis, discul aflându-se în contact direct cu atmosfera.

Funcționarea: Pistonașul din cilindrul receptor amplasat în etrier acționează asupra celor doua placuțe cu garnituri de fricitiune, apasându-le pe ambele fețe ale discului și producând astfel forța necesară frânării. Pentru acționare se foloseste un sistem hidraulic. Plăcuțele sunt amplasate la o distanța mică față de disc, aproximativ 0,20-0,25 mm. La încetarea procesului de frânare readucerea lor în poziția inițială se realizează odată cu revenirea pistonaselor receptoare ,cu ajutorul unui arc de reglare automată sau datorită elasticității inelului/garniturii de etanșare din cauciuc ce se află amplasată în cilindrii receptori.

Chiar dacă în timpul functionarii plăcuțele se află temporar în contact cu discul, acest lucru nu produce impedimente sesizabile deorece plăcutele și discul sunt paraleli.

Construcția frânei disc

Constructiv, frânele cu disc se se pot deosebi după următoarele criterii:

După construcția și funcționarea etrierului

etrier fix, cu pistoane pe ambele părți ale discului;

etrier flotant (culisează transversal față de disc), cu piston pe o singură față a discului;

După construcția discului:

disc simplu;

disc autoventilat.

Figura 2.8 Constructia etrierului fix si flotant. După [22]

Particularități frâna disc

Frâna disc prezintă o serie de avantaje precum: distribuția uniformă a presiunii pe suprafețele de frecare, astfel uzura garniturilor de frecare este mai mică, stabilitate în funcționare la temperaturi scăzute si ridicate, echilibrarea forțelor axiale și absența celor radiale, suprafața mare de răcire în cazul franelor deschise, condiții foarte bune de evacuare a căldurii, posibilitatea de funcționare cu jocuri reduse între suprafețele de frecare, timp de răspuns redus, asigură același moment de frânare indiferent de sensul de mers, masă proprie redusă pentru același moment de frânare, înlocuirea ușoara a garniturilor de fricțiune, realizarea reglării automate a jocului dintre suprafetele de frecare. Ca dezavantaje menționăm eficacitatea mai redusă, dificultăți în realizarea frânei de staționare și solicitări mari din punct de vedere termic pentru garniturile de fricțiune.

Discul de frână este în contact direct cu aerul și astfel el este racit mai bine de fluxul de aer atunci cand autovehiculul se află în mișcare. Discurile de frână pot fi de 3 feluri : neventilate, ventilate din interior și ventilate din exterior. Discurile ventilate au o capacitate mare de racire datorită canalelor de ventilație dispuse radial, fiind folosite de obicei pentru roțile față.

Uzual discurile de frana sunt fabricate din fontă sau otel însa cercetările actuale relevă faptul ca fibra de carbon prezintă particularitati mai bune , reducând totodata si masa discului însa prețul reprezintă un impediment pentru utilizarea lor pe autovehiculele de serie fiind mai mult preferate pentru autovehiculele de curse. O alta solutie o reprezintă discurile compozite formate din material ceramic.Dupa [3,6]

Fig 2.9 Componente frana cu etrier fix si disc neventilat [6]

Tamburul de frână

Din punct de vedere tehnic o frână cu tambur este un tip de frână în care saboții realizează un moment de frânare prin apăsarea pe suprafața interioară a unui cilindru numit tambur.

Tamburul trebuie să prezinte următoarele caracteristici principale: masă mică în scopul reducerii maselor nesuspendate ( la autovehiculele mai vechi recurgându-se la soluția montării franei cu tambur la iesirea din diferential -pentru puntea față), rezistență la abraziune și o conductibilitate termică ridicată. In general este construit din fontă ( material ce conferă o înaltă rezistentă la abraziune și conductivitate termica bună, dar masă relativ mare) sau din aliaje de aluminiu (mai ușoare, cu o conductibilitate termică superiore celor din fontă, însa cu rezistență redusă la uzură).

Constructiv tamburul de frână este format din: tamburul propriu-zis,cilindru sau cilindrii de frână împreuna cu pistonașe în funcție de soluția constructivă, saboți împreună cu garnituri de fricțiune și alte elemente precum arcuri,levier frâna de stationare,dispozitive de reglaj.

Saboții trebuie sa prezinte o rigiditate mare, pentru a preveni deformațiile elastice in timpul franarii si totodata trebuie sa aibă o masa destul de redusă. Acestia sunt construiți din aliaje de aluminiu și placați cu garnituri speciale de fricțiune.

Principiu de functionare: In timpul frânării forța de actionare aplicată în general la unul din capetele sabotului de catre pistonașul din ciclindru receptor duce la apăsarea sabotului asupra tamburului ,sabotul realizând un moment de franare. Marimea momentului de franare , deci eficacitatea frânei depinde de condițiile de echilibru dintre fortele ce apar in tambur ,

de modul de fixare a sabotului, de legea de distribuție a presiunilor și sensul forței de acționare.

Construcție tambur de frana :

Figura 2.10 Constructia tamburului de frana [22]

Tipuri de frâne cu tambur și saboți interiori

Momentul de frânare poate avea valori diferite în funcție de modul de dispunere al sabotilor. Astfel principalele tipuri de frana cu tambur si saboti interior sunt:

-Frana Simplex

-Frana Duplex

-Frana Duo-Duplex

-Frana Servo

1.Frâna Simplex

Frâna simpex prezintă în compunerea sa un sabot primar și unul secundar. Acestia pot fi articulați sau flotanți. In functie de modul de actionare al saboților pot fi frâne cu deplasare egală a saboților și forțe de acționare diferite (S1 diferit de S2) sau frâne cu deplasare independentă a saboților si forțe de acționare egale (S1=S2=S).

            Deplasarea egală a saboților determină o uzură egală a garniturilor de frecare dar momentul de frânare este mai redus decât la frana simplex cu forțe egale de acționare a sabotilor. Cu ajutorul unor dispozitive mecanice cu o camă simpla sau cu pene transversal se realizează deplasarea egala a saboților.

Frâna simplex cu acționarea saboților cu forțe egale are o uzură mai mare a garniturii de frecare a sabotului primar. Acționarea se realizează în general cu un dispozitiv hidraulic (cu pistoane cu diametru egal ) sau mai rar cu dispositive mecanice. Ca avantaj acestea prezintă o construcție simplă și sigură fiind des utilizate pe autovehicule.

           Un dezavantaj mare al  frânei simplex este faptul că nu este echilibrată transmițând o reacțiune radială care încarcă suplimentar lagarele roții.

Figura 2.11 Constructia franei simplex [5]

In figura 2.10 saboții sunt articulati la capătul de jos prin intermediul unui bolț.Saboții sunt fixate pe talerul si stransi cu piulite. Tot de taler este fixat si cilindrul receptor .

Sabotul primar prezintă o garnitură de fricțiune cu lungime mai mare decat a sabotului secundar pentru a se obtine o uzura uniformă. 

La soluțiile constructive mai vechi jocul la partea superioara a sabotilor se reglează cu ajutorul unor excentrice notate cu (3) , excentrice prevăzute cu bolturi(8), pe care se află arcurile pentru fixarea lor in diferite poziții.

In partea inferioară a tamburului saboții prezintă bucsele excentrice cu rol în reglarea jocului dintre saboti si tambur . Fiecare sabot este asigurat împotriva deplasarii în lateral cu ajutorul unui arc. Mecanismul de acționare pentru frâna de staționare este compus din levierul (parghia), tijă și cablul de acționare. Dupa [5]

Frâna Duplex;Duo-Duplex

Frana duplex prezintă în compunerea sa doi saboți primari independenți care pot fi articulați sau flotanți. Prin dispunerea saboților astfel încat ambii să lucreze ca saboți primari momentul de frânare crește mult.

Figura 2.11 Construcția frânei duplex și duo-duplex [6]

             În cazul în care saboții sunt primari pentru ambele sensuri de rotatie ale tamburului frână poarta denumirea de duo-duplex. Frâna duo-duplex prezintă avantajul unei eficacitați ridicate atât la mersul înainte cât și la mersul înapoi , este o frână echilibrată și realizează aceeasi uzură a garniturilor de frecare.

            Ca dezavantaj frana duplex cu saboți primari prezintă un moment de franare redus la mersul înapoi al automobilului. Momentul de frânare obținut la mersul înapoi determină mărirea pantei pe care poate fi imobilizat un automobil cu frâna de staționare. Astfel la roțile posterioare asupra cărora acționează frâna de staționare , nu se intrebuintează de obicei frâna duplex cu saboți primari. Deficiența aceasta se înlatura daca se utilizează frana duo-duplex.

Solutia cu frâne duplex la roțile puntii din fata și frane simplex la rotile puntii din spate era des intalnită la autovehicule de construcție mai veche. Această solutie permite o mai simplă distributie a fortelor de franare pe cele doua punti și pastreză aceleasi dimensiuni ale multor piese ale franelor rotilor anterioare si posterioare. După [5]

 La frâna duplex cu saboți articulați reglarea jocului dintre saboti și tambur se realizează la ambele capete ale sabotilor. La cel dinspre cilindru reglarea jocului se face prin intermediul unor excentricele (came), iar la capatul articulat prin bucsa excentrică, aceasta rotindu-se împreuna cu bolțul .

Figura 2.13 Construcța frânei duo-duplex cu saboți flotanți [5]

          La frâna duo duplex cu saboți flotanți în timpul frânării pistoanele din cilindrii de frână depărtează saboții, iar acestia sub acțiunea forțelor de frecare se deplasează pe direcția de rotație. Fiecare sabot are doua reazeme fixe pe care se sprijina în funcție de sensul de rotatie al tamburului.  Cu sensul de rotație prezentat in figura 2.13 saboții aflați sub acțiunea pistoanelor și a forței de frecare se vor sprijini in opritoarele (2,13).  In cazul in care tamburul se învarte in sens invers  sabotul se va sprijini pe opritor, prin intermediul bratelor (15, 14).Dupa [5]

3. Frâna servo

Figura 2.14 –Construcția franei Uni-Servo și Duo-Servo [5]

Frâna servo este o frână cu amplificare ce prezintă doi saboți primari. La acest tip de frână servo sabotul anterior acționează sabotul posterior. Forța de acționare a sabotului posterior are o valoare mai mare decât a celei de la sabotul anterior, lucru ce se datorează în mare măsură de faptul că între tambur și sabotul anterior există forțe de frecare și totodată momente de frânare mari.

