Miskolci Egyetem
GÉPÉSZMÉRNÖKI- ÉS INFORMATIKAI KAR GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉSI TANSZÉK
SZAKDOLGOZAT Autó mellső futómű oldalirányú terheléseinek vizsgálata
SZÁM: GET-836/2013
KÉSZÍTETTE: Sepsi Attila H4XFL2 IV. éves géptervező szakirányos hallgató Miskolc, 2013.05.16. 1
2
TARTALOMJEGYZÉK
ÖSSZEFOGLALÓ ...................................................................................................................... 4 SUMMARY .............................................................................................................................. 5 1.
BEVEZETÉS ..................................................................................................................... 6
1.1 A FUTÓMŰVEK TÖRTÉNELMI ÁTTEKINTÉSE ....................................................................... 6 2.
A GÉPKOCSI ALVÁZA, RUGÓZÁSA ÉS FUTÓMŰVE .......................................................... 16
3.
A FUTÓMŰ FELADATAI.................................................................................................. 29
5.
FUTÓMŰVEK LEGGYAKORIBB TERHELÉSEI ................................................................... 31
6.
A VÁLASZTOTT AUTÓ MŰSZAKI ADATAI ....................................................................... 33
6.1 Kanyarban ébredő erők ..................................................................................... 6.2 Gyorsulás kanyarban.................................................................................. 38 6.3 Döntött pályán ébredő erők........................................................................ 39 6.4 Egyéb terhelési helyzetek........................................................................... 42 7.
A VOLKSWAGEN GOLF TÖRTÉNETE .............................................................................. 45
7.1 Golf I............................................................................................................. 46 7.2 Golf II ........................................................................................................... 47 7.3 Golf III.......................................................................................................... 48 7.4 Golf IV .......................................................................................................... 49 7.5 Golf V............................................................................................................ 50 7.6 Golf VI .......................................................................................................... 51 7.7 Golf VII ........................................................................................................ 52 8.
A FUTÓMŰ FELÉPÍTÉSE CAD RENDSZERBEN ................................................................. 53
8.1 Alkatrészek ellenőrzése............................................................................... 56 8.2 Részegységek vizsgálata.............................................................................. 74 8.3 A teljes futómű............................................................................................. 83 9.
A FUTÓMŰ FEJLESZTÉSE ............................................................................................... 85
10. IRODALOMJEGYZÉK ........................................................................................................ 89
3
Összefoglaló
Szakdolgozatom fő témája az autók mellső futóművének vizsgálata axiális, vagyis a kerék forgási síkjára merőleges irányú terhelés esetén. Kitérek továbbá a futóművekre és az alvázra általánosságban is. Internetes irodalomkutatást végeztem a futóművek történetéről, fő fajtáiról és a kerék felfüggesztési módokról. Rövid ismertetőt írtam a különböző futómű típusokra. Elemeztem, hogy milyen helyzetekben kaphat az autó mellső futóműve axiális irányú terhelést. Ilyen többek közt a padkán oldalvást parkoló helyzet vagy a kanyarokban ébredő centrifugális erő. Gyakori az is, hogy kátyúba hajtáskor is éri ilyen irányú erő a futóművet. A kátyúk okozta károkra is kitérek. Egy Volkswagen Golf II mellső futóművét választottam ki, hogy felépítsem az Autodesk Inventor nevű programban a háromdimenziós modelljét. Egyes alkatrészek esetében egyszerűsítettem a modell geometriáján, mert vagy nem állt rendelkezésre alkalmas mérőeszköz vagy, mert elhanyagolható a vizsgálat során. Ez alatt értem a nagy rádiuszokat, szabálytalan formákat, hegesztett kötéseket és a meneteket. Ügyeltem rá, hogy csak olyan részletet hanyagoljak el, melyek a terhelés szempontjából elhanyagolhatóak, de az illesztési pontok, felületek a valóságnak megfeleljenek. A hegesztett és csavarkötéseket azért egyszerűsítettem le sima felületekre, mert mind a hegesztett varrat mind a csavarmenet sokkal több csomópontot igényel a végeselemes programban a behálózáskor. Így a csavarmeneteket hengerrel helyettesítettem, a hegesztett kötések pedig „ragasztott” kötésként jelennek meg a modellen. Magát a terhelési szimulációt azonban már az ANSYS nevű programban futattam le, mert pontosabb képet ad, mint az integrált CAD programok végeselemes vizsgálatai. Minden alkatrészre elvégeztem egy próbaterhelést egységnyi erővel, hogy megvizsgáljam, be tudja-e hálózni az ANSYS a modelleket. Ez után a részegységek esetében is megismételtem a próbaterhelést, hogy lássam illesztések esetén is megfelelően kezeli-e a program a modelleket. Legvégül elvégeztem a terhelési szimulációt a teljes modellre. A kapott eredmények alapján meg tudtam határozni, hogy hol vannak a futómű gyenge pontjai. Az „egyszerű és nagyszerű” elvet követve igyekeztem a legegyszerűbben kivitelezhető, ugyanakkor legjobb módosításokat kidolgozni. Igyekeztem szem előtt tartani a legfontosabb szempontokat, mint a funkció, minőség, gyárthatóság, gazdaságosság és a karbantarthatóság. Az anyagtakarékosság fontos szempont manapság, azonban nem szabad megfeledkezni arról sem, hogy a szerkezet nem lehet gyengébb és a gyártási folyamat se igényeljen sokkal több energiát, ill. költséget.
4
Summary The subject of my thesis is the study cars’s front suspension in case of axial load or normal directional load to the revolutionary plain of the wheel. I also labour the point of suspension systems and the frame in general. I made an inquiry on the internet about the history of the suspensions, main types of suspensions and mounting modes of wheel. I wrote a short review about the different kinds of suspensions. I examined the cases when the suspension is loaded axially. I found some examples, like parking askew on the roadside or the centrifugal forces working in the curves. It is very common case for axial load too, when the car drives in a pothole. I also deal shortly with the damages caused by potholes. I choosed a Volkswagen Golf II front suspension to build up a 3D modell in Autodesk Inventor. I simplified the geometry of some parts of the suspension due to the lack of adequate measuring equipment or being negligible during the inspection. I simplified features like big radiuses, irregular forms, welded joints and threads. I paid attention to simplify features only that can be neglect in the aspect of load, on the other hand the geomerty suits the requirements of the seats. I simplified the welded joints and threads to simple plains because the threads and welded joints requires too many nodes in the finite element methodical meshing phase. I replaced the threads with plain cylinders, the welded joints are represented as glued joint in the model. I ran the simulation of the loads in the program called ANSYS because It is more suitable for finite element method inspections than the integrated CAD softwares. I ran trial load simulations with unit force on each part to check if ANSYS can generate mesh on the models. Then I repeated the trial simulation in case of the subassemblies too in order to see how handles the program the joints. Finally I ran the simulation with the complete suspension. I could determine the weak points of the suspension by the results of the simulation. According to the principle of ’smart and simple’ I tried to work out most feasible and best solutions. I considered the most important aspects like function, quality, producibleness, thrift and maintainability. Saving material is a very important aspect nowadays, but must be applied properly to avoid weakening the structure and the raise of the costs of the manufacturing process.
5
1. Bevezetés 1.1 A futóművek történelmi áttekintése Manapság megszámlálhatatlanul sokféle futóművel találkozhatunk. A főbb típusokat további altípusokra bonthatjuk, ráadásul a verziók száma is igen nagy. Az alábbiakban ezért csak néhány főbb mérföldkőnek számító futóműre térek ki. Az autók futóműveinek fejlődése egészen a hintókig, szekerekig nyúlik vissza. Régen a menetstabilitást és az úthibák okozta rezgések csökkentését kezdetben csak a hintók bőrszíj rugói biztosították. Idővel a lovakat leváltották a motorok, amivel együtt járt a sebesség növekedése is. Ekkor már szükség volt a tengelyenkénti egy-egy keresztben álló rugólap mellett a kerekek rezgéscsillapítására is. Ezt a célt kezdetben kemény, tömör gumiabroncs, majd a levegős kerék szolgálta. Az 1910-es években már a kerekek fel-le mozgását is csillapították, amit olajkavarással elsimító korai karos lengéscsillapítók tettek meg.
1.1.1 ábra: karos lengéscsillapító [1]
Az első világháború idejére már megjelentek az első bonyolultabb kialakítások. Elöl, az autó hossztengelyében megcsapágyazott, keresztirányban billegő (mérleghintaszerű) acélprofil rúdra rögzítették az elforgatható (kormányozható) kerékagyakat, a billegést laprugókkal és – a drágább autókon – karos csillapítókkal fékezték. Ekkor még hátul teljesen merev tengely forgott, melyet az alvázhoz csak a laprugók és a csillapítók kapcsolták. Az első billegő tengelyt a középső csapágyazás oldalirányban is megvezette, de a hátsó futómű szinte szabadon mozoghatott oldalra, rontva ezzel az egyenes futást és a kanyarstabilitást.
6
A ’40-es években jött az első áttörés a lengéscsillapítás és menetstabilitás terén. A tervezők rájöttek, jobb, ha a két oldal kerekei között nincs merev a kapcsolat. Így, ha az egyik oldal berugózik, a másik oldal nem rugózik ki. Megjelentek az első független (a korai kettős keresztlengőkaros) futóművek. Ezt az alapsémát ma is széles körben használják.
1.1.2 ábra: mai kereszt-lengőkaros futómű [2]
1.1.3 ábra: kettős kereszt-lengőkaros futómű [2]
Kényelem szempontjából a legjobb futómű talán a ferde lengőkaros változat. Az autó hossztengelyéhez képest ferdén mozog a rugó a lengőkarok kialakítása miatt. Ennek a kialakításnak köszönhetően jó menettulajdonságot biztosít a futómű és mellette nagy csomagtér kialakítására is elegendő helyet biztosít.
7
A kerékagyakat oldalanként két, egy alsó és egy felső, az autó hossztengelyével párhuzamos csapok körül lengő háromszög alakú karra csatlakoztatták, amik fel-le mozoghattak. Az alsó karokra cső profilú lengéscsillapítók támaszkodtak, általában tekercsrugókkal körülöttük vagy mellettük. A legolcsóbb hátsó futómű a nem hajtott kategóriában a kapcsolt lengőkaros futómű. Jó kanyarodási képesség, iránytartás és kis helyigény jellemzi, aminek köszönhetően tágas hátsó utastér alakítható ki az autóban.
