uaz 469b le gm 10 bolt sildade paigaldus ja …eprints.tktk.ee/485/1/jan tapver lõputöö.pdf ·...
TRANSCRIPT
Jan Tapver
UAZ 469B–LE GM 10 BOLT
SILDADE PAIGALDUS JA
OFFROAD VEDRUSTUSE
PROJEKTEERIMINE
LÕPUTÖÖ
Tallinn 2014
Jan Tapver
UAZ 469B–LE GM 10 BOLT
SILDADE PAIGALDAMINE JA
OFFROADI VEDRUSTUSE
PROJEKTEERIMINE LÕPUTÖÖ
Transporditeaduskond
Autotehnika eriala
Tallinn 2014
Tõendan, et lõputöö on minu, ....................................... kirjutatud. Töö koostamisel kasutatud teiste
autorite, sh juhendaja loome- ja teadustööde seisukohad on viidatud.
Lõputöö koostamine, kaitsmine ja selles sisalduv informatsioon on prima facie õppeotstarbeline ja
töö on kaitstud autoriõiguse seadusega, mille kohaselt on autoril töö suhtes mittevaralised õigused.
Juhul, kui seda lõputööd kasutatakse muudel põhjustel kui reprodutseerimine õppe- ja teaduslikel
eesmärkidel, mis ei ole ajendatud ärilistest huvidest, siis laienevad lõputöö autorile lisaks
mittevaralistele õigustele ka varalised õigused.
Lõputöö autor: Jan Tapver ....................................................
(allkiri ja kuupäev)
Üliõpilase kood ...............................
Õpperühm ...............................
Lõputöö vastab ülesandele ja kehtivatele nõuetele.
Juhendajad: Sten Soomlais .........................................
(allkiri ja kuupäev)
Kaitsmisele lubatud “......”.............. 20....a
Transporditeaduskonna dekaan
Aimar Lukk ....................................
(allkiri)
3
SISUKORD
SISSEJUHATUS .................................................................................................................................. 5
1. SILDADE VALIK JA PÕHJENDUS .......................................................................................... 8
1.1. UAZ 469b / 469 ..................................................................................................................... 8
1.2. Nissan Patrol 1980 – 1989 3.3TD / Mercedes Benz G – klass / Toyota Land Cruiser 100 .. 9
1.3. Mercedez Bens Unimog / Volvo Laplander C303 ................................................................ 9
1.4. GM 10 Bolt / Dana 44 / Dana 60 ......................................................................................... 10
2. VEDRUSTUSE TÜÜBI VALIK JA GEOMEETRIA VÄLJATÖÖTAMINE ......................... 12
2.1. Põhilised vedrustuse tüübid ja nende omadused ................................................................. 13
2.2. Geomeetria välja töötamine ................................................................................................. 14
2.2.1. Vedrustuse hoobade geomeetria tagasillas ................................................................... 16
2.2.2. Vedrustuse hoobade geomeetria esisillas ..................................................................... 24
3. VEDRUSTUSE KOMPONENTIDE VALIK ............................................................................ 29
3.1. Vedrustus liigendite valik .................................................................................................... 29
3.1.1. Arvutused kuul-liigendite kohta ................................................................................... 30
3.2. Õõtshoova torude valik ........................................................................................................ 35
3.2.1. Arvutused õõtshoobade kohta ...................................................................................... 35
KOKKUVÕTE ................................................................................................................................... 39
SUMMARY ....................................................................................................................................... 40
VIIDATUD MATERJALID .............................................................................................................. 41
Lisa 1. Keskmise kinnituse koostejoonis. .................................................................................. 43
Lisa 2. GM10 Bolt originaal roolivarras .................................................................................... 48
Lisa 3. Pikisuunalise roolivardaga roolimehhanism .................................................................. 49
4
Lisa 4. Töölehed ......................................................................................................................... 50
5
SISSEJUHATUS
Käesoleva lõputöö eesmärgiks on projekteerida UAZ 469 raami külge offroadiks sobiv vedrustus
koos uute sildadega. Vedrustuse projekteerimisel lähtutakse sõiduki omaniku visioonist. Sõiduki
välimus peab jääma originaalilähedaseks, vedrustuse ehitamiseks tuleks kulutada võimalikult vähe
finantsvahendeid. Uue vedrustuse ja uute sildade valikul tuli lähtuda samadest nõudmistest.
