Elemente filtrante

Suporturile elastice

Suporturile elastice sunt organe la care caracteristica esentiala este de a se putea deforma cu o anumita amplitudine in functie de incarcatura aplicata. Aceasta deformatie este reversibila.

Suporturile elastice se intercaleaza intre ansamblul de suspendat si suprafata pe care se aseaza, in vederea asigurarii unui rol de filtru ce diminueaza propagarea vibratiilor. In constructia de autovehicule este necesara o amortizare complementara pentru protectie impotriva anumitor excitatii si evitarea fenomenului de rezonanta. Acest tip de amortizare poate fi realizat printr-un dispozitiv aditional, care este: fie de tipul frecarii uscate, fie de tipul frecarii vascoase (amortizoare hidraulice). Constructiile cele mai frecvente se bazeaza pe amortizarea interna din materialul suportilor din elastomeri. Aceasta solutie este economica si fiabila, fapt pentru care este cea mai raspandita in constructia de autovehicule.

Suporturile au in general una sau doua directii preferentiale de lucru. Caracteristica lor principala in ceea ce priveste rigiditatea, este data pentru directia preferentiala. Cunoscand incarcarea statica se determina sageata sub sarcina. Cunoasterea acestor parametri permite determinarea frecventei proprii a suspensiei realizate inlaturarea riscului de rezonanta. In cataloagele constructorilor de suporti se da deseori frecventa proprie exprimata direct in rotatii pe minut, in functie de sageata sub sarcina (ceea ce este util daca ansamblul suspendat contine o masina rotativa).

In cazul suportului din cauciuc, este bine sa se tina cont de urmatoarele doua recomandari:

- rigiditate definita ca raportul dintre sarcina aplicata si sageata rezultata. Definitia este adevarata numai pentru elemente elastice cu caracteristica liniara (graficul efort-deformatie este o dreapta). Este cazul unui element elastic metalic sau al unui bloc de cauciuc ce lucreaza in frecare interna si daca deformatia nu este prea mare. Cand blocul de cauciuc lucreaza la comprimare, graficul efort-deformatie nu mai este o dreapta, prezentand o anumita curbura odata cu cresterea deformatiei. Rigiditatea este atunci diferita pentru fiecare punct de functionare statica si trebuie definita in fiecare din aceste puncte ca raportul dintre cresterea sarcinii ΔP si cresterea sagetii Δx pe intervale foarte mici:

.

In interpretare geometrica, rigiditatea este data de panta tangentei la aceasta curba in punctul de functionare considerat. Se poate preciza ca aceasta definitie a rigiditatii este mai generala ca precedenta, amandoua fiind identice in cazul unei caracteristici liniare (suporturi cu rigiditati constante).

- toti elastomerii prezinta o anumita rigiditate atunci cand sunt solicitati dinamic. Rigiditatea cea mai pronuntata o au cand frecventa este mare si amplitudinea mica. Calculul frecventei proprii trebuie sa se faca utilizand rigiditatea dinamica ce poate fi pana la de trei ori mai mare decat rigiditatea statica avand in vedere natura elastomerilor si conditiile de utilizare.

Autovehiculele sunt echipate cu numeroase suporturi din cauciuc, tipul si modul de lucru al acestora fiind in functie de aplicatia si caracteristica ceruta. Dintre acestea pot fi amintite:

- suporturi de motor destinate sa atenueze propagarea vibratiilor de la motor spre sasiu (izolare vibratorie directa) si pe cele provenite de la excitatia drumului, transmise de sasiu spre motor (izolare vibratorie inversa). Frecventele proprii pe verticala si in miscarea de ruliu, sunt in general situate sub turatia de ralanti. Suporturile trebuie amplasate astfel incat sa asigure cea mai buna decuplare posibila (izolare vibratorie) si sa aiba limitatoare care sa preia eforturile statico-dinamice care apar in timpul regimurilor de: franare, viraj, cuplu reactiv, fapt ce determina micsorarea greutatii constructive a acestora.

- alte suporturi montate pe autovehicule sunt: suporturile de radiator, de filtru de aer, de plansa de bord, de accesorii diverse. De asemenea sunt intalnite si bride elastice folosite pentru fixarea diferitelor echipamente auxiliare.