1.1.4 ábra: ferde lengőkaros felfüggesztés [3]
1.1.5 ábra: kapcsolt lengőkaros futómű [4]
A lengéscsillapítók köré szerelt tekercsrugós megoldás a 80-as évekre a felső- és a középkategória privilégiumává vált, mivel a felső lengőkar miatt nem volt könnyű az elsőkerék-hajtás féltengelyeit átvezetni. 8
1.1.6 ábra: McPherson futómű [5]
Az olcsóbb autókban a McPherson-féle megoldás terjedt el (ez egy, már a 40-es évek óta létező futómű fajta, amit a 20-as években a Fiat egyik mérnöke, Fornaca talált fel, de az amerikai Earl McPherson tette nagy sorozatban gyárthatóvá, ezért róla nevezték el). McPherson szándéka olcsó és elsőkerék-hajtásra ideális rendszer tervezése volt, ami mára széles körben el is terjedt. Ez a kialakítás lassan a felsőbb kategóriákban is kezd elterjedni.
1.1.7 ábra: beszerelt McPherson futómű [2]
9
Ebben a kialakításban csak az alsó keresztlengőkarok vannak meg, a felsők szerepét már a lengéscsillapítók és a köréjük szerelt rugók veszik át. A kormányzáshoz alul külön a kerékagyakra szerelt csuklópontok kellenek a megmaradt lengőkaron, fent az egész lengéscsillapító-rugó egység (az úgynevezett gólyaláb) elfordul a bekötése körül az ún. toronycsapágyon. A kialakításnak köszönhetően szabad utat enged a féltengelyeknek, ugyanakkor a kormányzás és a rugózás-lengéscsillapítás korábban határozottan különválasztott elemeit némiképp összevonja.
1.1.8 ábra: gólyalábas McPherson futómű [2]
Ezt kiküszöbölendő született meg az úgynevezett pszeudo-McPherson szerkezet, amiben a gólyalábak nem fordulnak, csak rugóznak, és a kerékagyak külön csapokra szerelik.
1.1.9 ábra: pszeudo McPherson futómű [2]
10
Kettős keresztlengőkaros első futómű létezik elsőkerék-hajtással is, de ezekben a felső kart általában jóval rövidebb és magasra szerelik. A hátsó kerekeket sokáig a merev tengelyre szerelték. Ennek oka főleg az, hogy egyszerű, olcsó, és praktikus. Mivel a teljes differenciálmű együtt leng a kerekekkel és a féltengelyekkel, nincs szükség bonyolult csuklókra.
1.1.10 ábra: merevtengelyes hátsó futómű [6]
Idővel az autógyárak, hogy javítsák az oldalirányú megvezetést kidolgoztak egy olyan megoldást, mely szerint két lengő bekötőkart szereltek a futóműbe az autó hossztengelyével párhuzamosan. Európában elterjedt még egy szerkezet, amit az egykori Panhard autómárka fejlesztett ki: a merev tengelyt a rugókon és a csillapítókon felül még egy átlós merev, de végein csuklósszilentblokkos rúddal kapcsolták a karosszériához. A Watt-féle megoldás kicsit kifinomultabb volt, mert a két rudas (oldalanként egy-egy) bekötéssel határozottabbá vált az oldalirányú megvezetés. 1.1.11 ábra: lengő bekötőkaros futómű [7]
11
1.1.12 ábra: Watt-lengőkarok [8]
A merev tengely és a függetlenül rugózó kerekek problémáját egyik megoldás sem tudta azonban kiküszöbölni, a merev tengely a bekötéstől függetlenül merev tengely maradt. Ráadásul a kerekekkel együtt lengő differenciálmű jelentősen növelte a rugózatlan futómű tömegét. Az első független hátsó futóművet a francia de Dion tervezte. Az ő ötlete az volt, hogy szereljenek kettős keresztlengőkarokat hátra is úgy, mint elöl, a differenciálművet pedig fixen a karosszéria aljára, úgy, hogy a motor nyomatéka csuklós féltengelyeken jut el a kerekekhez. A féltengelyek kialakítása így drágább, de ezt a kardán egyszerűbb kialakítása kompenzálja, mivel a differenciálmű nem leng együtt a futóművel. Ennek a megoldásnak az a másik előnye, hogy elsőkerék-hajtásokhoz is megfelel.
1.1.13 ábra: de Dion-féle hátsó futómű [9]
A felsőbb kategóriás autókban sokáig előszeretettel alkalmaztak négy lengőkaros első futóművet. Négy rúdformájú lengőkar tartja, és egy nyomtávrúd vezeti a kereket. A 12
karosszéria alátámasztásáról egy keretre szerelt rugópár gondoskodik. Így, hogy a irányító és felfüggesztési alkatrészeket szétválasztották a dinamikus erők csak minimális hatást gyakorolnak a kormányműre.
1.1.14 ábra: négy lengőkaros felfüggesztés [3]
Mivel a lengőkarok száma és formája tetszőlegesen választható, ma már az oldalanként öthat karos (multilink) kivitelek is elterjedtek.
1.1.15 ábra: multilink kivitelű futómű [10]
A legegyszerűbb független hátsó felfüggesztés a hátsó McPherson. Kialakítását tekintve nagyon hasonló az elsőhöz, ugyanolyan elemekből áll, de kormányozni nem kell. 13
1.1.16 ábra: hátsó McPherson futómű [2]
A leggyakoribb hátsó futómű az alsó-középkategóriáig, de feljebb is egyre elfogadottabbá váló típus, a csatolt lengőkaros. A kerekeket az autó hossztengelyével párhuzamosan (felle) lengő hosszirányú rudak, lengőkarok vezetik, a rugózás és a csillapítás szabadon választható. Rugalmas rúdra, vagy deformálódni képes acélprofilra szerelik a két oldal karjait és a két hátsó kereket. Ez a megoldás csökkenti a kanyarodási oldaldőlést, így javítva a menetstabilitást. Régóta használnak ilyen oldalbillenés elleni szerkezetet elöl és hátul egyaránt. El is a nevezték a szerkezetet kanyar stabilizátornak.
1.1.17 ábra: kanyar-stabilizátoros futómű [11]
14
Hamar elterjedté vált a nagyszerű vezetési élményt nyújtó trapézlengőkaros hátsó futómű. Nevét a trapéz alakú alsó lengőkarról kapta. A kerék vezetéséről a felső keresztlengőkar és a trapézlengőkat mögötti nyomtávrúd gondoskodik. Helytakarékos kivétel, mert a trapézlengőkarhoz csatlakozik a rugó, a keréktartóhoz pedig a lengéscsillapító.
1.1.18 ábra: trapézlengőkaros futómű [2]
Általában a futómű kialakításától függetlenül kötik össze az alsó lengőkarokat egy rúddal. Kanyarban a külső oldal berugózik, a rúdon át nyomóerő ébred a belső oldal karján, emiatt annak és a rá szerelt keréknek felemelkedési hajlama csökken.
1.1.19 ábra: segédkeretes hátsó futómű [2]
15
A manapság terjedőben vannak a segédkeretes megoldások. Ennél a típusnál külön keretre szerelik a futómű alkatrészeit, nem közvetlenül a padlólemezre. Ennek egyik oka a padlólemez megerősítése és ezzel a csavarodási merevség javítása, a másik az összeszerelés egyszerűsítése. Az autógyárban az előre összeépített komplett felfüggesztések egy lépésben az autó aljára szerelhetők. [2]
2. A gépkocsi alváza, rugózása és futóműve A gépkocsi két szerkezeti fő része a kocsiszekrény és az alváz. A kocsiszekrény kiképzése a gépkocsi rendeltetésétől függően lehet személyszállító, teherszállító és különleges rendeltetésű kocsi. A szakdolgozat témája a kocsi mellső futóművét érinti, így a kocsiszekrénnyel a továbbiakban nem foglalkozik. A legtöbb gépkocsinál a jármű hordszerkezetét az alvázkeret alkotja, mely rendszerint idomacélból készül. Az idomacélok általában I alakúak, U alakúak, zárt négyszög alakúak vagy zárt acélcsövek.
2.1 ábra: acél szerkezeti elemek keresztmetszete [12]
Az alvázkeret két hossztartóját keresztmerevítőkkel szegecselik vagy hegesztik egymáshoz. Az alvázra szerelik a rugókat, a lengéscsillapítókat, az első és hátsó tengelyeket. A tengelyekre csapágyazzák a futómű kerekeit.
16
2.2 ábra: teherautó alváza [13]
Merev tengely alkalmazása esetén az egyik kerék mozgása maga után vonja a másik kerék mozgását is.
2.3 ábra: merev tengelyes megoldás [12]
17
Lengőtengelyes megoldás esetén a kerekek egymástól függetlenül mozognak. A futómű kerekei szabadon futó vagy meghajtó kerekek.
2.4 ábra: lengőtengelyes megoldás [12]
Ha a meghajtást végző féltengelyre közvetlenül szerelik a kereket, akkor ezt önhordó féltengelynek nevezzük, ellentétben az olyan féltengelyekkel, amelynél a kereket külön csapágyazzák a gépkocsi merev tengelyére és a féltengely csak a forgató erőt szolgáltatja. Az ilyen meghajtó tengelyt tehermentesített féltengelynek nevezzük.
18
2.5 ábra: önhordó féltengely [12]
2.6 ábra: tehermentesített féltengely [12]
A futóműhöz tartozik az irányító berendezés és a fékszerkezet is. Az alvázra szerelik a motort az összes segédberendezéseivel, valamint azokat a szerkezeti részeket melyek a motor vonóerejét a hajtókerekekhez közvetítik. Ezek a tengelykapcsoló, a sebességváltó, a 19
kardántengely a kardáncsuklókkal vagy Hardy tárcsákkal. Az erőátviteli szerkezetekhez tartozik még a kiegyenlítő vagy differenciálmű is. A motort a legtöbb típusnál a gépkocsi elején helyezik el, de a személyszállító járműveknél gyakori a farmotoros megoldás is. A jobb térkihasználás érdekében a padló alá is beépítik. A motor az erőátviteli szerkezeteken keresztül rendszerint a hátsó kerekeket hajtja meg. Vannak azonban olyan személygépkocsik, ahol a motor közvetlenül az első kerekeket forgatja. Nincs szükség külön alvázkeretre akkor, ha az önhordó kocsiszekrényt olyan erősre méretezik, hogy a gépkocsi összes műszaki berendezéseit és a szállítandó terhet is elbírja.