Frâna poartă denumirea de uni-servo atunci cand saboții sunt primari numai la mersul înainte, iar in cazul în care aceștia sunt primari pentru ambele sensuri de mers frâna este

duo-servo. După [5]

            Frâna servo este utilizată în principal la autocamioane însă poate fi întalnita și pe unele autoturisme de capacitate cilindrica mare unde repartiția sarcinilor pe punți este aproximativ aceeași ( Solutia cu frana simplex pentru rotile punții din spate și frana servo pentru rotile puntii din față- întâlnită la soluții constructive mai vechi)

Ca dezavantaj frâna servo nu este echilibrată ea încarcand suplimentar lagarele rotii, prezintă stabilitate redusă și regim de încarcare diferit.

  Frâna uni-servo prezintă o eficacitate foarte mare pentru mersul înainte iar cea duo-servo prezintă o eficacitate identică pentru ambele sensuri de mers. După [5]

Reglarea jocului dintre saboți și tambur

  Jocul dintre saboți si tambur se măreste în timpul frânarii ca urmare a uzării garniturilor de fricțiune . Dacă jocul este mare determină creșterea timpului de răspuns a sistemului de frânare și totodată scade și eficacitatea la frânare până la 50%. 

Jocul prescris dintre saboți și tambur are o deosebită importanță în asigurarea spațiului minim de frânare. Dacă există un joc prea mic frâna se încalzeste și apoi se deteriorează.      

            Jocul maxim atunci când garniturile de fricțiune sunt noi, este cuprins intre 0.2-0.6 mm. Există numeroase dispozitive de reglare a jocului de tip interior ce lucrează direct asupra sabotilor, fie la capatul de rezemare, fie la capatul de aplicare al fortei, fie la nervura sau talpa sabotului.

            Reglarea jocului termic dintre saboti si tambur se realizează prin trei procedee:

– apropierea sau depărtarea saboților de tambur –reazeme imobile;

– modificarea poziției reazemelor;

– procedeul mixt.

            Dupa procedeul de executie reglarea jocului poate fi manulă ,reglare ce se realizează odată cu ocazia operațiilor de revizie tehnica și automată.

Dispozitive de reglare a jocului dintre saboți și tambur

La reglarea manuală a jocului dintre saboti și tambur se utilizeaza trei procedee:

1. Reglarea jocului prin apropierea sau depărtarea saboților de tambur. Reglarea se realizează cu ajutorul unor dispositive care acționează asupra sabotului , la nervuri, la talpa sau la capătul de aplicare al forței.

2. Reglarea jocului prin modificarea poziției punctelor de rezemare ale saboților se face din articulațiile sabotilor. Saboții nu sunt montați direct pe bolțuri ci cu ajutorul unor șaibe excentrice care se rotesc odată cu bolturile.Există solutii la care reglarea se face cu ajutorul unui con prevăzut cu crestături longitudinal sau a tijelor însurubate în bucse.

3. Reglarea jocului dupa procedeul mixt.

Reglarea automată a jocului din saboți si tambur are un rol important în reducerea întretinerii automobilului însă prezintă ca dezavantaj faptul că dispozitivul de reglare automată a jocului consumă o parte din forta de actionare a sabotilor .O suprareglare provoacă o crestere temporarăa tamburului prin încălzire.

Dispozitivile de reglare automată a jocului pot fi mecanice (cu fricțiune,cu dinți si cu clichet) sau hidraulice. Din punct de vedere al amplasării acestora pot fi atât în interiorul frânei cât si în exteriorul acesteia.

Dipozitivele cu fricțiune asigură o reglare continuă a jocului în timp ce la dispozitivele cu dinți și cu clichet reglarea jocului se realizează în trepte. După[5]

Există dispozitive mecanice cu reglare continua a jocului, de tipul cu fricțiune, dispozitive ce actionează asupra sabotilor. Între bolț și bucsă există un joc j ce corespunde marimii jocului dintre sabot si tambur. După frânare arcul de readucere are rolul de a depărta sabotul față de tambur numai cu distanta j.

Dispozitivele de reglare automata a jocului poate fi dispuse chiar in interiorul cilindrului de actionare a sabotului. In interiorul pistonaselor există un bolț pe care sunt fixate prin frecare șaibe elastice cu siguranțe. Acestea au rolul de a limita deplasarea pistonaselor in raport cu boltul la valoarea j. Forța arcurilor de readucere a sabotilor este mai mică decât frecarea dintre șaibe si bolt.

Dispozitive mecanice cu reglare în trepte a jocului sunt folosite la frânele cu comandă hidraulică, dispozitivul folosit este cu dinți . Tija dintațată a dispozitivului de reglare este introdusa intr-un manșon elastic ce are la interior dinți și este fixat cu un capăt de sabot. Dacă garniturile de frecare se uzează lungimea ansamblului va crește treptat cu lățimea unui dinte.

Dispozitivul de reglare cu clichet se utilizeaza la frâna cu comandă pneumatică.

Dispozitivele hidraulice pentru reglarea jocului realizează o reglare continuă. După [5]

Conductele de frână

Conductele de frână au rolul de a face legătura între principalele componente ale sistemului de frânare, fiind întalnite pe traseul dintre pompa centrală de frânare și cilindrii receptori. Conductele sunt de două tipuri:rigide sau elastice și sunt amplasate pe autovehicul în asa fel încat să nu fie expuse la surse de căldură, să nu fie predispuse la lovituri sau frecări ce pot determina uzura sau ruperea acestora. Cele rigide sunt construite din oțel, cupru, alamă, cele mai frecvent folosite fiind cele din oțel. Acestea sunt acoperite la interior cu un strat de cupru. Se recomandă ca ele să prezinte raze de racordare destul de mari. Prinderea lor de cadru se realizează prin intermediul unor cleme. Conductele elastice sunt utilizate la roțile directoare și prezintă un strat cu spirale de sârmă pentru protecție. Materialele din care sunt fabricate trebuie să reziste unor presiuni mari, iar lungimea conductelor trebuie aleasă astfel încât acestea să nu fie tensionate la bracarea maximă a roții.

Lichidul de frână

La sistemele hidraulice lichidul de frână are rolul de transfer al presiunii de la pompă către cilindrii receptori. El trebuie să prezinte anumite proprietăți: să fie higroscopic (să aibă calitatea de a absorbi umiditatea), să aibă o viscozitate mică, să aibă proprietăți de protecție anticorozive, să nu formeze gume, să aibă proprietăți de ungere și un punct de fierbere cât mai ridicat.

Un lichid de de frână eficient trebuie sa reziste la frig, căldură, îmbătranire sau oxidare și să nu afecteze materialele elementelor de etanșare. Prezența apei în lichidul de frână produce o diminuare progresivă a punctului de fierbere a acestuia. Cand nivelul de lichid scade sub limite este posibilă pătrunderea aerului în instalație, lucru ce are ca efect reducerea eficacității frânării, devenind indispensabilă înlocuirea sa.

Uzual constructorii recomandă intervale de schimbare a lichidului de frână între unu și trei ani. Lichidul de frână este cunoscut sub următoarele norme: DOT 3; DOT 4; DOT 4+ și DOT 5. La autovehiculele din clasa mică și medie ce au sistem ABS și servo-frână se folosește uzual DOT 4 care suportă temperaturi între 90 și 140 °C.

2.3 Studiul tehnico-economic al soluțiilor posibile pentru frânele cu tambur

În prezent autoturismele utlizează fie frâne cu disc pe toate roțile, fie frâna cu disc pe roțile anterioare si cu tambur pe roțile posterioare (solutie întalnită la autoturismele de tip hatchback, berline cu viteze maxime mai mici de 190 km/h sau autovehicule de teren)

Frânele cu tamburi sunt superioare celor cu disc din punct de vedere mecanic însa prezintă marele dezavantaj al aparitiei fenomenului de fading (oboseala termică a frânelor).

În majoritatea cazurile autoturismele prezintă la roțile din spate frane cu tambur de tip simplex. Avantajele utilizării acestei frâne sunt :

-Construcție relativ simplă;

-Costuri de producție reduse;

– Simplitatea asigurarii aceluiași moment de frânare indiferent de sensul de mers;

-Eficacitate ridicată;

-Stabilitate buna;

-La franele cu tambur actuale se realizează reglarea automata a jocurilor dintre saboti si tambur.

Ca dezavantaje mentionăm faptul ca acestea nu sunt echilibrate , prezintă o uzură diferită a garniturilor de fricțiune, prezintă o mentenanță dificilă dar la intervale mai lungi ,suprafete mai mici de răcire și conditii mai slabe pentru evacuarea căldurii față de frâna cu disc și deformația radială a tamburului care provoaca modificarea formei sale și afectarea prin aceasta a jocurilor dintre suprafetele de frecare.

În momentul frânarii puntea față este încarcată suplimentar , iar puntea spate descarcată astfel la viteze maxime constructive mai mici nu se justifică adaugarea frânelor cu discuri pe spate deoarece ele nu sunt foarte solicitate .

Cu toate aceste dezavantaje frânele cu tambur sunt încă preferate de constructorii de automobile low-cost atât din princina prețului mai scazut , dar mai ales faptului ca frâna cu tambur realizează un moment de frânare suficent pentru oprirea autovehicului în conditii sigure.

–

Capitolul III

Proiectarea generală a mecanismului de frânare

Calculul sistemului de frânare cuprinde dimensionarea de ansamblu a frânelor si verificarea lor la solicitările mecanice și termice.

3.1 Dimensionarea de ansamblu a sistemului de frânare.Stabilirea forțelor și momentelor de frânare

Se stabilesc momentele de frânare la punțile automobilului, se alege tipul frânelor și se adoptă mecanismul de acționare. Calculele se efectuează pentru încărcarea maximă a automobilului. După [1]

Stabilirea forțelor si momenteleor de frânare la punțile automobilului

Se pornește de la condiția ca momentul de frânare să nu depășească valoarea admisă de aderență (roțile ambelor punți ajung simultan la limita de blocare, la o valoare dorită a coeficientului de aderentă), fie ca automobilul sa realizeze o anumita deceleratie maximă.