In constructia suspensiilor suporturile din cauciuc sunt montate la partea superioara a amortizoarelor, la fixarea de caroserie, cu rol de filtru. La autovehiculele cu puntea din spate rigida (traversa) pe care se monteaza bratele suspensiilor, suporturile sunt de forme foarte diverse si asigura in general filtrarea intre traversa si caroserie.

Agregatele transmisiei sunt montate pe sasiu sau caroserie prin intermediul unor suporturi. Transmisiile cardanice cu arbori lungi au deseori cate un palier elastic intermediar.

In plus fata de toate aceste aplicatii, autovehiculele utilitare necesita montarea de suporturi pentru utilizari particulare, cum sunt cele ale suspensiei cabinei, sau cele utilizate la montarea suprastructurilor pe sasiu (suporturile de cisterne de exemplu).  Aceste aplicatii sunt cunoscute si caracteristicile dorite sunt in general bine definite.

Eseu: Eterificarea monozaharidelor Eseu: COMBUSTIBILI -combustibili folositi in industria aerospatiala- referat chimie

Suporturile grupului motor-cutie de viteze sunt obiectul unei atentii particulare din partea constructorilor de autovehicule, intrucat prin intermediul lor se atenueaza propagarea zgomotelor si vibratiilor spre habitaclu. Aceasta aplicatie pune in evidenta doua functii principale pe care trebuie sa le indeplineasca un suport motor. Prima, este de a avea o suspensie supla, ceea ce inseamna ca suspensia are frecventa proprie (de ordinul a 5-6 Hz) suficient de jos pentru a evita rezonantele. Amortizarea la aceste frecvente joase trebuie sa fie suficienta pentru a permite revenirea rapida la pozitia de echilibru si evitarea batailor motorului atunci cand se transmite o solicitare violenta provenita de la roata, datorita unei excitatii a drumului. A doua functie ceruta, este rolul de filtru destinat evitarii propagarii vibratiilor de frecvente ridicate (mai mari de 20 Hz) spre caroserie. Aceasta functie de filtru necesita o rigidizare dinamica suplimentara a ansamblului. Cele doua functii sunt deci incompatibile si trebuie cautat cel mai bun compromis constructiv care sa permita ameliorarea filtrarii la frecvente ridicate, simultan cu mentinerea unei bune amortizari la frecvente joase.

Cateva tipuri de suporturi de cauciuc de forme adaptate la functiile lor, sunt reprezentate la fig.24.

Fig.24

Exista o mare varietate de suporturi (fiecare autovehicul are suporturile sale specifice) in care cauciucul lucreaza intotdeauna in compresie, in frecare, sau in combinatia celor doua moduri (concomitent).

Tampoane

Tampoanele sunt organe desinate pentru a evita contactul foarte brutal a doua elemente solide in miscarea unuia spre celalalt. Cel mai adesea unul este fix si celalalt poate fi montat pe elementul fix, sau cel mobil. Solicitarea este in general de tipul socului si aduce sistemului o anumita energie (energia cinetica a ansamblului mobil) care trebuie absorbita de tampon. Este necesar ca efortul transmis la unul sau la alte organe sa fie cat mai mic posibil.

S-au comparat aceste doua tipuri de tampoane cu ajutorul caracteristicilor statice. Insa in cazul tampoanelor de cauciuc, se face comparatia intre caracteristicile dinamice. Acestea se situeaza deasupra curbelor statice, consecintele fiind ca la deplasari egale, efortul transmis si energia absorbita vor fi mai mari.

Amortizarea are un rol important in comportamentul tampoanelor. In realitate energia este cea care este absorbita in timpul desfasurarii fazei de soc (comprimare). Ea ar fi integral restituita in faza de destindere, daca nu ar exista disiparea energiei prin procesul de amortizare. In cazul socurilor exista o amortizare optima pentru care efortul transmis este minim.

Tampoanele din elastomeri au un coeficient de amortizare apropiat de aceasta valoare optima, ceea ce explica utilizarea curenta a cauciucului pentru aceasta aplicatie.