2.7 ábra: merev karosszéria [14]
A különféle útviszonyok mellet közlekedő gépjárműveknél a biztonságos közlekedésen kívül az utasok kényelmét szolgálja a gépkocsi rugózása. Az alvázat a futóművel, gépkocsi típusonként, különböző rugók kapcsolják össze. Legelterjedtebb a laprugó.
2.8 ábra: laprugóköteg [15]
20
Ezt a rugótípust megfelelően ívelt, különböző hosszúságú rugólapokból szerelik össze. A rugólapok közé, a súrlódást csökkentésére, grafitos zsírt kennek. A rugólapok hosszirányú elcsúszását a magcsavar, keresztirányú elmozdulásukat pedig a kengyelek gátolják. A rugóköteget a tengelyhez hevedercsavarokkal, az alvázhoz pedig csapszeggel rögzítik. A rugóköteg működés közben hosszirányban megnyúlik, ezt a mozgást teszik lehetővé a lengő kengyelek.
2.9 ábra: laprugóköteg nyugalmi állapotban [12]
2.10 ábra: laprugóköteg terhelt állapotban [12]
21
Előfordul olyan megoldás is, amelynél a rugók megnyúlását csúszó felfüggesztés segíti elő. Ilyen megoldásokat általában a tehergépkocsiknál találunk. Autóbuszoknál és nehezebb gépjárműveknél a terheletlen és terhelt állapot közötti nagy súlykülönbség miatt kívánatos, hogy a rugó terheletlen állapotban lágyabb, terhelve keményebb legyen. Ennek elérése végett használják a két kötegből összetett rugózási megoldást, amelynél az alsó, hosszabb rugóköteg biztosítja a lágy rugózást. Amikor a gépkocsit rakománnyal terhelik, akkor lép működésbe a segéd rugóköteg.
2.11 ábra: terheletlen kettős laprugóköteg [12]
2.12 ábra: terhelt kettős laprugóköteg [12]
22
A laza rugólapok miatt a kengyelek gyakran eltörnek. Éppen ezért a rugókötegeket leszorító tartó kengyelek csavarjait esetenként meg kell húzni. Ilyenkor gondoskodni kell a rögzítő anyák biztosításáról is. A jó rugózás szempontjából a rugólapok közötti súrlódás lengéscsillapító hatása éppoly fontos tényező, mint a rugók lágysága. Elhanyagolt rugóknál a kenőzsír beszárad, a felcsapódó víztől és sártól a rugólapok berozsdásodnak és így a lapok nem tudnak egymáson elcsúszni. Ez gyakran laptöréshez vezet. Ennek elkerülése érdekében a rugók megtisztítása után a gépkocsit felemelik és a szétváló rugólapok közé orsó olajat fúvatnak. A nagynyomáson porlasztott korrózióképződést gátló anyag behatol a rugólapok közé és az ott beszáradt zsírt újból kenőképessé teszi. A rugócsapszegek zsírzásánál addig nyomják a csapszegekbe a zsírt, amíg az maga előtt ki nem nyomja az elhasznált zsírt. Különösen személygépkocsinál terjedt el az igen egyszerű és kezelés szempontjából igénytelen tekercsrugózás.
2.13 ábra: tekercsrugós felfüggesztés [12]
Ennél a megoldásnál egyetlen lényeges követelmény, hogy a lengőkarra felfüggesztett gördülő kerék rugózás közben ne térjen el a beállítás szögétől.
23
2.14 ábra: a beállítás szögéből kitérő kerekek [12]
Ezt biztosítja a két párhuzamosan alkalmazott lengőkar.
2.15 ábra: párhuzamos lengőkaros megoldás [12]
Mivel egyenlő hosszú lengőkarok esetén a kerekek rugózás közben oldal irányban elcsúsznak és így bizonytalanná válik a kocsi futása, ezért az alsó lengőkarokat hosszabbra 24
kell méretezni. Ilyenkor a kerék kismértékben megdől ugyan, de oldal irányban nem csúszik meg.
2.16 ábra: hosszabbra méretezett alsó lengőkaros változat [12]
A személygépkocsiknál használt rugózási rendszerek másik fajtája a torziós rugózás. Itt a rugó egy acélrúd, melynek egyik végét az alvázhoz rögzítik, a másik végét csapágyazzák. A rúd csapágyazott végére szerelik a lengőkart és a kereket. Terhelésnél vagy az alvázról kapott lökés hatására a lengőkar a rudat elcsavarja és így a rúdacél ellenállása hozza létre a rugózást.
2.17 ábra: torziós rugózású kivitel [12]
25
A gépkocsi haladása közben a rugók lengőmozgást végeznek. Minden rugónak a méretétől és a terheléstől függően van egy önlengése. Az út egyenetlenségeinek hatására a kerekek is lengéseket végeznek. Ha a rugók és a kerekek lengésiránya megegyezik, akkor a kocsi lengései annyira fokozódhatnak, hogy a kerekek elhagyják a talajt és a gépkocsi irányítása lehetetlenné válik. Az ilyen veszélyes következmények megelőzésére a gépkocsikat különféle lengéscsillapítókkal szerelik fel. Ilyen például a Csepel gépkocsiknál alkalmazott dugattyús lengéscsillapító.
2.18 ábra: dugattyús lengéscsillapító [12]
A dugattyús lengéscsillapítót az alvázra szerelik és lengőkarját a tengellyel kacsolják össze. Szerkezeti felépítése folytán a lökésekkel szemben kisebb a csillapítása, mint a gépkocsi lengésekor. Rugózáskor a lengőkar a lökésgátló hengerében a dugattyút jobbrabalra mozgatja.
26
2.19 ábra: dugattyús lengéscsillapító működés közben [12]
A henger két végét haránt csatornák kötik össze. Ha az egész rendszert lökésgátló folyadékkal töltik fel, akkor a dugattyú és ezzel a rugók mozgását a folyadék szűk furatokon való kiegyenlítődése csillapítja.
2.20 ábra: lökésgátló folyadékkal feltöltött dugattyús lengéscsillapító [12]
Erősebb keréklökéseknél és a gépkocsi lengésénél a folyadék csak úgy tud gyorsabban áramlani, ha a harántcsatornákba beépített szelepek erős rugóellenállását is leküzdi. A régebbi típusú Csepel tehergépkocsikra úgynevezett lapátos lengéscsillapítókat szereltek. 27
2.21 ábra: lapátos lengéscsillapító [12]
Ennél a megoldásnál a lapát furatain átáramló folyadék fékezi a rugók mozgását. A kamrák térfogatváltozásában esetleg fennálló különbségek a tengely furatain keresztül egyenlítődnek ki. A személygépkocsiknál használt teleszkópos lengéscsillapító is két irányban csillapít. Szerkezete egymásba csúszó csövekből áll.
2.22 ábra: teleszkóp [12]
28
A belső csőhengerben dugattyú mozog, lökésnél kisebb a csillapítása, mert ilyenkor a folyadék két furaton hagyja el a nyomóteret. Részben a dugattyú furatán át a felső térbe, részben pedig a fenékszelep furatán át a külső térbe. Lengéskor a folyadék a felső nyomótérből csak a dugattyú furaton át tud távozni, ezért ilyenkor erősebben csillapít. A folyadékos lengéscsillapítók kezelése úgyszólván csak a folyadék pótlására szorítkozik. Ha a folyadékkal feltöltött lengéscsillapító könnyen mozog, tehát nem csillapít, akkor javításra szorul. A jó rugózású és jól karbantartott lengéscsillapítókkal felszerelt gépkocsiban kényelmes az utazás és biztonságosabb a közlekedés. [12]
3. A futómű feladatai Az utak minősége idővel drasztikusan romlik. A keletkező kátyúk, repedések és egyéb úthibák egyrészt nagyban lerövidíthetik az autók élettartamát, másrészt kényelmetlenné teszi az utasok számára az utazást vagy a szállított áru épségét veszélyeztetheti. A gépjárművek haladása közben dinamikus erők ébrednek, amiket csökkenteni kell az előbb említett kellemetlenségek elkerülésének érdekében. A gépjárművek alváza és az útfelület közé ezért futóművet szerelnek az autógyártók. A futómű rugói nagymértékben csökkentik az útfelület egyenetlenségéből származó dinamikus erőket. A rugók szerepet játszanak a gépkocsik kormányozhatóságában, valamint a tolóerő hatásfokának javításában is. Haladás közben a rugó igyekszik a gépjármű kerekeit az út felületén tartani, de lengés, illetve az út felületétől való elpattogás közben a kerék és a talaj kapcsolata megszakad. Amennyiben a gépjármű tolócsővel vagy tolókarokkal nem rendelkezik, akkor az alvázához a toló- és fékezőerőket is a rugóknak kell eljuttatni. Csak a laprugó felel meg erre a célra, de a laprugó a futómű felfüggesztő elemének a feladatát is ellátja. Haladás közben a gépkocsi berugózik az út egyenetlenségeinek hatására, emiatt lengésbe jön a futómű vagy a kocsiszekrény. A hatás-ellenhatás törvénye alapján, ahogy a futómű az útfelület kiemelkedésének ütközik függőleges irányú és felfelé ható dinamikus erő hat, ami a haladási sebességtől és a futómű tömegétől függ. A futóművet felfelé taszító erő okozza a rugó feszítettségét, ami viszonylag lassan oldódik fel az erő megszűnte után, így a dinamikus erő lassú lengéssé alakul. A rugó és a rugóstag a futómű legkényesebb alkatrésze tehát. A gépkocsi kocsiszekrénye lefelé mozdul, amikor gödörbe fut, a tehetetlensége miatt igyekszik megtartani mozgásirányát és sebességét. A tehetetlenség mértéke a gépkocsi összsúlyától és a haladási sebességétől függ. Minél nagyobb tehetetlenségi erő hat a rugóra, annál jobban változtatja a rugó alakját és feszítettségét. A kocsiszekrény lengését csillapítani kell a biztonságos áruszállítás szempontjából, a futómű lengését pedig ellensúlyozni kell a kormányozhatóság szempontjából. A percenkénti lengésszám a rugók keménységének és a rugózott vagy rugózatlan részek tömegének függvénye. [16] 29
4. Optimális futómű beállítás A gépkocsi futóművét, felfüggesztéseit használat közben különböző behatások, deformálódások érik, mint például kátyúk, járdára felállás, maximális súlyterhelés kihasználása, esetleges túllépése vagy a kanyarokban ébredő centrifugális erő. Ezeknek hatására megváltozik a kerék összetartása, dőlése, utánfutása. Ezért nagyon fontos a vezetés biztonsága szempontjából a futómű állítás. A rossz futóművel rendelkező autó vezetése fárasztó, veszélyes és nem biztonságos, mivel állandó kormánykorrigálást igényel menet közben. A rossz futómű beállítás a gömbfejeket, kerék csapágyakat, felfüggesztéseket, a lengéscsillapító szárát jobban terheli, illetve okozhatja károsodását és jelentősen rontja a gépkocsi egyenes futását, egyszersmind növeli az üzemeltetési költségeket. Kanyarodásnál szintén rendellenesen viselkedik a gépkocsi. A legtöbb mai autónak az első és hátsó futóműve is állítható – kivétel a merev hátsóhíddal ellátott gépkocsik. A hátsó futómű beállítása ugyanolyan fontos, mint az első tengelyen történő állítás, mert ennek hiányában gumikopás, elhúzás, kormány ferdeség léphet fel. Ezeket a munkákat csak egy speciális, négy mérőfejjel rendelkező lézeres műszerrel lehet optimálisan beállítani. A hátsó futómű bemérése a nem állítható merev hátsó hídnál is nagyon fontos, mivel csak így kapunk teljes képet a futómű geometriájáról. Ezért javasolt évente egyszer – használattól függően 10.000 - 25.000 kilométerenként a futómű állítás, illetve a futómű átvizsgálása alulról is, ahol láthatóvá válnak a rejtett hibák például olajfolyás, fékcső repedezés, kipufogó, féltengely gumiharangok állapota, stb. Ilyenkor beállításra kerülnek a kerekek, teleszkópok, fékek és a kormányszerkezet. Hibára utaló jelek:
kopogó hang kanyarodásnál visító gumik zaja gumik széleinek rendellenes kopása kormányrázás 60 km/h-tól 120 km/h-ig vagy efelett fékezésnél kormányrázás búgó, morgó hang a kerekek felöl kis ívű kanyarodásnál túl nagy kormányerő (nehéz tekerni a kormányt) nyomvályúra túl érzékenyen reagál a gépkocsi (kivétel a gyári gumiméretektől való eltérés vagy a túl nagy ET szám) túl erősen félrehúz az autó kanyarodásnál a kormány nem elég intenzíven tekeredik vissza.