Lõputöö teema aktuaalsus tekkis plaanist sõidukist võistlusauto ehitada ja samas ka
originaalvedrustuse ja sildade nõrkadest külgedest. Vedrustus, mida töö käigus projekteeritakse
peab sobima maastikul sõiduks ja offroadis võistlemiseks. Seega on vaja ehitamise käigus arvestada
ka: “EAL Eesti 4x4 Off-Road karikavõistluse võistlussõidukite tehnilised tingimused 2013-2018“
nimelise reeglistikuga. Lisaks sellele tuleb sõidukile uus mootor ja jõuülekanne mille paigaldamine
ei ole käesoleva lõputöö osa Kinemaatika projekteerimisel peab kindlasti arvestada ka paigaldatava
mootori (LM1 350cu) ja ka jõuülekande gabariitidega. Siiski arvestatakse, et kogu ülekanne,
vedrustus ja ka sillad töötaksid kooskõlas.
Lõputöö tulemusena valmiva sõidukiga peab olema võimalik raskel maastikul kiiresti sõita. Esi- kui
ka tagavedrustus ei tohiks tekitada erinevates asendites parasiitroolimist. Raami minimaalne kliirens
tuleb viia võimalikult kõrgele, kõik osad mis jäävad raamist allapoole ei tohiks olla teravate
servadega, need võivad maastikul sõitmist takistada. Vedrustuse komponendid peavad vastu pidama
suurtele koormustele ja löökidele.
UAZ 469 on oma olemuselt lihtne neljaratta veoga maastikuauto, mis oli algselt ette nähtud
militaarseks kasutuseks. Neid autosid toodeti põhiliselt kabriolettidena, kuid lisaks sellele tehti ka
eriversioone, näiteks miilitsale. Mudel UAZ 469 asendas eelkäija UAZ 69 ja UAZ 69A. Võrreldes
eelkäijaga toodeti seda ainult neljaukselisena ja lisaks võeti kasutusele kahte tüüpi sillad. Sõiduki
mass on tehase andmete kohaselt 1550 kg [1], mis sisaldab eraldiseisvat redelraami ja neljaukselist
keret. Terve lõputöö vältel kasutatakse arvutustes auto massina 2000 kg, kuna sõidukile tulevad
juurde erinevad maastikusõiduks vajalikud, kuid samas raskust lisavad detailid nagu näiteks kaks
vintsi. Olenevalt versioonist on sõidukis istekohti 5 - 7. UAZ 469 on toodetud alates 1971. aastast,
mil see vahetas välja UAZ 69 [2]. UAZ 469 on tootmises tänaseni. Aastal 1990 arendati 469st välja
uus mudel – UAZ 3151 [2], mida toodeti ka metallist akendega katusega. Kõnealust sõidukit on
6
toodetud kahte tüüpi sildadega. UAZ 469b variant oli ette nähtud tsiviilkasutuseks. Sõidukil olid
talasillad ja puudusid diferentsiaali lukustused. UAZ 469 oli militaarseks otstarbeks. Kasutusele
võeti rattareduktorid, mis suurendasid sõiduki kliirensit. Läbi ajaloo on kõnealust sõidukit toodetud
lehtvedrustuse ja bensiinimootoriga, millest viimast paigaldati ka Volgadele. Need olid rida neli
mootorid, mille tippmudeli võimsus ulatus kuni 56,7 kW-ni [3, p. 5]. Mootorite maht varieerus
2,450 cm3 kuni 2,693 cm
3ni [3, p. 4]. Diiselmootorid olid nendel autodel haruldased, kuid siiski
olemas. Auto tootmises kasutati neljakäigulist manuaalkäigukasti. Samas lisas autole ülekandeid
jaotuskast, mille abil on võimalik valida, kas kasutada parajasti tagavedu, neljarattavedu või
aeglustatud ülekandega neljarattavedu.
Sele 1. UAZ 469 – üldplaan [4]
Sõiduk, millele uus offroad - vedrustus projekteeritakse on arvatavasti pärit 1980datest aastatest (vt.
Sele 1). Täpne aastaarv ei ole teada, kuna sõiduk osteti Eesti sõjaväe oksjonilt ning ei omanud
dokumente. Sõidukil puudusid ka tagasild ja –vedrustus ning komplektne mootor ja jõuülekanne.
7
Antud UAZ on taolise projekti jaoks peaaegu ideaalne, kuna selle kere ja raam on väga heas korras.