Valoarea energiei de absorbtie poate fi aproape dubla in raport cu cea obtinuta pe curbele de rigiditate, daca se are in vedere amortizarea interna in masa cauciucului. Este posibil sa se modifice aceasta amortizare (intre anumite limite) prin schimbarea compozitiei amestecului de cauciuc din care este confectionat tamponul. Pentru constructia de tampoane se cauta toate posibilitatile de disipare la maxim a energiei, limitarea vitezei in timpul fazei de destindere, sau scurtarea la maxim a duratei oscilatiilor. Pentru aceasta se va utiliza un amestec cu proprietati foarte bune de amortizare cum este butilul, utilizat la eclisele de cale ferata, tampoane de pod rulant, etc. In constructia de autovehicule este mai rar intalnit, intrucat la acestea tampoanele au in cele mai multe cazuri caracteristici de tipul b. Principala aplicatie la acestea, sunt tampoanele montate la suspensiile autovehiculelor si sunt destinate sa limiteze incarcarea, sau sa evite contactul metal-metal cand autovehiculul este foarte incarcat. In acest caz amortizarea este realizata de catre amortizoarele hidraulice. Ele vor asigura o rigiditate variabila:

- la inceput de cursa, o rigiditate scazuta care sa asigure o crestere progresiva si care sa evite zgomotul care s-ar produce la contact;

- prezenta unui opritor (tampon) care sa impiedice contactul intre doua piese metalice.

Curba este de asemenea definita prin tangentele in doua puncte (fig26,). Forma arcului ce leaga aceste doua puncte nu are mare importanta. Vom urmari totusi pentru ca sa nu prezinte crapaturi cum este cazul daca talonul de cauciuc vine in contact la plecarea de la o anumita cursa pentru a intinde curba (tampoane in scara).

Fig.26

Problema se pune de aceeasi maniera pentru tampoanele plasate pe suspensia motorului si destinata la sustinerea efortului de la reactia cuplului. Spatiul disponibil este totusi mai restrans si la punerea punctului tamponului la o cursa mai mare (vis a vis de inaltimea lor la stratul liber ceea ce vrea sa spuna ca se poate sa striveasca 70-80% din aceasta inaltime) este adesea delicat.

Autovehiculul utilizeaza de asemenea o serie de mici tampoane destinate limitarilor de cursa (diferite comenzi diverse) sau la evitarea contactului intre partile metalice (tampoane de capota). Aplicatiile sunt foarte numeroase dar trebuie urmatoarea regula practica: un tampon nu trebuie sa fie niciodata montat la contactul piesei de atac daca nu exista prestrangere, in cazul in care, socul este exceptional, se suprapune o excitatie de natura vibratorie.

Trebuie lasat un joc ce dispare in timpul socului. Trebuie avuta in vedere o prestrangere suficienta pentru care sa nu existe o dezlipire de la tampon la micile vibratii.

In ultimul caz, tampoanele lucreaza ca un suport. Cand aceste reguli nu sunt respectate vibratiile creeaza o excitatie cu joc si un zgomot de bataie, care este mai sensibil cand tamponul este intepenit la atac.

In fig.27 se dau cateva forme clasice de tampoane utilizate in constructia de automobile, unde sunt combinate eficace cauciucul si metalul.

Fig.27

Articulatii

Suspensiile, trenul fata si spate al automobilelor utilizeaza numeroase articulatii care asigura legaturi intre diferitele elemente de fixare sau de ghidare. Aceste articulatii pot fi constituite de o axa turbionara la interiorul inelului, unse sau nu, care poate fi in bronz in metal sau in plastic. Pentru miscari conice vom utiliza rotulele. Montajul eventual al rulmentilor cu bile sau cu ace permit reducerea la minim a cuplului turbionar.

Totdeauna aceste articulatii sunt rigide, vis a vis de momente altele ca cele turbionare. Tot socul, toate vibratiile, cele ce au cam aceeasi frecventa vor fi integral transmise. Pe de alta parte debattements suspensiei nu se traduc prin rotatii complete ci prin momente alternative de amplitudine limitate. Cele doua motive explica faptul ca lipsesc anumite parti destinate ghidajelor precise cum sunt rotulele si articulatiile elastice din cauciuc, care au fost inlocuite incet incet cu articulatii rigide. Reducerea jocului de frecare, de uzura si de zgomot este un argument non eligibil in favoarea ultimelor.