Az időben elvégzett átvizsgálás növeli az üzembiztonságot, csökkenti az üzemeltetési költséget, és meghosszabbítja a többi kapcsolódó alkatrész élettartamát. [17]
30
5. Futóművek leggyakoribb terhelései Az előzőekből látható, hogy a futóműveknek összetett az igénybevétele, mert nem csak radiális, de gyakran axiális terhelést is fel kell venniük. Főleg mechanikai igénybevételről beszélhetünk, hiszen a futóművek hőterhelése nem számottevő mértékű. A motor hője csak közvetve jut el a futóműig, de az jól szellőzik, így le tudja adni a felvett hőt. A futás közben termelt hő sem nagy mennyiségű. A gumiabroncsok sem adnak át sok hőt (a futófelület azonban számottevően fel tud melegedni menet közben) a futóműnek, mert a gumi nem jó hővezető. A fékezéskor a féktárcsákon keletkező súrlódási hő nagy részét a tárcsa le tudja adni, így a súrlódási hőből sem jut sok a futóművekre. A kátyúk és az úthibák a felelősek a legtöbb esetben a futómű és ezáltal az autók károsodásának.
5.1 ábra: úthiba[18]
Leggyakrabban radiális terhelést jelentenek, ám, ha az kerék épp a kátyú szélén halad és belecsúszik a kátyúba, az már axiális terhelést is jelent. A kátyúba hajtás sokkszerű terhelést vált ki, ezért igen kell ügyelni arra, hogy lehetőleg kikerüljük a kátyúkat, mert nagymértékben rövidíti meg a futómű élettartamát. Hasonló károkat okoz a megsüllyedt csatornafedél is.
31
5.2 ábra: megsüllyedt csatornafedél [19]
Fennáll a lehetősége annak is, hogy a kerék durrdefektet kap. Ennek oka lehet éles tárgy az úton, vagy a túlságosan elkopott gumiköpeny is. A durrdefekt nem csak veszélyes, mert kisodródhat az autó, de a futóművet is sokszerűen terheli.
5.3 ábra: durrdefekt [20]
32
Amennyiben közúti hiba miatt éri kár az autót, fontos tudni bizonyítani, hogy az valóban úthiba, nem pedig vízakna, vasúti rács. A közútkezelő vállalat köteles ugyanis karbantartani a hozzá tartozó utakat. Amennyiben bizonyosságot nyer, hogy mulasztott a közútkezelő vállalat, úgy a károsult jogosult kármentesítésre. Általában tanuk is szükségesek a bizonyítási eljárás során. A sérült alkatrészeket kárszakértőkkel vizsgáltatják meg. Nagy segítség hát, ha tisztában van a vezető, milyen károk keletkezhetnek autójában a mindennapi használat során. A futómű radiális terhelése általában jóval nagyobb, mint az axiális, mind nagyságilag mind időtartamilag. Elég, ha a gravitációra gondolunk, ami folyamatosan hat és a leggyakrabban radiális irányban hat a futóműre. Így a parkoló autó futóműve is terhelt állapotú. De menet közben is leginkább radiális igénybevételnek van kitéve a futómű. Nem elhanyagolható azonban a futóművek axiális terhelése sem. Főleg nagy sebesség esetén egy élesebb kanyar bevétele már nagy axiális terhelésnek teszi ki az autót. A jármű sebességével négyzetes, a tömegével egyenes arányban van az ilyenkor ébredő centrifugális erő. Minél gyorsabban halad a jármű és minél nehezebb annál nagyobb tehát a centrifugális erő. Kiemelten fontos az autók menetstabilitásának a biztosítása, mert akár életek is múlhatnak ezen. Főleg a régi farmotoros autókra volt jellemző, hogy nagyobb sebességnél kisodródtak a kanyarban vagy legalábbis megcsúsztak a rájuk ható tehetetlenségi erő miatt. A kanyarban az autó sebességének iránya folyton változik, ami nagyon próbára teszi az autóvezetőt, hogy megfelelő pályán tartsa az autót.
6. A választott autó műszaki adatai
Gyártó:
Volkswagen
Sorozat:
Golf
Modell:
II 1.8 GTI 16V
Gyártási időszak:
1986-1990
Karosszéria:
ferdehátú
Tengelytáv:
2745 mm
Nyomtáv:
1650 mm (feltételezett)
Hossz:
3985 mm
Szélesség:
1665 mm
Magasság:
1405 mm 33
Önsúly:
1035 kg
Maximum súly:
1400 kg
Súlypont:
0,5 m (feltételezett)
Végsebesség:
208 km/h
Maximum nyomaték:
168 Nm
Lengéscsillapítás:
McPherson rugóstag
Felni méret:
6,5J X R15
Abroncs méret:
185/55/R15 [21]
6.1 Kanyarban ébredő erők
A kanyarban ébredő centrifugális erő az R sugarú pályán v sebességgel haladó m tömegű jármű esetén a következő formulával írható fel: =
∙
Vegyük a kanyar sugarát 50 méternek, a sebességet pedig 50 Így a keresett centrifugális erő nagysága = 1400 ∙
13,89 = 5402,1 50
ℎ azaz 13,89
⁄ -nak.
Ezt az erőt a kerekek és az úttest között ébredő tapadás biztosítja, irányát tekintve azonban merőleges a sebesség irányára, vagyis a kanyar ívének középpontja felé mutat. Ha a jármű pályán tartásához nagyobb erő szükséges, mint a ∙ ∙ nagyságú tapadási erő legnagyobb mértéke, akkor az autó kicsúszik a kanyarban. Száraz aszfalt esetén a tapadási együttható értéke 0,6. Ez az érték természetesen nagyban függ az aszfalt összetételétől, hőmérsékletétől felületi tisztaságától. Tiszta, száraz aszfalt esetén, tehát az legnagyobb tapadási erő =
∙
∙
= 0,6 ∙ 1400
∙ 9,81
= 8240,4
Egyenletes sebesség esetén, amennyiben az ellenállásokat elhanyagoljuk, az R sugarú kanyart legfeljebb kanyar esetén tehát
=
∙
∙
sebességgel veheti a jármű. Az előbbi 50 m sugarú
34
vagyis 61,76
=
∙
∙
=
0,6 ∙ 9,81
∙ 50
ℎ sebességgel lehet bevenni a kanyart.
= 17,16
⁄
6.1.1 ábra: a kerekekre ható erők [22]
A kanyarban a felborulás veszélye is fennáll. A kerekeken támadó és a kanyar középpontjába mutató tapadási súrlódási erő ( és ′ ) a gépkocsit kifelé igyekszik billenteni. Ahogy nő a sebesség úgy nehezedik egyre jobban a gépkocsi a külső kerekekre. A felborulás pillanatában pedig a kocsi teljes súlya a külső kerekekre hat, vagyis + ′ = . Az autó súlya számítható a = ∙ összefüggéssel is. Így az autó súlya = 1400
∙ 9,81
= 13734
Ekkor a belső kerekekre ható nyomóerő és súrlódási erő nulla. A gépkocsi csak akkor nem borul fel, ha a tapadási erőnek ( ) a kocsi súlypontjára vonatkozó forgatónyomatéka kisebb, mint a nyomóerőnek ( ) a súlypontra vonatkoztatott forgatónyomatéka.
35
6.1.2 ábra: a tengelyre ható erők [22]
A legnagyobb sebesség, amellyel az adott R sugarú kanyar bevehető, a következő módon számítható: +
=
′
+
′
ℎ ,
+
′
=
+
és a =
,
⁄ vagyis 72,42
ℎ
ebből következik, hogy a keresett sebesség,
′
′
=
ahol g a nehézségi gyorsulás, c a nyomtáv fele, R a kanyar sugara, h pedig a súlypont magassága. Így a keresett sebesség
′
=
,
∙
,
∙ ,
∙
= 20,12
Ez a számítási módszer feltételezi, hogy a kocsiszekrény mereven kapcsolódik az alvázhoz. 36
6.1.3 ábra: kanyarban kisodródó autó [23]
Ha figyelembe vesszük a rugós felfüggesztéseket is figyelembe vesszük, a sebesség kissé máshogy alakul. A két sebességet összevetve a =
összefüggést kapjuk. Feltételezve a korábbi száraz aszfalt esetét ez a következő eredményre vezet =
0,6 ∙ 9,81
∙ 50
= 17,16
⁄ = 61,76
ℎ
A megcsúszás sebessége tehát kizárólag a gumik állapotától és az útviszonyoktól függ, de a felborulás sebessége már a kocsi felépítésétől is. Emiatt tervezési előírás, hogy a megcsúszási sebesség kisebb legyen, mint a borulási sebesség.