Mf=Mf1+Mf2=·Ga·rr (3.1)

Momentele de franare ale puntilor Mf1 respectiv Mf2:

Mf1=Ff1·rr=·Z1·rr (3.2)

Mf2:=Ff2·rr=·Z2·rr (3.3)

unde: -reprezinta coeficientul de aferenta al drumului

rr-raza de rulare a roții

Raza de rulare a roții va fi calculata cu formula rr=λ·r0=0.94·317.25=298.15 mm (3.4)

Reactiunile normale dinamice la punti sunt :

Z1=(Ga·b+Ff·hg)/L (3.5)

Z2=(Ga·b-Ff·hg)/L (3.6)

unde: Ff=Ff1+Ff2 (3.7)

Considerând ca frânarea are loc pana la limita de aderentă (Ff=·Ga), iar repartiția statică a greutătii automobilului pe punti este (G1=α1·Ga respectiv G2=α2·Ga)

Ga=1471 daN (3.8)

Ff=·Ga=1323 daN (3.9)

Reacțiuni normale:

(3.10)

(3.11)

unde: L=2500mm a=1460 mm b=1040 mm hg=631 mm

Figura 3.1 Forțele care acționeaza asupra autovehiculului la frânare

Înăltimea hg a centrului de masă la diferite categorii de automobile variază între limitele: autoturisme încarcate, 0,55-0,80 m; sarcină nulă- 0,50-0,75 m. Dupa [1]

Având cunoscute reactiunile normale pe punți, fortele de frânare la limita de blocare se determină cu următoarele relații : ₒ=0,9 Conform [2].

(3.12)

(3.13)

Raza de rulare are valoarea: Rr=0.29815 m

(3.14)

(3.15)

Raportul dintre forțele de frânare la punți pentru care are loc frânarea ideală se calculează cu relația de mai jos, considerându-se automobilul cu sarcina utilă completă:

=1.8 (3.16)

În unele cazuri, repartiția forțelor de frânare la punțile automobilului se exprimă cu ajutorul coeficientului de repartiție:

(3.17)

(3.18)

Legătura dintre λ,, va fi dată de următoarele relații:

(3.19)

(3.20)

Raportul  se determină pentru coeficienții 1 ,2 și . Pentru coeficientul de aderentă  ₒ se recomandă = 0,9 (limita superioară pentru autoturisme) . După [2]

Repartiția forțelor de frânare se alege în funcție de raportul Ff1/Ff2 . O distributie bună atât pentru drumurile alunecoase, cât și pentru drumurile uscate este la o valoare cuprinsa intre 1.3.și 1.6.

In cazul deplasării pe drumurile care au <0,5  la frânare, roțile puntii din față se vor bloca primele, acest lucru determinând o stabilitate mai bună a automobilului pe drumurile alunecoase, iar pe drumurile uscate (>0,5) asigurandu-se o frânare sigură.

Există unele autoturisme la care forțele de frânare corespunzătoare celor doua punți sunt aproximativ egale (Ff1=Ff2). La această distribuție a fortelor de frânare se măreste spațiul de frânare la frânarea intensivă pe un drum uscat, iar stabilitatea scade daca frânarea are loc pe un drum alunecos.

Uzura si încalzirea frânelor sunt aproximativ egale atât pentru roțile anterioare cât și pentru cele posterioare. După [5]

Coeficientului de repartiție se mai poate calcula prin formula v=b/L+0,17

Decelerația relativă la franare la autovehicule trebuie sa respecte urmatoarea relatie,la un coefficient =0,9:

(3.21)

Pe langă eficacitate franele autovehiculelor trebuie sa respecte si condițiile de stabilitate la frânare.

Figura 3.2 Valorile coeficienților de utilizare pentru autoturisme [23]

Coeficienții de utilizare a aderenței pentru puntea din fața si spate sunt:

(3.22)

(3.23)

Dacă ținem cont de formulele reacțiunilor normale la frânare:

Repartiția încărcărilor la punțile autovehiculelor va fi:

(3.24)

(3.25)

(3.26)

(3.27)

ζf1=f1=0.76 (3.28)

ζf1=f1=1.3 (3.29)

Coeficienții de utilizare a aderenței sunt egali cu forțele tangențiale specifice la frânare.

Pentru coeficenții de utilizare a aderenței se folosește următoarea formulă:

(3.30)

3.2 Construcția și calculul sistemului de frânare

Cel mai răspândit tip de acționare al frânelor la automobile este acționarea hidraulică, fiind întalnită chiar și la unele autocamioane de capacitate mică sau medie.

Acest tip de acționare prezintă unele avantaje precum:

-repartizarea dorită a efortului de frânare între punți;

-realizează franarea simultană a tuturor roților;

-randament ridicat;

-construcție și întreținere ușoară;

Ca dezavantaj, acest tip de acționare prezintă un randament scazut la temperaturi sub

-30°C, aerul poate pătrunde în instalație și reduce mult eficiența frânei și imposibilitatea realizării unui raport de transmitere ridicat.

La apăsarea pedalei de frână se transmite o presiune egală la toți cilindrii receptori iar eforturile de acționare vor depinde de diametrele pistoanelor.

Pompa centrală trebuie să asigure o intrare rapidă in funcțiune, si o defrânare rapidă.

Presiunea din instalația de frânare la sistemele acutuale are valoarea de 140-150 bar la frânări normale sau 160 bar -160 daN/cmᵌ -valoarea maximă pentru sistem.

Se adoptă o valoarea a presiunii din instalația de frânare de 150 daN/cm².

Prevenirea pierderilor de lichid din sistem se realizează printr-o etanșeitate corespunzătoare a garniturilor și arcului cilindrului receptor.

Pompele receptoare(cilindrii de frână) prezintă unul sau două pistoane. Cilindrii pot fi în trepte adică pistoane cu diametere diferite pentru obținerea unor presiuni specifice egale între garniturile de fricțiune și tambur.

Se adoptă pentru sistemul de proiectat o frână simplex cu acționarea saboților cu forțe egale, având un diametru al cilindriilor pompelor receptoare (dr) de 22.2 mm iar cel al cilindrului pompei central (dc) -25,4 mm. Dupa [1]

Forța de acționare a saboților S are o valoare de 174 daN pentru o presiune a sistemului de p=150 daN/cm² .

Forța la pedală Fp care realizează cu ajutorul pompei centrală presiunea p din sistem are următoarea relație:

Fp=S/(ip·ih·ηh) (3.31) unde ip-raportul de transmitere al pedalei -4;

ih-raportul de transmitere hidraulic-(dr/dc)²=1.14;

ηh-randamentul mecanismului hidraulic cu valori cuprinse între

0,90 si 0,95.Se alege valoarea 0,95

Fp=40.16 daN Uzual forța la pedală are valoarea de 45 daN . Aceasta forța la pedală se micșorează de aproximativ 2 ori in cazul prezenței servomecanismului de frânare. După [6]

Se poate determina și cursa pistonului pompei receptoare ( deplasarea capătului superior al sabotului cu următoarea relație:

x=(j+u+δg+δt/2)·(a+c)/a=3.64 mm (3.32)

unde:

-j reprezintă jocul radial mediu dintre sabot și tambur (j=0,2-0,7 cand garnitura de fricțiune este nouă-j=0,5 mm;

-u-reprezintă uzura radial a garniturii de fricțiune admisibilă-0,4 mm;

– δg-deformarea garniturii de fricțiune-0,9 mm;

– δt-creșterea diametrului tamburului datorită încălzirii în timpul frânării -0,5 mm;

Alegerea dimensiunilor pentru principalele subansambluri s-a realizat în funcție de dimensiunile modelelor similare. Astfel principalele dimensiuni ale saboților sunt:

a =75[mm] c= 70 [mm] rt=100[mm] dt=200 [mm] și e= 80[mm]

uzual: c=0,8·rt;

Figura 3.2 Variația coeficientului kₒ in functie de unghiul de infasurare β [6]

Se adoptă pentru β=120° – kₒ=0.85 pentru sabotul primar iar pentru sabotul secundar β=90° și kₒ=0.9 , b=50 [mm] reprezintă latimea garniturilor de frictiune ,μg- 0.iar =15° .

Fig 3.4 Forțele care actionează asupra saboților în timpul frânării. [6]

(3.33)

af=8.8 m·s² (Decelerația) (3.34)

Determinarea princpialelor forțe care acționează asupra tamburului si saboților:

Forțele care acționează aspura tamburului si saboților sunt prezentate in figura 3.4 și se determină cu următoarele formule:

Sabotul primar:

(3.35)

(3.36)

(3.37)

Qx1=N1-S=536 daN (3.38)

Sabotul secundar:

(3.39)

(3.40)

(3.41)

Qx1=N1-S=128 daN (3.42)

Coeficientul de eficacitate al frânei

Este definit ca raportul dintre forța tangențială la periferia garniturii de fricțiune (F) și forța de acționare a sabotului (S).

E=F/S -Valorile medii ale coeficientului de eficacitate pentru frana simplex cu forte

egale de actionare a sabotilor sunt cuprinse intre valorile (1,5 si 2,5)

Pentru sabotul primar se calculează coeficientul de eficacitate:Ep=F/S

(3.43)

Ep=F/S=1.35 (3.44)

Coeficientul de eficacitatea evidentiază performanța unui sabot în ceea ce priveste momentul de frânare realizat. Coeficientul de eficacitate indică de câte ori forțele de frecare realizate pe tambur depășesc forțele dispozitivului de acționare. Valoarea lui depinde foarte mult de tipul și dimensiunile sabotului și de coeficientul de frecare.

In ceea ce priveste distribuția presiunii pe suprafața garniturii de frecare după rodare ea este apropiată de cea uniformă.

In cazul distribuției uniforme a presiunii pe suprafața garniturilor de frecare momentul de frânare al sabotului are relația: Mf=p0·b·rtᵌ·μ·β (3.45)

Corecta adoptare a dimensiunilor se verifică prin :

1. Presiunea specifică pe suprafața garniturilor de fricțiune a sabotului:

rr=298.15 mm= 0.29 m

rt=100 mm = 0,10 m

Mf1=1700 daN·cm=17 daN·m(Momentul de frânare la sabotul 1)

b=50 mm=5cm

μ=0,3

β=120 °

(3.46)

Această valoare nu trebuie să depășească valoarea de 9 daN/cm² pentru frânele cu saboți[1].În proiectare se aceptă și valoarea de 15 daN/cm².