Gabariitidelt on antud auto neljaukselise maasturi kohta suhteliselt väike (pikkus: 4025 mm; laius:
1918 mm; kõrgus: 1990 mm [3, p. 4]). Tehase andmete kohaselt on sõiduki massiks 1550 kg [1] ja
teljevaheks 2380 mm [3, p. 4]. Mass oleneb muidugi sellest, kas ta on kabriolett, pehme - või kõva
katusega variant. Lõputöö koostajani jõudes, oli antud projektis kasutataval autol all ainult esisild ja
see ka mittemilitaarne variant.
Lõputöö koostamisel on plaanis kasutada programme CATIA V5R21, millega on võimalik
erinevatest detailidest joonestada 3D mudeleid. Samas kasutatakse CATIA-t ka erinevate disainitud
komponentide tugevusanalüüsi tegemiseks. Vedrustuse ja roolisüsteemi geomeetria
paikapanemiseks kasutatakse programmi SusProg3D, millega on võimalik teada saada, kuidas
valitud vedrustus käitub. Lisaks sellele kasutatakse koostu jooniste väljatoomiseks programmi Solid
Edge ST6, kuna antud programmis on kõige lihtsam vormistada korrektseid jooniseid.
8
1. SILDADE VALIK JA PÕHJENDUS
Antud töös kasutatav sõiduk UAZ 469 soetati sellest offroadi auto ehitamiseks. Kuna kohe alguses
oli teada, et sõidukile tuleb paigaldada uued sillad ja vedrustus. Seejärel uuriti juba pikemalt
erinevaid alternatiive. Sildade valikul lähtuti erinevatest aspektidest nagu:
Hind
Ülekande arv
Mõõdud võrreldes originaaliga
Esisilla reduktori asukoht
Kättesaadavus
Ehituse lihtsus
Kindlasti tuleks kasuks ka diferentsiaali lukud, kuid sillad, mis neid omavad on tavaliselt
hinnaklassist kõrgelt üle. Lõputöö koostaja otsustas, et kasutada tuleks just nimelt talasildasid.
Selline otsus võeti vastu, kuna talasillad kaitsevad paremini veovõlle ning on ka tunduvalt lihtsama
ehitusega ja vastupidavad. Samas läheks sõltumatu vedrustuse ehitamine tunduvalt kallimaks
maksma - seeriatootmises olevate sõidukite vedrustuskomponendid ei ole piisavalt tugevad,
mistõttu tuleks kõik silla detailid ise valmistada ning töömaht suureneks oluliselt. Tänu sellele jäid
valikusse järgmised variandid:
Nissan Patrol 1980 – 1989 3.3TD
Mercedes Benz G –klass
Toyota Land cuiser 100
UAZ 469
UAZ 469b
Mercedes Benz Unimog
Volvo Laplander c303
GM 10 Bolt
Dana 44
Dana 60
1.1. UAZ 469b / 469
UAZ 469b ehk klassikalised sillad jäid valikust esimesena välja, kuna neil on teatud tüüpviga -
hüpete ja järsemate põrutuste tõttu läheb sild keskelt pooleks. Oma ehituselt käivad nad poltidega
9
keskelt kahest tükist kokku ja antud nõrk koht tuleb tavaliselt välja just maastikusõidul, kus
läbitakse väga raskete tingimustega teekondi. Nimetatud sildade kahjuks rääkis veel see, et need ei
pea koos diferentsiaali lukustitega vastu suuremaid rehve kui mõõtmetega 33/10.5/15. Antud fakt
on ilmsiks tulnud nii pikaajalise vaatluse käigus kui ka asjahuvilistega konsulteerimise teel.
Eelnevalt mainitud puudus kehtib siiski vaid maasturisõidu võistluste puhul. Tänavasõiduks ja
igapäevaseks kasutamiseks kannatavad antud sillad tunduvalt suuremaid rehve.
UAZ 469 militaarsillad olid tunduvalt tõenäolisem valik, kuna nende puhul on suureks plussiks
otsareduktorid, mis annavad 75mm kliirensit juurde (mõõdetuna kahe erineva mudeli peal) ilma
suuremate rehvide kasutamiseta, mis on maastikusõidul väga oluline. Kuid ka need sillad ei kannata
diferentsiaali lukustitega väga suuri rehve. Maksimaalne mõõt nende puhul oleks 35/12.5/15 - seda
on töö autor ise näinud kaassõitjana offroadis, olles taolisel masinal kaardilugeja. Sõiduki omanik
oli sunnitud tellima sildadesse tugevdatud võllid ning pärast seda on need sillad kestnud väga hästi.