37
Közel kritikus sebességgel haladó autó [24]
6.2 Gyorsulás kanyarban A megcsúszás veszélye nő akkor is, ha a kanyarban fékezünk vagy gyorsítunk. Ilyenkor a tapadási súrlódási erő iránya megváltozik, aminek következtében kisebb lesz a kanyar középpontja felé mutató, a gépkocsit a pályáján tartó erőkomponens ( ). Ezért ajánlott kanyarban egyenletes, nem túl nagy sebességgel haladni. Az alábbi ábrán lévő autó a kanyarból kilépéskor túl nagy mértékben gyorsított, így a hátsó kerekek már kicsúsztak.
6.2.1 ábra: kanyarban gyorsító autó [25]
38
6.2.2
ábra: gyorsulás esetén ható erők [22]
6.3 Döntött pályán ébredő erők Előfordul, hogy emelt pályán közlekedik az autó. Ha befelé dől a pálya, megnövelhető a kanyarodás lehetséges sebessége. Fontos azonban megjegyezni, hogy az autó ilyenkor befelé (ha túl meredek a pálya és nem elég nagy a sebesség) és kifelé (ha túl nagy a sebesség) is felborulhat.
6.3.1 ábra: parkolás döntött pályán [22]
39
Vizsgáljuk meg a legegyszerűbb esetet, vagyis a befelé döntött pályán parkolás esetét. Ennek két fő feltétele van, a gépkocsinak sem lecsúsznia sem felborulnia nem szabad. Feltételezve, hogy a gépkocsi kerekei a súlyponthoz képest szimmetrikusan helyezkednek el, a következő összefüggést kapjuk 2
+2
≥
sin
ahol G a gépkocsi súlya, illetve a lejtő alja illetve a teteje felé eső kerekeken fellépő súrlódási erő. Jelen esetben a súrlódás erő nagysága = ∙ , ahol a súrlódási síkra merőlegesen ható erő. Esetünkben = ∙ cos , így a kerekekre ható összes súrlódási erő =
∙ cos
∙
= 13734,44
∙ cos 20° ∙ 0,6 = 7743,69
Ebből következően az egy kerékre eső súrlódási erő 1935,69 N, melyből axiális irányba 1818,95 N hat. A csúszás feltétele +
≤
2
cos
Ha ≥ , akkor a csúszás elkerülhető. Azonban nem feledkezhetünk meg arról, hogy a tapadási súrlódási erő a legkisebb elmozdulás esetén is csúszóra változik, s ekkor a súrlódási erő jelentősen lecsökken. Ezért a biztonságos dőlést a következő feltétel jelent >
A értéke, szintén száraz aszfalt esetében 0,6. A befelé borulás a befelé eső kerekek körül következik be. Borulási határeset, ha már csak ezek a kerekek nyomják a lejtőt, aminek a nagysága
Behelyettesítve
és
2
≥2
2
maximális értékét, a következőt kapjuk ℎ≥
azaz ≥
2ℎ
= 0,6 ≥
2
1,65 2 ∙ 0,5
= 0,6 ≥ 1,65
Mivel itt is érvényes az a biztonsági előírás, hogy a gépkocsi legfeljebb csúszhat, nem borulhat, teljesülnie kell a
<
feltételnek.
Mivel
feltétel nem teljesül, ebben az esetben az autó borul.
40
,
∙ ,
< tan 20° = 1,65 < 0,36
6.3.2 ábra: döntött pályán parkolás feltétele [22]
Döntött pályán haladva, az R sugarú kanyar biztonságos vételének feltétele a következőképen alakul adott és dőlésszög esetén.
6.3.3 ábra: döntött pályán haladás [22]
A ható erők vízszintes és függőleges komponensekre bontása után felírhatóak a következő mozgásegyenletek sin
+ 2(
+
) cos
Mivel a függőleges irányú erők eredője zérus, így cos
=
+ 2(
+
= ) sin
Határesetben a súrlódási erőt maximálisan kihasználtnak tekintjük, 2(
)=
+ 41
Az egyenletrendszer megoldásából tehát a maximális sebesség sin α + 0 cos cos − 0 sin α
=
Behelyettesítve az értékeket =
50
∙ 9,81
°
∙
°
, ∙
°
, ∙
°
⁄ azaz 88,54
= 24,6
ℎ
A kifelé borulás esetén a kényszererő és így a súrlódási erő is a külső kerekeken hat. Az előbbi egyenletrendszerben használt = 0, = 0, =2 , vagyis 2
2
sin
cos
+2
cos
=
+2
=
sin
Egyenletrendszert kapjuk. A súrlódási erő maximumára a még éppen kiegyensúlyozott forgatónyomatékra vonatkozó 2
=
∙ℎ
feltételt kell kielégíteni. Így az egyenletrendszer megoldásából
=
sin
cos
+
−
2ℎ
2ℎ
cos
sin
=
50
∙ 9,81
= 49,73 ⁄ = 179,03
1,65 ∙ cos 20° 2 ∙ 0,5 ∙ = 1,65 cos 20° − ∙ sin 20° 2 ∙ 0,5 sin 20° +
ℎ
eredmény adódik. Összehasonlítva a kicsúszás és a felborulás feltételeit, azt kapjuk, hogy ha < , akkor a kocsi kicsúszik, egyébként pedig felborul, ha túl nagy sebességgel halad a gépjármű. [22]
6.4 Egyéb terhelési helyzetek
Hasonlóan megterheli a futóműveket, ha nem közúton, hanem terepen közlekedik a jármű. Az egyenetlen talajon meg-megdől a jármű, kibillentve a kerekeket a forgási síkjukból, így a terhelés egy része axiális irányba hat.
42
6.4.1 ábraErdei terepviszonyokra tervezett autó [26]
Az utaknak is lehet dőlésszögük, ekkor is ébrednek axiális irányú erők, főleg ha ilyen úton nagy sebességgel kanyarodik a jármű. Ugyancsak jelentős tengely irányú erők ébrednek, ha ferdén parkol a jármű. Igaz ez a járdaszegélyre féloldalasan parkoló autóra, vagy akár egy lejtőn oldalvást megálló autóra is. Itt is elmondható, hogy a kocsi dőlésszöge valamint a tömege vannak a legnagyobb hatással az ébredő erők nagyságára.
6.4.2 ábra: járdára felálló autó [27]
43
A versenyautókat extrém terhelések érik. A Forma 1-es autókat főleg kanyarban éri erős axiális terhelés. A legextrémebb terheléseknek valószínűleg a rally autók vannak kitéve. Mivel gyakran extrém terepviszonyok közt haladnak ezek az autók, így mind erős radiális és axiális terhelésnek vannak kitéve.
6.4.3 ábra: rally autó [28]
A keletkező erők által okozott deformitások az autó több alkatrészét is megrongálhatják közvetlenül és közvetve egyaránt. Már korábban említve volt az autó menetstabilitásának romlása, ami a kerekek összetartási hibájából ered. A futómű részei közvetlenül ki vannak téve a deformitásoknak. A rugó elhajolhat, idővel akár el is törhet egy nagyobb igénybevétel hatására. A rugóstag dugattyúrúdja is bekophat ferdén, így eleresztheti az olajat. A gólyalábakat is eldeformálhatja a sok axiális terhelés, ami rontja a lengéscsillapítást.
6.4.5 ábra: ferdén bekopott dugattyúrúd
44
Folyamatos a törekvés a futóművek ellenállóvá tételére. A felsőbb kategóriás autókban számítógép vezérelt terhelésérzékelők vannak, amik terhelés hatására, pl.: kanyarban felkeményítik a rugótagot. A rugótagban lévő szelepet nyitja vagy zárja az elektronika. Hidraulikus kivitelben is készülnek ilyen elven működő futóművek. Vannak a kerekek összetartását és dőlésszögét figyelő szenzorok is. Ma még drágák az ilyen technológiával szerelt autók, de idővel valószínűleg ezek is elterjednek a közép és alsó kategóriás autókban is.
7. A Volkswagen Golf története
7.1 ábra: Golf metszeti kép [2]
A Volkswagen a Golfot eredetileg a Bogár utódjaként, valamint az általa okozott csődhelyzet korrigálására hívta életre. Hiába volt a Bogár minden idők egyik legsikeresebb modellje, nem kerülhette el a sorsát és elavulttá vált, hatalmas űrt hagyva maga után. Nem kevesebb volt az elérendő cél, mint egy elöl keresztben beépített motorú, elsőkerékmeghajtású, vízhűtéses kompakt autó megépítése. Ezt testesítette meg az első generációs Golf.