Articulatiile elastice in elastomerii mai simpli sunt constituiti de o masa de cauciuc inchisa intre doua metale concentrice. Elementul de cauciuc poate fi ajustat in simplu la forta intre doua tuburi. Prestrangerea datorata intinderii trebuie sa fie atunci relativ mare pentru a obtine un moment relativ intre cele doua tuburi sub efectul fortelor sau cuplurilor exterioare ce se traduc printr-o deformatie elastica a cauciucului fara alunecare intre tuburi. Conditia de utilizare trebuie aleasa de natura de a nu se atinge niciodata unghiul limita de alunecare. Cauciucul poate adera egal pe cele doua tuburi in momentul vulcanizarii. In acest caz operatia complementara de retreint diametral al tubului exterior sau de dudreonnage al tubului interior este necesar pentru compensarea retragerii care se produce datorita racirii dupa vulcanizare si pentru asigurarea unei prestrangeri radiale a cauciucului favorabil unui bun comportament dynamic.

Prin constructia sa articulatia elastica permite patru moduri de deformatie, doua in translatie: radial si axial si doua in rotatie: in torsiune si conic . La fiecare mod de deformare ii corespunde o rigiditate cele patru rigiditati obtinute nu sunt evident independente .Vom distinge deci urmatoarele rigiditati :

1.rigiditatea radiala ,exprimata in daN/mm corespunzatoare la o deformatie sub incarcatura in sens radial , o parte din articulatie lucreaza in compresie (de unde necesitatea unei prestrangeri).

2.rigiditatea axiala in daN/mm corespunzatoare la o deformatie sub incarcatura axiala cauciucul lucreaza atunci in forfecare.

3.rigiditate torsionala in m.daN/radian sau m.daN/grade corespunzatoare la o deformatie unghiulara sub cuplu in jurul axei piesei cauciucul lucreaza asemenea cu forfecare.

4.rigiditate conica in m.daN/radian sau m.daN/grade corespunzatoare unei deformatii unghiulare sub cuplu in jurul unei axe perpendiculare la axa piesei o parte a cauciucului lucreaza in compresie iar alta in tractiune.In plus o prestrangere ,acest mod de deformatie impune zone de racord intre cauciuc si tubul studiat particular pentru evitareea de concentratii locale de tensiune,risca sa creeze rupturi.

Aceste patru moduri de deformare sunt descrise in schemele de la fig.28.

Articulatiile elastice din cauciuc trebuie dimensionate de asa maniera ca modul de lucru pentru ca modul de lucru nu atenueaza valori exagerate la una din cele patru deformatii precedente si se tine cont ca in general ca acestea se produc doua,trei odata,vezi cele patru moduri simultan.Ca pentru suporti este deci necesar cateodata de prevenit prin tampoane de limitare , in particular in sensul axial (articulatii la umar dau tampoane laterale).

Plecand de la conceptia simpla a unui element de cauciuc fixat intre doua armaturi cilindrice numeroase variante sunt posibile.Deasemenea adaugarea unei a treia armatura intermediara permite ridicarea rigiditatii radiale (ea este aproape dubla) in care nu modificam decat foarte putin rigiditatea torsionala.Pentru diminuarea pretului de cost se ajunge la eliminarea armaturii exterioare elementul astfel format de un singur tub de cauciuc este pus in forta in lungimea sa.Profilul exterior al cauciucului este adesea in acest caz in forma de diablo ,de natura de a asigura mentinerea sa fata de solicitarile axiale.In cazul pieselor aderente este posibil de a menaja una sau doua alveole in interiorul gumei pentru obtinerea rigiditati radiale diferite parcurgand directia. Un sens de montaj trebuie sa fie atunci respectat pentru asigurarea conformitatii la caracteristicile dorite.

Articulatiile elastice sunt montate in ochiurile bielelor de legatura sau de ghidaj la extremitatile cremalierei de directie sau ca piedici de amortizare.Ele asigura legatura caroseriei de triunghiurile rotilor fata si de bratele rotilor spate . Vom utiliza ca paliere de torsiune sau ca bare antiruliu

la bratele fata. Les jumelles si punctele fixe ale resortului cu lamele, bielele de prinde pentru cuplu pentru sustinerea motorului,articulatiile coloanei de directie constituie exemple printer altele de numeroase aplictii ale articulatiilor elatice la automobile.

Vom putea sa spunem ca pentru utilizarea frecventa de anumite articulatii cum sunt suportii incarcatura este aplicata in general radial.

Cateva tipuri de articulatii elastice in cauciuc sunt reprezentate in fig.29: tampoane laterale ,cu manere sau cu umar .