2 . Lucru mecanic specific de frecare

Lucru mecanic specific la frânare caracterizează uzura garniturilor de fricțiune. Se determină din condiția ca în timpul frânării variția energiei cinetice sa fie egală cu lucrul mecanic de frânare. Dupa[1]

A’= (Suprafața totală a garniturilor de fricțiune) (3.47)

μ·p0·A’=μ∑(N1+N2) (3.48)

Aria se mai poate calcula și prin altă metoda:

A’=∑rt·b·(β1+β2)=784 cm² (Calcul arie totală pentru frâne cu saboți) (3.49)

Valorile celor doua arii sunt aproximativ egale.

Ls=Lf/∑A (3.50)

170 [km/h]=47.22 [m/s]

30 [km/h]=8.33 [m/s]

vitezei de 170 km/h (3.51)

3. Puterea specifică pe garnitura de fricțiune

Puterea de frânare :

P=Ga/g·afmax·Vmax/360=626 kW (3.52)

Puterea specifică

Ps=P/∑A=623/784=0.8 (3.53)

4. Încărcarea specifica a garniturii de fricțiune

qs=Ga/(g·∑A’) [daN/cm²] (3.54)

qs=1473/(9.81·98)=1.53 daN/cm²

Această valoare se încadrează în intervalul de 1,5-2 daN/cm² corespunzător autoturismelor

Valorile încarcării specifice la autoturisme sunt mai reduse datorită unei răciri mai dificile , decelerațiilor mari, vitezelor de deplasare etc.

5. Calculul termic simplificat al frânelor cu saboți

La încălzirea franelor se observă diminuarea eficacității acestora datorita fenomenului de fading. În urma incalzirii și evaporararii a substanței liante și a formării unui strat unsuros coeficientul de frecare al materialelor se diminuează foarte mult.

Calculul termic se realizeaza pentru următoarele regimuri de frânare:

-Frânare intensivă;

-Frânare îndelungată;

-Frânare repetată;

a)-Cazul frânării intensive. În cazul unei frânări intensive se neglijează schimbul de căldură cu exteriorul, întreaga cantitate de căldura care se degajă contribuind la creșterea temperaturii. Garniturile de fricțiune au conductibilitate foarte redusă astfel aproape toată cantitatea de căldură este preluată de tambur.

·c·nf·Δτ (3.55)

392=0.95·4·0,8·4· Δτ

Δτ=32°C

Unde: =fracțiunea de căldura produsă și preluată de tambur (0,9);

Gt=greutatea tamburului -4 kg;

c-caldura specifică a tamburului-0,8 pentru fontă;

nf-numărul roților frânate;

Δτ-creșterea de temperatură a tamburului

Se recomandă ca la o frânare intensivă de la 30 km/h până la oprirea automobilului creșterea de temperatură să nu depășească 15°C.

b) Frânare îndelungată –La frânarea îndelungată se ține seama de schimbul de căldură cu mediul

exterior

Bilantul termic:

(3.56)

unde: dQ-Cantitatea de căldură elementară rezultată la frânare;

dQ1-Cantitatea de căldură elementară cedată mediului exterior;

dQ2-Cantitatea de căldură elementară consumată la încălzirea tamburului

Dacă se înlocuiesc dQ,dQ1 respectiv dQ2 bilanțul termic

(3.57)

unde: =densitatea fluxului de căldură la frânarea de durată;

A-suprafața garniturii de fricțiunii;

– coeficientul de schimb de căldură dintre tambur și aer;

-suprafața de răcire a tamburului;

τ- temperatura relativă a tamburului în raport cu mediul exterior;

c-căldura specifică a materialului din care este fabricat tamburului;

Gt- greutatea tamburului;

d τ –creșterea de temperatură;

Astfel:

=0.18 kcal/cm²·s (3.58)

Pf=627 kW

Q=(Ff·va)/427=(μ·p0·∑A’·va)/427=16 [kcal/s] (3.59)

va=5 (Viteza de alunecare a tamburului pe garniture de frecare)

Ff-forta de frecare

∑A’-proiecția suprafețelor garniturilor de frecare

P0-presiunea specifica medie

Ipoteze de calcul simplificat:

Conform [7] :Se consideră că întreaga cantitate de căldură este conținută în saboți si in tambur ( nu există transfer termic către mediul ambiant). În cazul unei frânări îndelungate temperature maximă a tamburului este:

==0.2 (3.60)

unde:

ρ-Densitatea materialului, kg/m3

c-Căldura specifică, Nm/kgK

k-Conductivitatea termică, Nm/mhK

=0,9 (3.61)

Valori recomandate pentru calcule:

După [6]:

Astfel

Timpul necesar pentru ca temperatura la exteriorul tamburului să atingă valoarea maximă tt:

tt=L²/5a [h]=0.0000576 h=0.2 s (3.62)

unde:L=grosmiea tamburului [m] =0,005 [m]=0,5 cm

a=k/ρ·c [m²/h] (3.63)

uzual tt=0.0127·L²[s] (3.64)

Figura 3.5 Evidențierea câmpurilor de temperatură la sfarsitul unei frânări [6]

Calculul temperaturii maxime:

=303+56.5·0,9·0.08/0.02=509.1 K=235°C (3.65)

Ti –Temperatura inițială -32°C-303K

A-Aria de contact a saboților m²-0.02

tf-timpul de frânare-s-25 s

ρ-Densitatea materialului kg/m³-7228

c-Căldura specifică kJ/kgK-418

k-Conductivitate termică W/mK-174.5

La o frânare îndelungată timp de 25 s-a obținut valoarea de 509.1K- 235 °C

iar la o frânare îndelungată timp de 50 s-a atins valoarea de 579 K -305 °C depășind temperatura admisibilă cu 5°C.

Temperatura maximă admisibilă conform Reg. Nr 13 al CEE a ONU este de 300 °C .

Se constată ca temperatura obținută este în limitele admisibile.

c) Cazul frânărilor repetate – Numărul de frânări în acest caz este mare, ajungându-se la temperatura de saturație a tamburului

237.55°C la frânări repetate la 60 secunde (3.66)

în care se alege: =temperatura mediului ambiant -32°C

creșterea de temperatură datorită frânării-5°C

b=coefficient condiție de răcire a frânei-0,003

t0=intervalul dintre frânări-60s

Se constată ca și în cazul frânărilor repetate valoarea temperaturii este mai mică decât temperatura maximă de 300°C.

3.3 Procesul de frânare a autovehiculului

Spațiul și timpul de frânare se calculează utilizând următoarele formule:

Spațiul de frânare al autovehicului depinde de mai mulți factori precum: greutatea autovehiculului, aderența pneurilor la sol, starea pneurilor, viteza de deplasare și timpul

de reacție al conducătorului autovehiculului.

Distanța pe perioada de reacție și întârziere:

=47,22·1,2=66.64 m (3.67)

-Timpul de reacție-0,9 s

-Timpul de întârziere al sistemului de frânare până la contactul saboților cu tamburul

de frână-aproximativ 0.5 s

-Viteza inițială – se consider viteza maximă constructivă-170 km/h-47,22 m/s

Distanța pe perioada de creștere a decelerației:

= 6.8 m

Timpul de creștere a decelerației : 0,14…0,18 s – Se alege valoare de 0,15 s

Deceleratia maximă a autovehicului -8,8 m/s²

Distanța pe perioada decelerației constant:

==5,2 s (3.68)

123 m (3.69)

Distanța de oprire

S= (3.70)

Timpul de oprire

(3,71)

Dimensiunile principale ale saboților și tamburului:

a =75[mm]; c= 70 [mm]; rt=100[mm]; dit=200[mm] ;e= 80[mm] β=120° sabotul primar iar pentru sabotul secundar β=90°;

Figura 3.6 Elemente componente ale sistemului de frânare spate

In ceea ce privește modul de amplasare ale principalelor componente ale tamburului se alege o soluție constructivă de saboți marca Bosch de la un model similar ce are diametrul tamburului aproximativ cu cel proiectat.

Capitolul IV

Diagnosticarea sistemului de frânare

4.1 Determinarea principalilor parametrii de diagnosticare.

Sistemul de frânare are un rol foarte mare în asigurarea securitătații active a automobilului, astfel diagnosticarea acestui sistem este deosebit de importantă.

Funcționarea necorespunzătoare a sistemului de frânare are efecte asupra creșterii de combustibil a automobilului, scăderii dinamicii automobilului sau în unele cazuri chiar defecțiuni la sistemul de rulare.

În cazul modificării stării tehnice a sistemului de frânare există anumite simptome, care pot evidenția cauzele probabile ce au dus la defectarea acestuia. Aceste simptome sunt variate având drept efecte: ineficiența frânei, funcționarea cu frecare a acesteia deși pedala de frână se află în repaus, deplasarea automobilului într-o parte în timpul frânarii, blocarea roților sau frânări intermitente însotite de zgomote.

Simptome și cauze probabile ale defecțiunilor sistemelor de frânare cu lichid:

Efortul la pedală

În cazul unui efort mare la pedală principalele cauze ar fi dilatarea garniturilor de cauciuc, griparea pistonașelor, obturarea orificiului compensator al cilindrului pompei, griparea axului pedalei sau înfundarea unei conducte de frânare.

Efortul prea mic la pedală poate fi cauzat de garniturile de cauciuc aflate într-o stare degradată sau murdare, pierderilor de lichid sau aerului din sistem.

Modificarea cursei libere a pedalei

Cursa liberă a pedalei insuficientă poate fi determinată in cazul franelor cu tambur de un joc insuficient între saboți si tambure sau de dilatarea tamburelor ca urmare a încalzirii acestora. Totodată aceast simpton poate fi cauzat de o conductă înfundată sau de obturarea unui orificiu.

O cursa liberă a pedalei prea mare are drept cauze posibile: prezența aerului in sistem, racorduri flexibile ce și-au pierdut rezistența , un joc mare între: saboți și tambure, între tijă si pistonul pompei centrale, sau uzarea pronunțată a discurilor sau garniturilor de fricțiune.

Incălzirea frânelor

Cauzele incazirii frânelor sunt variate, pornind de la dilatarea garniturilor de cauciuc, griparea postonașelor sau a axului pedalei , joc insuficent intre saboți si tambure, arcuri de rapel rupte, prezența impuritaților între saboți si tambur, frâna de stationare dereglată sau in cazul franelor cu disc înclinarea etrierului.