45
7.1 Golf I
7.1.1 ábra: „Kiút a válságból” [29]
A Volkswagen Golf sikertörténete 1974-ben indult az első egyes generáció megjelenésével. A Golf I - a Scirocco előtt és a Passat után - volt a márka második fronthajtásos modellje. Az autó formatervét a Scirocco-éhoz hasonlóan Giorgetto Guigiaro jegyzi, akinek a nevéhez fűződik többek közt még az Audi 80 formaterve is. A mára rendkívül nagy kultusszal rendelkező GTI változat 1976 júniusában jelent meg az európai autópiacon. A sportváltozat 1.6 literes erőforrása 110 lóerős teljesítményű volt, amely akkoriban igencsak tekintélyes teljesítménynek számított. A GTI-t egy dízel erőforrás megjelenése követte, majd csak ezt követően születtek meg a kabrió, valamint a Golf alapú pickup Caddy modellek. Az amerikai piacon kapható volt katalizátort és mechanikus befecskendezőt tartalmazó modell is. Az első generációs Golf valószínűleg a történelem leghosszabb gyártási idejét megélt modell, mivel Dél-Afrikában a mai napig kapható az autó. A Golf több néven is piacra került. Az egyes Golf az észak-amerikai piacon Rabbit, a dél-amerikai autópiacon pedig Caribe néven vált ismertté. Németországban a Golf mindmáig a legnagyobb darabszámban eladott autó. A Volkswagen Golf az autóipar egyik mérföldkövének számít. [34]
46
7.2 Golf II
7.2.1 ábra: „A legsikeresebb” [29]
A második generációs Golf 1983 augusztusában mutatkozott be Münchenben. Az autó formaterve nem sokban különbözik elődjétől, azonban már kicsit nagyobb tengelytávval és tágasabb utastérrel rendelkezett, mint az első generációs modell. Az autó teljesen új, csatolt lengőkaros hátsó futóművet kapott, és a motorkínálat már kezdettől fogva széles volt. A Golf II a hat generáció talán legsikeresebb modellje, amelyet a megannyi belőle készült különleges változat is bizonyít, mint a nagyobb teljesítményű, 1.6 literes 75 lóerős turbódízel GTD változat vagy az 1.8-as, 16 szelepes, soros négyhengeres erőforrással szerelt GTI. A második generációs Golfból készült egy megnövelt alvázmagasságú, terepre szánt Country modell is, amelynél első ízben jelent meg a Syncro öszkerékmeghajtású rendszer. A Country főleg az alpesi régiókban, és Közép-Európában volt a legnépszerűbb. A Golf II talán legérdekesebb változata a hírhedt G60-as széria, amelyet csak limitált darabszámban bocsátott ki a német gyártó, mindösszesen 71 példányt. Ez a modell a korhoz képest rendkívül fejlett technikával rendelkezett. Az autó exkluzivitását jelzi az is, hogy csak fekete színben volt elérhető. A G60 továbbá csak ötajtós karosszériával, a GTIvel ellentétben szimpla fényszórókkal, valamint szintén a GTI hűtőmaszkjának alján húzódó piros csík helyett, kék csíkkal találkozhatunk. A G60 az összkerékhajtás mellett egyedülálló, 212 lóerős teljesítménnyel rendelkezett, amelyet csak a négyes Golf R32-es változata tudott felülmúlni. A kettes Golf 1987-ben esett át egy ráncfelvarráson, ahol a legfeltűnőbb változtatás az ikerlámpák megjelenése volt. A Golf II kiemelkedő rozsdavédelemmel rendelkezik, a korából talán nincs még egy modell, ami ilyen jól ellenállt volna az idő vasfogának.
47
7.3 Golf III
7.3.1 ábra: „A leggyengébb láncszem” [29]
A Volkswagen Golf harmadik generációja 1991-ben jelent meg és ugyancsak nőtt elődjéhez képest, ám ezúttal a tengelytáv megváltozása nélkül. Habár az autó gyengécske minőségűre sikeredett, ennek ellenére is el tudta nyerni a 1992-es Év Autója címet. A minőségi hiányosságok kapcsán érdekesség, hogy amikor a tulajdonosok az ülések gyenge kárpitozására, és korai elhasználódására panaszkodtak, a gyár csak annyit felelt, hogy ne üljenek farmerben a kocsiba. 1992-ben, a Golf lépcsős hátú megfelelőjeként jelent meg a Vento, amelyet az amerikai piacon csak Jettaként ismertek. Ez az első Golf, amelyből készült lépcsős hátú változat. A hármas Golf legerősebb változata a VR6 elnevezésű modell, amelynek 2.8 literes, V6-os erőforrása 172 lóerős teljesítmény leadására volt képes, amellyel mindössze 7,1 másodpercre volt szüksége a 100 km/h-s sebesség eléréséhez. A VR6-ban egyébként már a gyenge kárpitozást is kijavította a gyár. 1993-ban jelent meg a valamivel gyengébb, 150 lóerős GTI 16 szelepes változata. Szintén 1993-ban jelent meg, az új erőforrások közé tartozó, Golf első közvetlen befecskendezéses turbódízelje is, amely 90 lóerőt teljesített. Három évvel később megjelent a 108 lóerős turbódízel. Még ugyanebben az évben dobtak piacra egy 1000 darabos példányszámban limitált, huszadik évfordulós modellt, amelyet rengeteg extrával szereltek fel. A hármas Golf megjelenésével került sor az első generáció alapján tervezett, 13 éves kabrió változat leváltására is, valamint a Golfok történetében először, a harmadik generáció alatt jelent meg a kombi változat Variant névvel.
48
7.4 Golf IV
7.4.1 ábra: „A legszebb” [29]
1997 augusztusában, a Frankfurti Autószalonon mutatták be először a negyedik generációs Golfot, ami sokak szerint a legszebb Golf. Forgalomba azonban csak 1998-ban került. A negyedik generációból nem készült kabrió változat, csupán az addig is kapható nyitott Golf esett át ráncfelvarráson 1999-ben. A négyes Golf mérföldkövet jelent a modell történetében, mivel megjelenésével igen magas minőségi szintet állít fel sajátján kívül a magasabb kategóriákban is. A Golf IV formatervezője Hartmut Warkuss volt, a Volkswagen akkori formatervezési vezetője, akinek az óriási sikerét köszönheti nagyrészt. Ő alkotta meg az autó külső dizájnját. A négyes Golf formaterve annyira kortalan és eltalált, hogy napjainkban is megállja helyét, sőt, a hatos Golf megtervezésekor is a négyeshez nyúltak vissza a tervezők. A Volkswagen ezen generációjánál jelenik meg a híres PQ 34 padlólemez, amely segít kihúzni a Volkswagen-konszernt a válságos időkből. A PQ 34-es padlólemezre autók milliói épültek, értve ez alatt több típust, mint a Seat Leon I, a Toledo I, a Skoda Octavia I, a Volkswagen Golf IV, a Bora, és az Audi TT keresztül egészen az A3-as modellig. A PQ34 elnevezés jelentése a keresztmotoros padlólemezre épített autók negyedik generációját jelöli, a hármas szám pedig a Lupo és Polo fölötti kategóriára utal. Az egységesített padlólemez nem csak árcsökkenést okozott, de lehetővé tette a Golf minőségi javulását is. 2002-ben jelent meg a Golf szériák legerősebb változata R32 néven. Az autót a VR6 utódjának szánták, szintén hat hengerrel, ám immár 3.2 literes, 241 lóerős motorral és hatfokozatú manuális váltóval szerelték fel. 49
7.5 Golf V
7.5.1 ábra: „A visszafogott” [30]
A Golf ötödik generációja 2003 októberében, mutatkozott be a Frankfurti Autószalonon. Az ötös Golf már az új, PQ 35-ös padlólemezre épült, amely ötcsillagos NCAP töréstesztet eredményezett. A padlólemez másik újdonsága a hátsó futómű kialakítása volt, amelyet az addig használt olcsó csatolt hosszlengőkar helyett független felfüggesztésre cseréltek. Hiába rendelkezett sok újítással az autó sok negatív kritikát kapott. Főleg a külső megjelenése miatt bírálták az autót, sokak szerint túlságosan visszafogottra sikeredett. Nagy valószínűséggel a negatív fogadtatás hatására a Volkswagen végig ajándék klímával kínálta a Golf V-öst hazájában, amire nemigen volt korábban példa. Idővel aztán mégis népszerű lett az ötös Golf, többször is megválasztották az év legnépszerűbb autójának. Az egyterű Golf Plus és a Touran családi modellek mellett megjelent a Golf V kombi változata is. Kicsivel később, 2007-ben jelent meg az új Variant, amit jelenleg is forgalmaznak a hatodik Golf generációval párhuzamosan. A Variantnak sikerült megemelnie a Volkswagen eladásait. Természetesen a Golf V-ből is készült három-, ill. ötajtós karosszériájú GTI változat. A GTI egy 2.0 literes turbófeltöltős, FSI erőforrással forgalmazzák, amelynek 200 lóerős maximális teljesítményéhez egy hatfokozatú manuális, vagy egy ugyancsak hatsebességes, duplakuplungos DSG váltót párosítottak. Az ötös Golf az első olyan modell, amelynek lépcsőshátú változata Európában is Jetta néven került forgalomba. [35] 50
7.6 Golf VI
7.6.1 ábra: „A győztes” [31]
A Volkswagen Golf következő szériája a hatodik generáció. A modell a 2008-ban mutatkozott be a Párizsi Autószalonon és mind a mai napig nagy népszerűségnek örvend. Walter de'Silva készítette el a hatos Golf formatervét, amihez főleg az első és a negyedik generációs Golf dizájnját vette alapul. A dizájn olyan jól sikerült, hogy a Golf elnyerte a rangos Világ Év Autója címet. Természetesen nem csak új külsőt kapott a hatos Golf, rengetek technikai újítást is találunk ebben a modellben. Talán a legfontosabb a TSI motor, és az innovatív sebességváltó, amely kedvező fogyasztás mellett nagy teljesítmény leadására képes. Ennek a motornak a dízel változatának az átlag fogyasztása 3,8 liter 100 km-ként, de megjelent a jövő környezetkímélő elvárásainak megfelelő elektromos meghajtású modell is. Akusztikai adottságai és kényelme jóval felülmúlja az elődökét. A szélvédő speciális csillapító fóliája, valamint az ajtók tömítéseinek és az oldalablakok vezetésének új fejlesztésű konstrukciója egyaránt a menetzajok mérséklését szolgálja. Megjelent ennél a modellnél továbbá az adaptív futómű szabályozás is és a kormányzó parkolás segítő segédrendszer is. A gyártó az autó biztonságán is fejlesztett. Igen precíz elektronikus menetstabilizáló rendszerrel szerelte fel a modellt. Hét légzsák gondoskodik az utasok biztonságáról ütközés esetén. Ennél a modellnél jelenik meg elsőként a gyártótól a biztonsági övet ellenőrző berendezés. Számos extrát vonultat fel a modell. A belső teret is áttervezték az elődjéhez képest. Gondosan ügyeltek arra a formatervezők, hogy minden kezelőszervet kényelmesen tudjon használni a vezető. [8] 51