1.2. Nissan Patrol 1980 – 1989 3.3TD / Mercedes Benz G – klass / Toyota Land
Cruiser 100
Nissan Patroli sillad võiksid olla antud valikust parimad. Nende varuosad on odavad, nad on lihtsa
ehitusega ja Eestis hästi kättesaadavad. Kahjuks on nende sildade suurimaks veaks see, et nad on
UAZi originaalsildadest kitsamad - Nissan Patroli rööbe on 1405 mm [5, pp. GI-2], kuid UAZ 469
rööbe 1445 mm [3, p. 4]. Kuna offroadis on palju külgedele kaldumist, võivad kitsamad sillad
tekitada efekti, kus auto läheb kergemini ümber, mistõttu jäävad Nissan Patroli sillad valikust välja.
Mercedes G-klassi sillad on tavaliselt koos diferentsiaali lukustitega ning nende vastupidavus on
samuti väga hea. Halvaks küljeks võib pidada nii sildade enda kui ka varuosade hinda. Vaatamata
oma headele omadustele jäävad ka nimetatud sillad antud projektist välja, kuna nende hind ületab
projekti jaoks paika pandud eelarve.
Toyota Land Cruiser 100 sillad on samuti väga head, kuna neil on juba tehase poolt olemas nii ees
kui ka taga diferentsiaali lukustid. Ka nendel sildadel on sama probleem – nad on väga kallid ja ei
sobi seetõttu antud projekti.
1.3. Mercedez Bens Unimog / Volvo Laplander C303
Mõlemal sõidukil on väga vastupidavad otsareduktoritega sillad, mis annab neile vastupidavuse ja
ka suurema kliirensi. Mõlemad sillad omavad diferentsiaali lukusteid ja tavaliselt kasutatakse
10
nendega maksimaalset rehvimõõtu, mis on TR3 reeglistiku järgi lubatud. Eesti offroadi
võistlusklassis TR3 on enim kasutatud Laplanderi sillad, kuna nad on kergemad kuid samas
vastupidavusklassis nagu Unimogi omad. Unimogi sildade hinnad on kusagil 1000 – 2000 eurot
paar, kuid Laplanderi sildade hinnad hakkavad kolmetuhandest eurost. Seega jäävad viimased
käesolevast projektist hinna tõttu välja.
1.4. GM 10 Bolt / Dana 44 / Dana 60
Pealkirjas nimetatud sillad on pärit USA-s toodetud autodelt. Sildade nimetuste järgi on lihtne aru
saada, kui suurt koormust nad taluvad. Mida suurem on nimetuses sisalduv number, seda
vastupidavad nad on. Dana 44 ja GM 10 Bolt (Sele 2) sillad on praktiliselt üks ja sama asi, kuid neil
on ka väikesed erinevused. Eestis laiemalt levinud Dana 44 sildade kõige nõrgemaks kohaks võib
pidada seda, et nende satelliithammasrataste korpus on alumiiniumist. Teiseks võib välja tuua, et
tavaliselt on nad paaris sillaga Dana 35, mis on aga veelgi nõrgem sild. Antud sillapaar on enim
levinud sõidukil Jeep Grand Cherokee WJ väljalaskeaastaga 1999 – 2004. Algne plaan oli kasutada
neid sildasid, kuna nii esi- kui ka tagasillas oleks diferentsiaali lukusti kohe olemas. Pikemal
uurimisel selgus, et satelliitide korpus on valmistatud alumiiniumist, tänu millele neid sildasid antud
projektis kasutusele ei võetud. Ent GM 10 Bolt sildadel on satelliithammasrataste korpus terasest.
Kuid ka nendel sildadel on omad nõrgad kohad. Need on õhemast materjalist ja samas laiemad kui
eelnevad valikus olnud maasturite alt võetud sillad, millest tuleneb nende põhiviga - võimalus suure
põrutuse korral kõveraks minna. Nimetatud probleemi jaoks on olemas lahendus, millest tuleb juttu
silla kronsteinide valmistamise juures. GM 10 Bolt sildadel on ka palju häid külgi, nagu näiteks
mehaanilised rummulukud. Need on head sellepärast, et manuaalsed rummulukud on lihtsa
ehitusega, vastupidavad ja ei tekita löökkoormusi, kuna on sisse lülitades mehaaniliselt ühendatud.