Zgomote in timpul frânării

Sunt cauzate de garniturile de frânare uzate, de uzura pronuntată a discurilor, de prezența impuritaților între saboți si tamburul de frână, dereglarea frânei de staționare și înclinarea etrierului (frâna cu disc).

Pedala acționează normal dar fară efect de frânare

Cauzele principale: pierderea lichidului de frână, racorduri flexibile care și-au pierdut rezistența, garnituri de frânare extrem de uzate sau prezența lubrifiantului între sabot si tambur.

Autovehiculul trage lateral in timpul frânării

Cauze: Dilatarea tamburelor ca urmare a încălzirii, impurități între sabot și tambur sau disc, lubrifiant între sabot și tambur, pistonașul sau cilindrul receptor gripat, garnitura de cauciuc a unui cilindru receptor uzată, ruptă, dilatată sau murdară, pierderi de lichid la frâna unei roți.

Frânare intermitentă

Impurități între saboți si tambure, amortizoare defecte, jocuri mari in mecanismul de direcție ,tambure sau discuri uzate neuniform.

Blocarea rotilor din spate in timpul franarii cauzată de defectarea repartitorului efortului de frânare, ovalizarea tamburului ce poate fi cauzată de funcționarea îndelungata a acestuia fără reglarea jocului dintre saboți și tambur, de fabricarea greșită dintr-un material necorespunzator sau de prelucrarea incorectă.

Frânare neprogresivă(bruscă) – joc prea mic între garniturile de frânare din tambur sau discuri , orificiul de compensare al pompei centrale obturat.

Parametrii de diagnosticare

Având in vedere toate aceste simptome principalii parametrii de diagnosticare ai sistemului de frânare cu acționare hidraulică sunt reprezentați de: jocul dintre garniturile de frecare și discuri/tambure, starea garniturilor, a discurilor sau tamburelor, starea cilindrilor, pistonașelor și garniturilor pompei centrale de frânare, starea cilindrilor receptori, a conductelor de frână , a arcurilor de rapel, existența aerului in sistem și cantitatea și calitatea lichidului de frână.

La sistemele de frânare cu acționare pneumatică folosite în special în cazul autocamioanelor sau autobuzelor principalii parametrii de stare tehnică sunt reprezentați de:

uzura garniturilor de frecare și a tamburelor ,starea tehnică a compresorului ( uzarea supapelor copresorului, slăbirea, murdărirea sau ruperea curelei de antrenare a acestuia, uzura cilindrilor, pistoanelor si segmenților compresorului), pierderea etanșeitații sistemului, defectarea regulatorului de presiune, deformarea tamburelor și prezența impurităților între garniturile de frecare și tambur. Dupa [1,2]

4.2 Metode de diagnosticare

Diagnosticarea sistemului de frânare se poate realiza în mai multe moduri : în conditii de deplasare a automobilului pe drum, în ateliere, sau cu ajutorul standurilor specizate.

4.2.1 Diagnosticarea sistemelor de frânare în condiții de drum

Aceast tip de diagnosticare se poate realiza chiar de către conducătorul automobilului prin observarea comportării atât a automobilului în timpul frânării cât și a sistemului de franare.

Diagnosticarea în condiții de drum poate evidenția anumite simptome ale sistemului de frânare si cauzele posibile ale acestora (4.1). Fiind o diagnosticare subiectivă, dezavantajul major al acetui tip de diagnosticare este că depinde foarte mult de abilitatea conducătorului de a sesiza aparitia anumitor simptome. Aceste aprecieri au un caracter calitativ și nu oferă informații concrete, cantitative iar în unele cazuri nu permit nici localizarea defectiunilor.

Determinările cantitative ale capacității de frânare sunt efectuate prin intermediul încercarilor pe drum, utilizând aparate și dispozitive speciale. Cea mai simplă determinare este măsurarea decelerației maxime cu ajutorul unui dispozitiv numit decelerometru. Acesta este un aparat simplu din punct de vedere constructiv, de tip inerțial cu masă lichidă sau solidă, ce se fixează pe podeaua sau parbrizul autovehiculului. La decelerometrele de construcție modernă se poate înregistra variația decelerației in timp.

Uzual diagnosticarea starii tehnice a sistemului de frânare cu ajutorul decelerometrelor se efectueaza pe drumuri orizontale din asfalt sau beton, cu un coeficient de aderenta de minim 0,7.

Cu ajutorul său se verifică si eficiența frânei de mână .Ca viteze de referință sunt specificate valorile de 40 km/h pentru frâna de serviciu si 20 km/h pentru frâna de staționare.

Frâna de serviciu se consideră eficace daca valoarea decelerație obținute este mai mare de 5 m/s² in cazul autoturismelor si 4,5 m/s² in cazul autovehiculelor cu masă maximă pană la 3.500 kg, respectiv 4 m/s² in cazul autovehiculelor cu masă maximă peste 3.500 kg

Decelerația autovehiculului la acționarea franei de staționare trebuie sa fie de cel puțin

2 m/s².

Un alt parametru de diagnosticare al sistemului de franare îl reprezintă spatial minim de frânare, determinarea acestuia realizându-se cu ajutorul dispozitivului tip “roata a 5-a”. Prin cronometrarea procesului si utlizarea dispozitivului roata a 5-a este posibilă determinarea deceleratiei medii.

In cadrul diagnosticării în conditii de drum conducatorul autovehiculului va observa eventuale vibrații ,zgomote sau alte defecțiuni ale sistemului de franare.

Diagnosticarea în conditii de drum are ca avantaje costul redus și observarea cu exactitate a comportamentului autovehicului în timpul frânării. Ca dezavantaje menționăm faptul că rezultatul este subiectiv bazându-se foarte mult pe priceperea si experiența conducatorului. Viteza, forța la pedala si momentul frânării variază de la o încercare la alta , depinzând foarte mult si de condițiile meteorologice. După [7,8]

4.2.2 Diagnosticarea sistemelor de frânare prin inspecție vizuală

Diagnosticarea prin inspecție vizuală este o metodă comună de verificare a sistemului de frânare, multe dintre problemele care afectează acest sistem pot fi diagnosticare într-un timp scurt în care se verifică principalele subansambluri ale sistemului.

 Tehnicianul care efectuează această verificare observă toate componentele principale ale mecanismelor de franare precum etriere, discuri, plăcute de frână, tambure, saboți si celelalte accesorii si constată daca acestea sunt in stare bună de funcționare.

Pe langă verificarea stării tehnice a componentelor principiale ale sistemului de franare se verifică și:

-lichidul de frână ( verificarea nivelului si calitatea lichidului de frână din rezervor);

-eventuale scurgeri de lichid de frână datorate unor fisuri în furtunurile instalatiei sau ruperea unor racorduri;

-frâna de staționare (se verifică ca frâna de staționare să funcționeze corect și să fie complet eliberată);

-rulmenții rotilor. Acestia trebuie sa fie în stare perfectă de funcționare și să aibă o strângere corespunzătoare;

-roțile si pneurile (se verifică ca presiunea din pneuri să aibă valoarea corespunzătoare, adâncimea profilului pneului și dimensiunile pneurilor si jantelor să corescpundă cu cele indicate de constructor);

La sistemele cu ABS se verifică sigurantele electrice, cablaje si conectori ( în special cablurile traductoarelor de rotație ale roților, se controlează ca roțile dințate ale traductoarelor sa nu fie deteriorate și se curată depunerile de pe acestea.

Prin această metodă se poate observa grosimea saboților și a placuțelor ceea ce permite tehnicianului sa examineze sistemul de frânare în funcție de indicatorii de uzură. Chiar dacă autovehiculul este prevăzut cu indicatori de uzură, inspectia vizuală rămâne o metodă sigură de verificare a sistemului de franare.

Dezavantajele acestei metode constau în faptul că rezultatele sunt subiective, în afară de masurarea indicatorilor de uzură. Nu se poate verificare functionarea sistemului de franare prin inspectie vizuala, de aceea verificarea este insoțită de cele mai multe ori de o incercare pe drum.

Figura 4.1 –Inspectia vizuală a sistemului de franare [24]

4.2.3 Diagnosticarea sistemului de frânare pe standuri

În prezent pentru activitatea de diagnosticare a sistemului de frânare se utilizează cu preponderență standurile specializare.

Chiar dacă oferă avantajul solicitării sistemului de frânare în conditii de funcționare reale, încercarile în conditii de drum prezintă mai multe inconveninente precum: necesitatea deplasării de la atelierul la drumul pe care se face încercarea, rezultatele masurătorilor depind foarte mult de condițiile meteorologice ( ploaie, ninsoare, polei), de starea drumului, viteza vântului , măresc pericolul de accidente etc. Astfel încercarile pe drum sunt efectuate în prezent în scopul de omologări de autovehicule noi, în scopuri de cercetare sau pentru verificarea performanțelor dinamice ale unui autovehicul.

Standurile de specialitate se clasifică în functie de metoda de realizare a efortului de solicitare a frânelor și pot fi inertiale sau de fortă.

In cazul standurilor inertiale solicitarea frânelor se realizează de către mase inertiale apartinând standului (volanți) aduși la o anumită viteză de rotație.

Standurile de forța folosesc motoare electrice pentru acționarea roților în timpul frânării. Aceste standuri se pot clasifica la rândul lor în funcție de viteza de rulare simulată: standuri de viteză mica (5-10 km/h), standuri de viteză medie (10-20 km/h) si de viteza ridicată ( la care vitezele pot ajunge până la 120 km/h)

În general standurile sunt prevăzute cu rulouri pe care se asează roțile uneia dintre punțile automobilului in timp ce roțile celeilate punți sunt în contact cu podeaua incintei în care se execută operațiunea de diagnosticare.

După simularea prin rotirea rulourilor la viteza de deplasare dorită , se actionează sistemul de franare și se masoară foarța de frânare corespunzătoare fiecarei roti. Dupa [1]

Standul de forța cu rulouri

Au o mare raspandire ,un preț destul de accesibil în raport cu alte standuri de frânare și oferă posbilitatea diagnosticării atât a sistemului de franare cât și a stării tehnice generale a autovehiculului.