7.7 Golf VII
7.7.1 ábra: „A legújabb” [32]
A 2012-es párizsi autószalonon mutatták be a hetedik generációt. Az autó formája jelentősen nem különbözik az előző két generációétól. Kicsit szögletesebb, elnyújtott vonalak jellemzik, de formabontónak nem mondható. Minden nagy összefüggő fémfelületet igyekeztek megtörni, és középre tartva összeszűkülnek a LED-es lámpatestek. A gyártó vadonatúj, a kompaktok mellett immár nagyobb kategóriákat is kiszolgálni képes moduláris keresztmotoros padlólemezt (MQB ) alkalmazott a VII Golfnál, ami hatalmas gyártási költségeket tud megtakarítani. Más jelentős újdonságok a duplakuplungos kivitel, a hengerlekapcsolás funkció és a DSG váltórendszer, amely rendkívül rugalmasan váltja a sebességfokozatokat. Az autó tele van vezetéssegítő rendszerekkel, mint például a parkolás könnyítő, sávfigyelő valamint sebesség ellenőrző rendszer (ami az autó előtt haladó autó sebességéhez igazítja a saját sebességét). Ennél a modellnél ismét nagy hangsúlyt kapott a minőség a legapróbb alkatrészekig. Az autó dinamikus, mégis csendes. Az alkatrészek remekül illeszkednek egymáshoz. A korábbi modelleknél túl nagy hangsúlyt kapott a marketing, ami bizony kissé a minőség rovására ment. A gyártó igen büszke arra, hogy milyen takarékos az új Golf. Súlyát tekintve közel 100 kilogrammal könnyebb elődjéhez képest. Az autó start-stop rendszerrel és megannyi extrával van felszerelve, amik célja nemcsak a fogyasztás csökkentése, hanem a biztonságos közlekedés és a kényelem. Ennél a modellnél már fényérzékelős fényszórókat, parkoláskor automata kéziféket és tükröket, és esőérzékelő ablaktörlőt találunk. Hatalmas fejlődésen ment keresztül a Golf harmincöt év alatt, ami a mai napig folyik. A Golf mind a mai napig töretlen sikernek örvend, hiába van több mint három évtizede a piacon a modell, még napjainkban is rendre az eladási listák előkelő helyein szerepel a Golf. [36] 52
7.7.2 ábra: „A Golf család” [33]
8. A futómű felépítése CAD rendszerben
Vizsgálatomhoz a Volkswagen Golf II futóművét választottam. Maga a futómű nem volt jó állapotban, ami nem is csoda, lévén harminc éves alkatrészről szó. Az alkatrészeket alaposan megtisztítottam, hogy a lehető legpontosabb méreteket tudjam levenni róluk. Mivel már rég nem gyártják, a hiányzó alkatrészek beszerzése is kissé nehéz volt. Volt olyan alkatrész is, amit, nem is sikerült beszerezni. Az alkatrészeket is több helyről kellett beszerezni. Rengeteg típus készült a Gold II-ből, így sok alkatrész nem is volt kompatibilis egymással. Így azok alapján hozzáméreteztem az alkatrészeket. Az egyik ilyen alkatrész a talpas csapszeg volt, amit új állapotban sikerült beszerezni. Egyes alkatrészeket csak roncsolásos eljárással tudtam szétbontani. A talpas csapszeg házát és a rugóstag lábát szét kellett vágnom, hogy a belső alkatrészekhez hozzáférjek. A csapágy is sérült a kiszerelés során. Mivel a csapágy DKF gyártmány, ami egy régi kelet-német gyártó, így már nem lehet kapni és az interneten sem találtam részletes információt a csapágyról. Így szétbontottam azt is, hogy több információt szerezzek a felépítéséről. A befoglaló méreteit le tudtam venni bontás nélkül is, de a csapágy golyót csak a bontás után tudtam megmérni.
53
8.1 ábra: a futómű
Jól látható a fenti képen, hogy az alkatrészek erőse korrodálódtak. Emiatt is volt nehéz levenni a méreteket, illetve amiatt is, mert nem állt rendelkezésre megfelelő mérőműszer egyes geometriai méretek mérésére. Ilyen méret például a lengőkar nagy rádiuszai vagy a talpas csapszeg gömbcsapja.
8.2 ábra: lengőkar
54
A kerékagy geometriája is bonyolult, egyes méreteket, formákat csak becsléssel tudtam megadni.
8.3 ábra: kerékagy
Továbbá komoly fejtörést okozott a rugó lemérése, mert nem szabályos rugóról van szó, ráadásul törött is volt.
8.4 ábra: rugó
Egyszerűsítve is három különböző menetemelkedéssel és két különböző rugóátmérővel kellett számolnom a CAD modell felépítése során. A rugó hosszát is csak közelítéssel tudtam megmérni a törött állapotából és az mérőeszköz hiányból fakadóan. További nehézség volt az alsó rugótányér mérése és reprodukálása, mert az sem szabályos alakú. Gyakorlatilag a rugó alsó menetének megfelelő formájú tölcsér. Ebben az esetben is közelítő értékekkel kellett dolgoznom. A teleszkóp ház csatlakozója szintén bonyolult formájú, hajlított lemez. Kisebb egyszerűsítéseket alkalmaztam, hogy felépítsem a háromdimenziós modellt, és hogy a végeselemes vizsgálat is gond nélkül lefusson az alkatrész modelljén. 55
8.5 ábra: teleszkópház
Miután levettem a méreteket elkezdtem reprodukálni az alkatrészeket Az Autodesk Inventor 2013 nevű programban. Miután elkészültem egy-egy modellel elvégeztem egy próbaterhelés az Ansys 14 nevű végeselemes programban, hogy ellenőrizzem, használhatóak-e a modellek. Sajnos a legtöbb végeselemes szoftver nem írja ki hiba esetén, hogy melyik csomópontnál van a hiba. Így célszerű alkatrészenként ellenőrzést végezni. Kiragadva néhány alkatrészt, a következőképpen néznek ki az alkatrészek háromdimenziós modelljei.
8.1 Alkatrészek ellenőrzése Csapágy
8.1.1 ábra: a csapágy Inventor-ban
56
8.1.2 ábra: hiányzó csapágygolyók az Ansys-ban
Mivel a csapágyat az Ansys nem tudta helyesen kezelni, a csapágygolyókat nem ismerte fel, ezért helyettesítettem egy azonos méretű hengerrel. Ezt már gond nélkül tudta vizsgálni az Ansys.
8.1.3 ábra: a csapágyat helyettesítő henger Inventor-ban
57
8.1.4 ábra: a helyettesítő henger behálózva Ansys-ban
8.1.5
ábra: a helyettesítő henger próbaterheléskor
58
Gumi harang Funkcióját tekintve egy egyszerű porvédő hüvely. A teljesség kedvéért azonban felépítettem ennek is a modelljét.
8.1.6 ábra: a gumi harang Inventor-ban
A gumi harangon is lefuttattam egy próbaterhelést, melyről képet is készítettem.
8.1.7 ábra: a gumi harang behálózva Ansys-ban
59
8.1.8 ábra: a gumi harang próbaterhelés Ansys-ban
Szimering fészek Ebbe az alkatrészbe ül bele a szennylehúzó gyűrű és a szimering fedél, melynek célja a dugattyúrúd és a rugóstagban lévő olaj tisztán tartása. Ennél az alkatrésznél is végeztem próbaterhelést, melyet az alábbi ábrák mutatnak.
8.1.9 ábra: a szimering fészek Inventor-ban
60
8.1.10 ábra: a szimering fészek behálózva Ansys-ban
8.1.11 ábra: a szimering fészek próbaterheléskor
61
Kerékagy Ez egy öntött alkatrész, melybe a csapágy épül. Erre csatlakozik továbbá a teleszkóp is. Az illesztési felületek megmunkáltak, melyet ábrázoltam is az Inventor-ban, így valósághűbb képet kaptam az alkatrészről.
8.1.12 ábra: a kerékagy Inventor-ban
8.1.13 ábra: a kerékagy behálózva Ansys-ban
62
8.1.14 ábra: a kerékagy próbaterheléskor
Lengőkar Ennek az alkatrésznek a segítségével veszi fel a teleszkóp a menet közben ébredő terheléseket. Kialakítását tekintve két lemez összehegesztve, melybe bele épülnek a szilentek és a talpas csapszeg.
8.1.15 ábra: lengőkar Inventor-ban
63
8.1.16 ábra: a lengőkar behálózva Ansys-ban
A lengőkar geometriája olyan bonyolult, hogy az Ansys csak közel félmillió csomóponttal tudta behálózni. Ez azonban jócskán túllépi a 30000 csomópontos számítási határát, így próbaterhelést nem tudtam végezni rajta. Hátsó szilent A szilent feladata rugalmas kapcsolatot teremteni a futómű és az alváz közt, úgy, hogy a rezgéseket elnyelje. Lévén, hogy gumiöntvény, ezt a szerepet jól betölti. Lökésszerű terhelés esetén is jól csillapítja az ébredő feszültségeket, így növelve az alkatrészek élettartamát.
8.1.17 ábra: hátsó szilent Inventor-ban
64
Mivel bonyolultabb felépítésű az alkatrész, itt különösen fontos volt az alkatrész ellenőrzése mielőtt beépítettem volna a teljes futómű modelljébe.
8.1.18 ábra: a gumivég behálózva Ansys-ban
8.1.19 ábra: a gumivég próbaterheléskor
Rugó A rugó végzi a keletkező rezgések, feszültségek csillapítását. A rugó keménységét a rugóstagban lévő olajjal szabályozhatjuk. A kialakítása nem szokványos, mert a tetején 65
csak 100 mm a rugóátmérő, addig az alján 125 mm és a menetemelkedés sem azonos mindenhol. További érdekessége a kialakításának az, hogy nincs a rugó vége leköszörülve, sőt nem működő menet sincs az alján. A rugótányér van kialakítva úgy, hogy megfeleljen a rugó menetemelkedésének, így biztosítván a felfekvést a rugónak.
8.1.20 ábra: a rugó Inventor-ban
8.1.21 ábra: a rugó behálózva Ansys-ban
66
8.1.22 ábra: a rugó próbaterheléskor
Gömbcsap Ez a csap biztosítja a csuklós kapcsolatot a lengőkar és a teleszkóp közt. A talpas csapszeg része. Műanyag fészekben helyezkedik el, melyben grafitzsír csökkenti a súrlódást illetve biztosítja a kenést.
8.1.23 ábra: a gömbcsap Inventor-ban
67
8.1.24 ábra: a gömbcsap behálózva Ansys-ban
8.1.25 ábra: a gömbcsap próbaterheléskor
68
Talpas csapszeg ház Alumínium ház, melyben helyet foglal a műanyag fészek és a gömbcsap. Három csavarral van a lengőkarhoz rögzítve, illetve a gömbcsap révén a kerékagyhoz. A megmunkált felületeket illusztráltam a modellen. Ezek felfekvő felületek.