Figura 4.2 Stand de frână cu rulouri

Construcția si funcționarea standului:

Standul este contruit din doua module identice plasate simetric în raport cu axa longitudinală a autovehiculului la care se execută diagnosticarea .

Figura 4.2 Construcția standului cu rulouri -Conform [8]

Funcționare:  Reductorul este antrenat de către un motor electric asincron prin intermediul unui cuplaj. Carcasa reductorului este montată pe lagare , momentul amplificat de acesta fiind transmis printr-un alt cuplaj la unul din rulouri. Pentru a transmite miscarea, rulourile sunt cuplate între ele prin intermediul unei transmisii cu lant. Forța de apăsare a rotii este transmisă celor doua rulouri prin intermediul unor rezultante radiale R si R’. In timpul procesului de frânare se dezvoltă fortele tangentiale de frecare F’fr si F’’fr care insumate dau forța de frânare pentru acea roată. Dupa [1]

Rulourile sunt confecționate din otel acoperit cu un strat de bazalt ,beton sau material sintetic pentru a asigura o aderanță bună (coeficient de aderentă- 0,7 ) între roata automobilului si rulouri.

F fr  = F`fr + F„fr  (4.1)

F`fr si F„fr  rezultante vor genera un moment de franare Mfr:

Mfr = (F`fr + F„fr) · R rulou = Ffr · Rrulou (4.2)

Momentul de frânare este aplicat la ieșirea din reductor. Intre momentul  Mm produs de electromotor si momentul de frânare Mfr rezultă relatia:

Mm=Mfr/(ired·ηred)

unde ired reprezintă raportul de transmitere iar ηred randamentul reductorului

Diferența dintre Mfr si Mm ar trebui preluată de suporturile carcasei reductorului, însa aceasta fiind montată pe lagare, tinde să se rotească necontrolat.

Pentru a împiedica rotirea necontrolată a carcasei pe aceasta este fixată o parghie de tip cuțit de balanță a cărei extremitate se sprijină pe un reazem.

Reactiunea F solicita parghia la încovoiere si este determinată prin tensometrie rezistivă cu ajutorul unor mărci tensometrice montate la baza pârghiei.

Echilibrul momentelor ce actionează asupra reductotului este descris de ecuatia:

Mfr = Mm + F · l

unde (l este brațul fortei F in raport cu axa de rotatie a carcasei reductorului.)

Deoarece l și ired reprezintă constante constructive ale standului ,iar ƞred este o mărime cvasiconstantă rezultă că forta de frânare Fs este direct proportională cu forta masurată F.

În timpul procesului de diagnosticare pot avea loc fenomene nedorite precum blocarea rotilor ce pot duce la expulzarea roților automobilului de pe rulouri (apare uzual în cazul încercarii franei de staționare).

Pentru a preveni blocarea roților standul are în componenta sa o rola cu rol in menținerea permanentă a contactului cu roata automobului. Aceasta este prevazută cu un traductor de mișcare de rotație care identifică tendița de blocare a roților, transmitând o comandă prin care se va reduce curentul de excitatie al electromotorului, care va micsora asfel momentul transmis rulourilor.

Uneori standul prezintă în componența sa și un traductor pentru măsurarea forței de apasare pe pedala de frână numit pedometru (hidraulic sau electric). După [8]

4.3 Diagnosticarea generală a sistemului de frânare pentru modelele similare ale autovehiculului de proiectat

Diagnosticarea generală sistemului de frânare se efectuează cu ajutorul standului cu rulouri marca Bosch BSA pentru un model similar cu cel al autovehicului de proiectat și anume Dacia Logan.

Standul utilizat poate efectua atât diagnosticarea sistemului de frânare cât și a sistemului de suspensie. Acesta prezintă în componența sa un set de role pentru determinarea principalelor forțe de frânare ale a autovehiculului și o unitate de comandă pentru afișarea rezultatelor în format digital.

Figura 4.3 Stand de frână cu rulouri și unitatea sa de comandă-Bosch

4.3.1 Operațiuni pregătitorare

Pentru a evita afectarea rezultatelor de factorii de influentă paraziți se vor efectua o serie de operațiuni pregătitoare:

-Anvelopele se controlează să nu fie ude sau murdare și se verifica adâncimea profilului acestora;

-Se verifică presiunea din pneuri, iar dacă aceasta nu corespunde cu cea indicată de constructor se reface presiunea indicata cu o abatere maxima de 0,01 Mpa;

-Se verifică și se reglează cursa liberă a pedalei. Aceasta trebuie sa corespundă valorii nominale prevăzută de constructor. Uzual cursa liberă a pedalei are valori cuprinse între 10- 20 mm

-Se verifică cursa liberă a dispozitivului de comandă a frânei de staționare;

-Se controlează sistemul de frânare în vederea evidențierii unor posibile neetanșeitați . Controlul se realizează prin apasarea energică de cateva ori pe pedală. In cazul în care de la o apăsare la alta cursa totală a pedalei crește, în sistem există neetanșeitați.

-Automobilul se pozitionează cu roțile punții din fată pe standul cu rulouri astfel încât să fie cât mai simetric dispus fată de cele doua module ale standului și să nu vină în contact cu parțile laterale ale cadrului rulourilor;

-Se aduce schimbătorul de viteze în poziția corespunzătoare punctului mort;

-Rulourile standului se pun în mișcare. Se apasă pedala de frână pentru a verifica stabilitatea automobilului pe stand și pentru a încălzi puțin frânele. Dacă în timpul acestor manevre automobilul este aruncat spre lateral fără a putea fi stabilizat cu ajutorul volanului, sistemul de directie este dereglat iar diagnosticarea frânelor se intrerupe. Această operațiune se reia numai în cazul în care sunt înlăturate jocurile din mecanism iar geometria roților de directie este cea corespunzătoare.

-In cazul sistemelor de frânare prevăzute cu servomecanism motorul se menține în funcțiune pe toata durata efectuării măsurătorilor.

4.3.2 Operațiunile de diagnosticare:

Înaintea operațiunilor de diagnosticare a sistemului de frânare se efectuează și diagnosticarea sistemului de suspensie ( se stabilesc valorile frecvenței de rezonanță, încărcările pe fiecare roată și pe punți, starea amortizoarelor).

Figura 4.4 Diagnosticarea sistemului de frânare

Cu rulourile standului în miscare roțile se lasă să ruleze liber și se stabilesc valorile forțelor de frânare corespunzătoaree fiecărei roți. In cazul în care una din aceste valori, sau chiar amândouă depăsesc valoarea nominală prevazută de constuctor există defectiuni în transmisie, lagăre defecte sau frâne blocate partial.

Pentru autoturisme aceste valori nu trebuie să depasească 200 N pentru roțile motoare și 100 N pentru celelalte roți.

In cazul autovehiculelor grele, autocamioane și autobuze aceste valori sunt limitate la 500N pentru roțile motoare si 200 N pentru celelalte roți.

Dupa apăsarea energică a pedealei de frână pană la semnalarea tendinței de blocare a roților standul va afișa valorile fortelor maxime de frânare cât și valoarea dezechilibrului relativ între forțele de frânare ale aceleași punți.

Dezechilibrul relativ între fortele de frânare se calculează cu următorea relație:

Valoarea dezechilibrului nu trebuie sa depășească 20% potrivit reglementărilor în vigoare.

In continuare automobilul se pozitionează cu roțile punții urmatoare pe stand și se repeată operațiunile . După determinarea tuturor forțelor de frânare ale roților automobilului se poate calcula eficacitatea sistemului de frânare (E) folosind formula:

E=(∑Ffr/G) ∙ 100 [%]

unde Σ Ffr reprezintă suma forțelor de frânare maxime ale tuturor roților iarG este greutatea automobilului.

Ca valoare minima eficacitatea nu trebuie sa fie mai mica de 50% în cazul automobilelor. Uzual eficacitatea trebuie să depasescă valoarea de 80% pentru autoturismele în stare tehnica foarte buna .

Având cunoscute aceste valori se poate calcula cu aproximație și valoarea deceleratiei maxime.

Deceleratia automobilului:

a= g(∑Ffr/G)

Unde g este acceleratia gravitationala( g=9,81 m/s²). După [8,14]

4.3.3 Interpretarea rezultatelor

Figura 4.5 Rezultatele experimentale ale diagnosticării sistemului de frânare

Pentru frâna de serviciu valorile forței de frânare sunt de 2543 N și 2420N pentru roțile

punții față respectiv 739 N și 886 N pentru roțile punții spate. Diferența maximă forțele de frânare de la aceeași punte este de 17% , încadrându-se în limite. Eficiența frânei de serviciu este de 57% iar ovalitatea frânelor de 10% . În ceea ce privește eficiența frânei de parcare, aceasta are valoarea de 20% exact cât limita inferioară.

Valorile obținute pentru sistemul de frânare sunt în limitele normale, însa se constată o defecțiune la sistemul de suspensie, mai exact la amortizorul dreapta spate.

Figura 4.6 Variația forțelor de frânare la roțile celor două punți în funcție de forța la pedală și timp

4.4 Diagnosticarea pe elemente pentru sistemele de frânare cu acționare hidraulică

1. Diagnosticarea repartitorului limitator al forței de frânare la puntea spate

Pentru diagnosticarea repartitorului limitator al forței de frânare se efectuază doua seturi de verificări: un set de verificări având autoturismul descărcat (numai șofer) si un set comprimând suspensia puntii spate fie cu un dispozitiv special fie prin încărcarea cu greutăți în portbagaj sau persoane pe bancheta din spate. Se determină forța de frânare în raport cu săgeata suspensiei și se compară valorile cu cele nominale prevăzute de constructor.

2. Diagnosticarea servomecanismului vacuumatic

La fel ca în cazul diagnosticarii repartitorului limitator al fortei de franare se vor efectua doua seturi de măsuratori: primul set de măsuratori se execută cu motorul pornit, iar celălalt cu motorul oprit. Se vor executa câteva acționări ale pedalei de frână în scopul descărcării pneumatice a servomecanismului și se va determina cu cât trebuie să crească forța de apăsare pe pedală pentru a se obtine aceeasi forță maxima de frânare, rezultatul comparându-se astfel cu valorile prescrise de fabricant.

3.Diagnosticarea frânei de staționare

Se poziționează automobilul pe rulouri cu roțile la care acționează comanda frânei de staționare. Rulourile se învart și se actionează frâna de staționare (aproximativ 6-7 dinti până la obținerea blocării roților).

Cu ajutorul standundului se obtine valorea eficienței frânei care trebuie sa fie mai mare

de 20% si a dezechilibrului maxim, a carei valoare maximă este de 30%.

In cazul în care aceste valori nu corespund măsuratorile se refac pentru toate roțile aceleiași punti, dar la acționarea frânei de serviciu . Dacă rezultatele sunt similare

este posibilă existenta unor defecte la nivelul suprafețelor de frecare (uzări excesive, deformări , impurități), altfel defectul se situează la mecanismul de comandă al frânei de staționare

(cablu gripat sau rupt ,articulații uzate sau parghii deformate).

4) Diagnosticarea pe baza graficelor de corelare dintre forța de frânare și forța la pedală

In acest caz cele doua traductoare de la măsurarea forței de apasare a pedalei (pedometrul) și cel al măsurarii forței de echilibrare a carcarsei reductorlui sunt cuplate la un osciloscop obținându-se niște diagrame ce reprezintă variația forței de frânare în funcție de forța cu care este apasată pedala de frână. Sistemele de diagnosticare actuale permit eliminarea analizării graficelor de catre un utilizator. Ele transformă semnalele analogice transmise de cele două traductoare în semnale digitale pe care le analizează și le compară cu diagramele etalon.

Cu această metodă se poat diagnostica foarte rapid defecte precum gripaje partiale ale mecanismului de frânare, modificarea rigitatii arcului rapel, pătrunderea lubrifiantului între suprafetele de frecare, gripaje severe (blocarea unui piston în cilindru de acționare, deformări ale tamburelor sau ale discurilor datorate solicitărilor termice ,jocuri mici între suprafetele de frecare, prezența aerului în sistemul hidraulic, scurgeri de lichid, lichid insufficient sau lustruirea suprafețelor de frecare cu coeficient de frecare scăzut.

Sunt însa și cazuri în care exista o corelare corecta a forței de frânare cu cea de apăsare pe pedală dar sistemul prezina o uzura foarte avansată în cazul contactului dintre niturile de fixare a garniturii pe sabot si tambur. In această situație se produce un zgomot caracteristic ce reprezintă un parametru de diagnosticare.

Aceasta metodă elimina erorile produse de operatorii umani si permite diagnosticarea intr-un timp foarte scurt.

Dupa [7,8,14]

Diagnosticarea sistemelor de franare cu ABS

Constă in verificarea lampilor de avertizare și citirea codurilor defecțiunilor. Lampa roșie de avertizare atenționează utlizatorul în cazul unei defecțiuni grave a sistemului de franare: nivel scazut al lichidului de frana , presiune scazta,defectiuni ale abs .Lampa portocalei se aprinde de obicei la pornirea motorului in timpul secventei de auto-diagnosticare,durata aprinderii acesteia variand in functie de tipul autovehiculului si tipul ABS-ului.Unele sisteme pot sa prezinte informatii doar sub forma de coduri luminase in timp ce alte sisteme pot efectua auto-diagnosticarea sau pot livra anumte coduri de identificare a defectiunii.

Figura 4.7 Diagnosticarea sistemelor de frânare cu ABS cu ajutorul lămpilor de verificare

Capitolul V

Proiectarea tamburului de frână

5.1 Analiza rolului funcțional, a condițiilor tehnice impuse piesei și a tenhologicitații acesteia

Rolul funcțional și solicitările piesei

Tamburul de frână face parte din categoria pieselor de tip alezaj. Acesta trebuie să prezinte un grad ridicat de precizie pentru suprafețele interioare ca și alte piese din această categorie precum (piesele de tip bucșă, flanșele etc.). Tamburul de frână formează ajustaje cu alte suprafețe conjugate ce au aceeași dimenisune nominală.

Din punct de vedere al clasificării pieselor pentru construcția de mașini acesta face parte din clasa a III a –cilindrii cavi cu formă simplă.

Figura 5.1 Schema constructivă a sistemului de frânare cu tamburi

Legendă figura 5.1:

1-Pedală de frână

2-Cilindru de frână

3-Conducte de frână

4-Frâne față cu discuri

5-Frâne spate cu tamburi

Solicitarile tamburului de frână

Tamburul de frână este supus atât la solicitări termice, mecanice cât și chimice.

Solicitările termice pot să apară în timpul frânărilor îndelungate la coborarea unor pante lungi. Frânele cu tambure prezintă dezavantajul apariției fenomenului de fading la frânare (oboseală termică a frânelor);

Solicitările mecanice apar în timpul actionării sabotilor pe suprafata interioara a tamburului. Pentru reducerea deformațiilor elastic în timpul frânării saboții trebuie sa fie rigizi și sa prezinte o masă relative redusă. Uzual sunt constuiți din aliaje de aluminiu sau din lamă de oțel călit si placați cu garniture special de fricțiune.

Solicitările chimice apar in cazul contacului dintre suprafața exterioară a tamburului cu umiditatea, ceea ce determină oxidarea acestei suprafețe a tamburului.

Figura 5.2 Tambur de frână pentru autoturism

Conditii tehnice impuse piesei prin desenul de execuție

In ceea ce privește stabilirea condițiilor tehnice ale tamburului de frână se iau în vedere anumite probleme de prelucrare ale acestor suprafete. Piesele de tip alezaj prezintă o prelucrabilitate dificila a suprafețelor interioare, acesta fiind greu accesibilile, impun limitări ale dimensiunilor sculelor si dispozitivelor de prelucrare,ale ghidarii acestora și nu realizează o evacuare corespunzătoare atât a caldurii cât și a aschiilor rezultate în urma prelucrarii suprafetelor.

Având în vedere aceste aspecte tolerentele acestor suprafete interioare sunt mai mari la suprafetele interioare decat la cele exterioare de aceeasi dimensiune .

Se impune indeplinirea unor conditii tehnice atât în timpul fabricarii cât și în timpul funcționarii. La unele autovehicule acesta este piesa separată față de butul rotii , asamblarea celor doua componente realizându-se prin șuruburi.

Pe lângă acestea tamburul trebuie să prezinte în funcționare o rotație perfect simetrică.

Suprafețele principale ale tamburului sunt:

Suprafața interioară, de formă cilindrică este suprafața pe care acționează saboții de frână. Este prelucrată printr-o strunjire fină de finisare, cu o rugozitate de 1.6, perfect concentrică cu axa de rotație a tamburului. Pentru această suprafață se impune o abatere de maxim 0.025 mm față de axă.

Suprafața frontală a tamburului este de obicei o suprafața plană ea având rolul protejarii împotriva patrunderii de impuritati, praf sau apa în interiorul tambului.

Suprafata de prindere cu janta rotii prezintă patru găuri filetate (M12x1,5), echidistante, dispuse pe un diametru de 100 mm. Find o suparafață de așezare cu precizie destul de ridicată va fi prelucrată cu o rugozitate de 3.2. Suprafața trebuie să fie riguros perpendiculară pe axa de rotație a tamburului.

Suprafața interioară de așezare a rulmentului roții este o suprafata fină ce prezintă o rugozitate de 1,6.

Piesa se împarte în suprafețe simple, acestea analizandu-se dupa: forma geometrică a suprafetei; dimensiunile de gabarit; precizia dimensională; precizia de formă; precizia de pozitie, rugozitate si duritate .

Figura 5.3. Împărtirea piesei în suprafețe simple

Tabel 5.1 Suprafețele principale ale tamburului

Între tamburul de frână si janta roții este exclusă existența oricărui joc. Exista posiblitatea apariției unui joc datorită slăbirii suruburilor, montării incorecte sau deterioarării rulmenților.

Cel mai important joc este cel dintre saboți si tambur. Garniturile de fricțiune montate pe saboți se uzează iar jocul dintre aceste componente crește odată cu uzarea. Jocul se menține in limitele normale de funcționare cu ajutorul unor dispositive de reglare automată a jocului.

Analiza tehnologicitații constructiei piesei

Tehnologicitatea are rolul de asigura cele mai economice procedee de fabricare pentru piesă, prin utilizarea unui număr cât mai redus de utilaje, forță de muncă, materiale si energie consumată. Chiar dacă tehnologicitatea impune folosirea unor materiale ieftine si utilizarea unui numar scăzut de operatii pentru fabricarea piesei, fiabilitatea si rezista mecanica a acesteia nu trebuie afectată.

In ceea ce priveste tehnologicitatea tamburului acesta trebuie sa indeplineasca anumite conditii:

-Constructie simpla;

-Forma geometrică optimizată în vederea simplificarii piesei

-Masă mică

-Alegerea corespunzatoare a materialului și folosirea sa ratională

-Asigurarea interschimbabilitatii;

Operațiile pregătitoare au rolul de a stabili bazele tehnologice principale pentru urmatoarele operații tehnologice.

Semifabricatul se va fi obținut prin turnare centrifugală. În cazul producției de serie mare și de masă piesele se pot prelucra și prin frezare, broșare sau pe mașini speciale.

Aceste procedee au fost înlocuite treptat de prelucrarea pe mașini cu comandă numerică. Prelucrarea pe masini cu comanda numerică este un procedeu mult mai flexibil și permite prelucrarea suprafețelor de orice formă , realizaând chiar și burghieri. Dupa[12,13,15]

5.2 Alegerea materialului

Uzual tamburele sunt fabricate din fontă cenusie sau fontă aliată cu nichel,molibden sau cupru, procedeul de executare al acestora fiind turnarea centrifugală . Acestea pot fi de construcție simplă sau combinată unde discul central de otel sau camasa interioară din fonta sunt incluse in corpul tamburului în procesul de turnare.

In cazul autocamioanelor tamburul este separat de butuc.

Tamburul trebuie sa fie echilibrat static si dinamic. Bătaia pe suprafata de lucru un trebuia sa depaseasca valoarea de 0.008 mm.In cele mai multe situatii pentru fabricarea tamburelor se folosesc materiale Fc250 și Fc300.

In functie de caracteristicile mecanice si economice prezentate in tablelul 5.2 se alege materialul din care se va fabrica tamburul de frana.