8.1.26 ábra: a talpas csapszeg ház Inventor-ban
8.1.27 ábra: a talpas csapszeg ház behálózva Ansys-ban
69
8.1.28 ábra: a talpas csapszeg ház próbaterheléskor
Teleszkóp belső hengervég Ez az elem zárja le a teleszkóp belső hengerét. A valóságban több darabból áll, de jelen vizsgálat szempontjából elhanyagolható, így ezzel a modellel helyettesítettem.
8.1.29 ábra: a teleszkóp belső hengervég
70
8.1.30 ábra: a teleszkóp belső hengervég Inventor-ban
8.1.31 ábra: a teleszkóp belső hengervég behálózva Ansys-ban
71
8.1.32 ábra: a teleszkóp belső hengervég próbaterheléskor Ansys-ban
Rugóstag fedél Egy nyújtva húzott acéllemez, mely rá van préselve a rugóstag külső házára.
8.1.33 ábra: a rugóstag fedél Inventor-ban
72
8.1.34 ábra: a rugóstag fedél behálózva Ansys-ban
8.1.35
bra: a rugóstag fedél próbaterhelése Ansys-ban
73
8.2 Részegységek vizsgálata Az alkatrészek vizsgálata után a részegységeket is megvizsgáltam, hogy kiderítsem van-e hiba bennük. Ha teljes futómű vizsgálatakor, ha hiba merül fel, az sokkal nehezebben orvosolható, mint a részegységek esetében. Kerékagy csapággyal A csapágyat helyettesítő hengerrel végeztem el a próbaterhelést, így a behálózott képen már azzal látható.
8.2.1 ábra: a kerékagy csapággyal Inventor-ban
8.2.2 ábra: a kerékagy részegység behálózva Ansys-ban
74
8.2.3 ábra: a kerékagy részegység próbaterhelése
Lengőkar szilentekkel Sajnos a csomópontok nagy száma miatt a részegység vizsgálata is akadályba ütközött.
8.2.4 ábra: a lengőkar szilentekkel Inventor-ban
75
Első szilent Hasonlóan a hátsó szilenthez, ez az alkatrész is rugalmas kapcsolatot teremt az alkatrészek közt. A közepén egy acélcső van, amire ráhúzták a gumiborítást. Ezt egy perselybe szerelik, ami a lengőkarhoz van hegesztve.
8.2.5 ábra: az első szilent Inventor-ban
8.2.6 ábra: a szilent behálózva Ansys-ban
76
8.2.7 ábra: a szilent próbaterhelése
Szimering Ez az alkatrészcsoport vezeti meg a teleszkóp dugattyúrúdját és akadályozzák meg a szennyeződések teleszkópba jutását. A dugattyúrúd kenését is biztosítják. A szimering fészekbe ül bele a szennylehúzó gyűrű, amit a szimering fedél takar. A szimering fedélben szintén van egy gumigyűrű, amit a szimering rugó szorít a dugattyúrúdra.
8.2.8 ábra: a szimering Inventor-ban
77
8.2.9 ábra: a szimering metszete
8.2.10 ábra: a szimering behálózva Ansys-ban
78
8.2.11 ábra: a szimering próbaterheléskor
Talpas csapszeg Ez a csap biztosítja a csuklós kapcsolatot a lengőkar és a teleszkóp közt. Benne helyezkedik el a gömbcsap műanyag fészekben, melyben grafitzsír csökkenti a súrlódást illetve biztosítja a kenést. A tömítésről egy gumiköpeny és egy gumigyűrű gondoskodik.
8.2.12 ábra: a talpas csapszeg Inventor-ban
79
8.2.13 ábra: a talpas csapszeg metszete
8.2.14 ábra: a talpas csapszeg behálózva Ansys-ban
80
8.2.15 ábra: a talpas csapszeg próbaterhelése Ansys-ban
Teleszkóp A hegesztett kötések ragasztott kötésként vannak ábrázolva, illetve a mentet is hengerrel helyettesítettem a dugattyúrúd végén.
8.2.16 ábra: a teleszkóp Inventor-ban
81
8.2.17 ábra: a teleszkóp keresztmetszete
8.2.18
ábra: a teleszkóp behálózva Ansys-ban
82
8.3 A teljes futómű
8.3.1 ábra: a teljes futómű Inventor-ban
A Golf II-be McPherson futóművet építettek. A futómű tartalmaz hegesztett és csavarkötéseket is, melyet egyszerűsítettem, ragasztott kötésként jelennek meg a modellen. A teleszkóp olaját is elhanyagoltam, mert a folyadék vizsgálata igen csak számítás igényes, ráadásul nem is befolyásolja a vizsgálatom célját.
83
8.3.2 ábra: a behálózott teljes futómű Ansys-ban
A hozzáférhető verzió 30000 csomópontot tud kezelni, a modell azonban több mint 3,2 millió csomópontból épül fel. A fő problémát az jelenti, hogy a modellt oly mértékben kellene egyszerűsíteni, hogy az már nem biztos, hogy a vizsgálat a valóságnak megfelelő eredményt adna. Mivel a teljes futómű összetett modell, a biztonság kedvéért a rugó, gumiharang és a felső rugótányér nélkül importáltam az Ansys-ba. Sajnos a korlátainkat így is jócskán túllépte. Még a rugó és a felső rugótányér elhanyagolásával is 2,8 millió csomópontból épült fel a háló. Jelenleg sajnos nem állt módunkban elvégezni a végeselemes vizsgálatot a teljes futóműre. Kísérletet azonban tettem a futómű fejlesztésére, melyet a következő fejezetben taglalok.
84
8.3.3 ábra: a rugó nélküli futómű modellje Ansys-ban
Megemlítendő továbbá, hogy a csapágy ebben a modellben is egy hengerrel van helyettesítve, ami nagymértékben csökkenti a csomópontok számát.
9. A futómű fejlesztése Mivel nem sikerült lefuttatni a teljes futóműre a vizsgálatot, így csak tapogatózva tudtam kísérletet tenni a futómű fejlesztésére. Igyekeztem szem előtt tartani a funkcionalitást, gyárthatóságot és gazdaságosságot. Az egyik alkatrész, amit érdemesnek gondoltam megerősíteni, a talpas csapszeg. Ennek esetében a gömbcsap átmérőjét növelném meg 0,51 mm-rel, hogy jobban ellenálljon az axiális irányú terheléseknek. Természetesen arányosan méretezném a többi alkatrészét. Mivel a geometrián gyakorlatilag nem változtatnék, így nem hosszabbítanám a szakdolgozatot feleslegesen, az eredeti talpas csapszeg ábrái megtalálhatóak a Részegységek vizsgálata című fejezetben. A lengőkar esetében már komolyabb változtatást gondoltam ki. A lemezek helyett I szelvényű acélrudakat alkalmaznék. Ennek előnye, hogy a radiális irányú terhelésnek jól ellenállna, mert a hajlítás irányába esne a keskeny oldala, így egyenes hajlító igénybevételnek jobban ellenáll. Súlyra kicsit nehezebb lenne a szerkezet, de erősebb és a szerelők dolgát is megkönnyítené, ha az autó a szerelő aknára áll, mert át lehet látni a szerkezeti elemek közt. Így a szerelő kényelmesen észrevehet olyan hibákat, melyeket korábban csak a lengőkar kiszerelésével. Így az autó szervizelési ideje nagymértékben csökkenhet. Az illeszkedési pontokon csak a hátsó szilent esetében változtattam, így is 85
kompatibilis az eredeti szilentekkel és talpas csapszeggel. Az eredeti tömör rudat lecseréltem csőre, így kicsit könnyítettem a szerkezeten.
9.1ábra: a fejlesztett lengőkar
9.2 ábra: a fejlesztett lengőkar behálózva Ansys-ban
A modell kellően egyszerűnek bizonyult, hogy az Ansys be tudja hálózni. Próbaterhelést is sikerült végezni a modellen. A hajlítások jelenthettek volna gondot, amik miatt több csomópontra volt szükség. Igyekeztem úgy megválasztani az acélidomok hajlítási sugarait, illetve csatlakozási pontjait, hogy azok jól felvegyék a terheléseket. 86
9.3 ábra: a fejlesztett lengőkar próbaterhelése
A kerékagy volt a másik alkatrész, amiben láttam fejlesztési lehetőséget. Itt főleg könnyítettem a szerkezeten, de a karimán lévő csatlakozási pontokon is módosítottam kisebb mértékben. Ezeket kicsit kiemeltem a karima síkjából. A teleszkópot csatlakozó szárat, illetve a stabilizátor rúdhoz kapcsolódó szárat pedig kikönnyítettem.
9.4 ábra: a fejlesztett kerékagy Inventor-ban
A fejlesztett kerékagy esetében is végeztem hálózást és próbaterhelést. 87
9.5 ábra: a behálózott fejlesztett kerékagy Ansys-ban
9.6 ábra: a fejlesztett kerékagy próbaterhelése
88
10. Irodalomjegyzék [1] kisauto.blog.hu [2] www.azauto.hu [3] w3.hu.volkswagen.at [4] www.auto.bme.hu [5] members.chello.hu [6] users.atw.hu [7] unico.hu [8] ujautokereso.hu [9] www.autolign.co.nz [10] www.mitsubishi-motors.com.hk [11] www.mazda-auto.hu [12] A gépkocsi alváza, rugózása és futóműve, szaktanácsadók: Békési Ádám és Dániel Mihály, a Közlekedési-és Postaügyi minisztérium Autóközlekedési Tanintézetének oktatófilmje [13] www.axial.hu [14] auto.ingyenweb.hu [15] www.langex.hu [16] Rugózás és a futómű elmélete, Budapesti Műszaki FőiskolaBánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet [17] mazdakomarom.hu [18] valovilag.hu [19] www.hegylakok.hu [20] bkvfigyelo.blog.hu [21] www.thecaryoudrive.com [22] arago.elte.hu [23] bigodfw.com [24] erdeimotor.uw.hu 89
[25] paxtonauto.com [26] giornalemotori.it [27] vakbarat.index.hu [28] www.ausmotive.com [29] www.netcarshow.com [30] www.infocoches.com [31] www.lengescsillapito-shop.com [32] www.turbosquid.com [33] www.vwvortex.com [34] kocsi.ro [35] vezess.hu [36] hu.wikipedia.org
90