Tabel 5.2 Proprietați funcționale ale materialelor

Tabel 5.3 Caracteristicile tehnico-economice ale materialelor

Pentru construcția tamburului se va alege materialul fonta Fc250 care deși prezintă o duritate si o rezistenta la rupere mai mica decat Fc300, are avantajul unui pret scăzut fiind preferat în productia de serie mare si de masă .

Principalele caracteristice ale materialului utilizat la construcția tamburelor sunt prezentate in tabelul 5.4, fiind prezentat în comparație cu alte materiale folosite uzual la fabricarea pieselor componente din sistemul de franare.

Tabel 5.4

După [7]

5.3 Procesul tehnologic de prelucrare mecanică și control a piesei

Prin turnarea și topirea metalelor sau aliajelor metalice se obțin piese cu forme , dimensiuni si utilizări variate.

Piesele obținute prin turnare au caracteristici mecanice mai slabe decât ale pieselor obținute prin deformare plastică, principalele operații la turnare fiind: executarea modelelor formelor și miezurilor, topierea materialului, turnarea metalului în vederea umpleriii cavității si solidificarea și răcirea acestuia în formă.

Se poate utiliza turnarea în forme temporare ( de obicei este folosita la o singura turnare , forme de nisip, argilă, forme-coji), în forme semipermanente numite cochilii folosite în productia de masă sau de serie, acestea având avantajul ca rezistă la mii de turnări fară a trebui reparate.

Alt procedeu de turnare este cea centrifugă aplicată tuturor pieselor cu formă de revolutie cât și celor cu configurații variate, metalul lichid turnându-se într-o formă aflată în miscare de rotație. Datorită forței centrifuge metalul este repartizat în toată suprafața interioară a formei dupa care se solidifică.

Ca avantaje tehnico-economice ale turnării în forme metalice se pot enumera:

-excluderea operațiilor de formare, consumul de materiale și energie mici, forța de muncă mai redusă;

-Micșorarea consumului de aliaj lichid, a rețelei de turnare, adaosurilor de prelucrare;

-Utilizarea rațională a caracteristicilor materialelor ca urmare a finisării structurii prin

mărirea vitezei de răcire și posibilitatea înlocuirii materialelor metalice deficitare turnate;

-Scurtarea ciclului de fabricare

Ca dezavantaje enumerăm:

-Costul ridicat al formelor metalice;

-Efectele negative ale contracției aliajului și rezistența mare a formei care se opune contracției.

După [28]

La turnarea în forme metalice următorii indicatorilor tehnico-economici prezintă următoarele valori:

-mărirea productivității de aproximativ 4-5 ori;

-micșorarea costurilor de producție cu 25-35%;

-micșorarea rebuturilor cu 20-35%;

-micșorarea gradului de încărcare a mașinilor unelte pentru prelucrarea pieselor turnate cu 2-3%

Figura 5.4 Turnare Turnarea centrifugă a pieselor: a-turnare centrifugă cu ax vertical; b-turnare centrifugă cu ax orizontal; c-turnarea pieselor fasonate [28]

Alegerea variantei optime a procedeului de obtinere a semifabricatului

Alegerea procedeului se face în functie de criteriile tehnico-economice , de compatibilitatea materialul cu tehnologia de execuție, forma și solicitările piesei, dimensiunile ei și precizia impusă prin desenul de executie.

Eficienta procesului tehnologic este influențată de alegerea corectă a metodei de elaborare a semifabricatului. Deoarece costul prelucrarii mecanice este mai ridicat se preferă aduce semifabricatului la o formă cât mai apropiată și mai precisă de cea a piesei finale.

Turnarea centrifugală este o metodă de obtinere a unui semifabricat prin turnarea metalului într-o formă care se rotește și pe bazează pe acțiunea forței centrifuge asupra metalului lichid care e proiectat pe pereții formei unde se solidifică.

Răcirea pieselor turnate centrifugal se face bidirecțional: prin cedarea de căldură la interfața cu forma, dar și prin cedarea de căldură la suprafața interioară prin radiație.

Intocmirea planului de operatii pentru executarea semifabricatului:

1. Proiectare tehnologică.

2. Confecționarea modelului

3. Executarea cavității formei.

4. Elaborarea materialului topit.

5. Turnarea propriu-zisa.

6. Constituirea piesei turnate.

7. Extragerea piesei turnate din cavitatea formei.

8. Indepartarea retelei de turnare( taierea canalelor de alimentare , prin tăiere fie cu flacară de gaze , fie prin aschiere).

9. Curățare.(sablare cu alice, jet de apa sub presiune sau manual)

10. Controlul tehnic de calitate (C.T.C.) presupune verificarea dimensionala , a calitatii suprafetei , a compozitiei chimice , a caracteristicilor mecanice , a structurii , a masei. Orice abatere de la valorile nominale indicate in documentatia de executie este considerata defect.

11. Remedierea defectelor de turnare.

12. Tratament termic primar. Urmarește atât eliminarea tensiunilor interne ce apar în timpul solidificării și racirii , cât și obținerea unei structuri cu graunți fini, urmare a recistalizarii.

Stabilirea succesiunii logice, economice, a operațiilor de prelucrare mecanica pentru fiecare suprafata și alegerea utilajelor

Ordinea operațiilor de prelucrare mecanica este stabilita de fabricant. Alegerea masinilor-unelte ce vor prelucra tamburul de frana se face în funcție de mărime, diametru, serie, de greutate si de precizie.

Principalele operațiuni de prelucarare mecanică se vor executa cu ajutorul strungului. Aceasta este o masină-unealtă folosită în general la prelucrarea pieselor prin aschiere. Sunt des utilizate pentru suprafete de revoluție sau elicoidale.

În acest caz , la prelucrarea tamburului de frână pe stung, piesa(tamburul) realizează o mișcare de rotație in timp ce sculele execută miscare de avans longitudinal si pătrundere.

Pe langa prelucrarea pieselor cu cuțite de strung acestea pot folosi și alte scule aschietoare precum burghie,tarozi sau alezoare.

Pentru operatiile de strunjire interioara cat si pentru cea exterioare se alege un strung normal de tip SN500.Acesta poate fi folosite si pentru suprafetele ce necesita burghiere sau

tarodare

.

Figura 5.2 –Strung SN500

În acest caz realizarea găurilor tamburului se vor executa cu ajutorul unui burghiu spiral iar rectificarea interioară se poate realiza cu o piatră oala sau cu o piatra cilindrică.

Cu ajutorul unei mese control de control se realizează un control intermediar iar după acesta piesa este spalată intr-un container special cu solutii detergente și apoi suflată cu aer comprimat.

La intocmirea listei de SDV-uri se ține cont în primul rând de tipul producției adoptate. Pentru productia de serie mare se recomanda ca SDV-urile sa fie de tip specializat pentru o cât mai buna productivitate.

Scule și Dispozitive:

Pentru găurire se alege un o mașina de găurit cu burghiu spiral, la operațiunile de strunjire interioară si exterioară – cuțitul de strung din componența Stungului SN 500. Pentru operațiunile de rectificare se folosește o piatra cilindrica și piatră oală. Ca dispozitive verificatoare se folosește sublerul.

Alte dispozitive folosite: containere, instalații de spălat, mese de control etc.

Schemele de orientare si fixarea piesei si alegerea dispozitivelor ce asigura realizarea acestora

Bazele tehnologice principale se află în stransa legatura cu succesiunea logica a operatiilor de prelucrare mecanica si tratament termic.

Tabelul 5.5 Schemele de orientare și fixare a piesei

În ceea ce priveste conceperea desenului de execuție al tamburului de frână se are în vedere asemănarea sa din punct de vedere constructiv cu tamburele prezente pe modele similare, luându-se ca model un tambur de la firma ATE

Tabel 5.6 Principalele operații ale procesului tehnologic de prelucrare a tamburului

Bibliografie

[1] –Stoicescu A.P. – Proiectarea Performanțelor de Tracțiune și de Consum ale automobilelor, Editura Tehnica, Bucuresti 2007

[2]-Andreescu Cr. Dinamica autovehiculelor pe roți,vol. I, Editura Politehnica Press Bucuresti

[3]-Andreescu Cr.-Dinamica Autovehiculelor-Suport de curs-Universitatea Politehnica din București, Facultatea de Transporturi, an 2014-2015

[4]-Anghelache G.-Încercarea Autovehiculelor-Suport de curs- Universitatea Politehnica din București, Facultatea de Transporturi, an 2014-2015

[5]- G. Fratilă- Calculul si construcția automobilului-Editura didactică și pedagogic București

[6]- Ciobotaru T.-Suport de curs sisteme frânare, direcție și suspensie- Universitatea Politehnica din București, Facultatea de Transporturi, an 2014-2015

 [7]-Andreescu Cr, Anghelache G., Danciu G., Oprean M., Diagnosticarea automobilelor,lucrari practice, Editura Printech, Bucuresti, 2002;

[8] – Andreescu Cr., Stratulat M.-Diagnosticarea automobilului,Societatea știință și tehnica,1998

[9]- Bosch Automotive Handbook-SAE BOOKS

[10]- Aramă C.,Zatreanu Gh, -Autovehiculul de la A la Z-Editura Militară

[11]- Fratila Gh., -Sistemele de franare ale autovehiculelor, Editura Tehnica, Bucuresti, 1986;

[12] –Iosza D.,Bejan N.-Fabricarea și repararea industială a autovehiculelor-Indrumar de proiect

[13] -Marincas D.- Fabricarea si repararea autovehiculelor rutiere, Bucuresti 1982

[14]-Stratulat M. s.a- Diagnosticarea automobilelor, Editura Tehnica, Bucuresti, 1977;

[15] –Bejan N.-Notite de curs Fabricarea și Repararea Autovehiculelor

[16]-Precupețu P. –Desen tehnic și industrial pentru construcția de mașini

[17] –Gavrilas I.,Voicu N. -Tehnologia pieselor tip arbore, bucsa si disc pe masini unelte clasice si cu comanda program

[18]www.scritube.com/tehnică-mecanică

[19] http://www.auto-data.net/

[20] www.waynegarage.com

[21] www.autosaga.ro

[22] http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/performantele-de-franare-ale-automobilului

[23] www.intelimec.com

[24]www.automarket.com

[25]www.renault.ro

[26] www.autoevolution.com

[27] http://www.engineeringtoolbox.com/friction-coefficients-d_778.html

[28]Ioniță I.-Procedee speciale de turnare