Esisillas kasutatakse püsikiirusliigendite asemel klassikalisi kardaaniriste. Erinevalt enamusest USA
autodel kasutatavatest sildadest on neil esisillas reduktor paremal – seega on Eesti tingimustes palju
lihtsam leida sobiva ülekandega jaotuskasti, mis ei ole küll antud lõputöö osa, kuid sellega
arvestatakse, kuna plaanis on ehitada sõitev Vaba+ klassi võistlussõiduk.
Dana 60 sillad on muidugi tunduvalt vastupidavamad, kuid selle võrra ka suuremad. Tänu sellele on
nende kaal ka tunduvalt suurem. Kuid see ei olegi nii määrav, erinevalt sellest, et ühe silla hind on
võrdne näiteks kahe GM 10 Bolt silla hinnaga või isegi rohkem. Terve komplekti hind ulatub 1500
euroni, olenevalt müüjast.
11
Võttes arvesse kõiki neid fakte ning arvestades hetkel turul saadaval olevate variantidega, langes
valik GM 10 Bolt sildade kasuks.
Sele 2 - GM 10 Bolt sillad [6]
12
2. VEDRUSTUSE TÜÜBI VALIK JA GEOMEETRIA
VÄLJATÖÖTAMINE
Koos sildade vahetusega tuli päevakorda ka vedrustuse uuendamine. Originaalvedrustust sellele
sõidukile ei olnud mõtet paigaldada, kuna uute sildadega kaasnevad niikuinii uued sillakinnitused
Seega tuli valida uute erinevate vedrustustüüpide vahel. Eesmärgiks oli leida vedrustustüüp, mis
suurendaks sõidutugevust maastikul (pehmendaks konarusi), samas parandaks sõiduki läbivust
ebatasasel maastikul, tõstaks raami maast kõrgemale nii suuremate rehvide paigalduseks kui ka
paremaks läbivuseks. Vedrustuse juures põhilisteks suurusteks oleksid võimalikult suur
vedrustusekäik, kuid samas võimalikult väike parasiitroolimine (bumpsteer) nii esi- kui ka
tagasillal. Vedrustusgeomeetria tüüpideks pakub „Bosch Automotive Handbook.“ välja võimalused,
mida on näha joonisel (Sele 3) [7, p. 766]. Antud juhul paigaldatakse sõidukile talasillad seega on
välja toodud ainult selleks sobivad vedrustus tüübid.
Sele 3 Peamised vedrustuse tüübid ja nende omadused [7, p. 766]
13
2.1. Põhilised vedrustuse tüübid ja nende omadused
Lehtvedrustus on ideaalne raskete koormate vedamiseks. Nõrkadeks külgedeks on vähene sillakäik
ning võime tekitada suure võimsusega sõiduki all silla hüplemist, kui auto kiirendab. See tekib,
kuna kiirendamisel võtab lehtvedru S-tähe kuju, kuid samal ajal püüab ennast uuesti sirgeks ajada,
ning seejärel tekib rattal siinusekujuline liikumine.
Kahe hoova ja Panhardi vardaga vedrustus on kasutusel paljudel maasturitel nii esi- kui ka
tagasillas. Tema halvaks küljeks on see, et vedrustuse liikumise ajal liigub sild raami suhtes risti
suunas. See vähendab juhitavuse ettearvatavust ja samas ei saa vedrustuse käik olla väga suur.
Panhardi vardaga vedrustusel on ka üks konstruktsiooniline halb omadus: nimelt peab ülemise
Panhardi varda kinnituse raamist väga palju alla poole tooma, kuna siis ei liigu sild vetrumise
käigus külgsunnas niipalju.
Kahe hoova ja Watt vardaga vedrustus on edasiarendus Panhardi vardaga vedrustusest. Siin on küll
oluliselt vähendatud silla külgsuunalist liikumist, kuid seda ainult teatud silla käiguni. Samas on
säilinud konstruktsiooni viga, mille puhul peab raamile paigaldama sellest kaugele ulatuva Watt
varda kinnituskronsteini. See on väga halb, kuna tänu raamist ja sildadest välja ulatuvatele
kronsteinidele saavad nii silla kui ka raami osad varem kokku ning neil ei ole piisavalt ruumi
üksteise suhtes liikumiseks.
Sele 4 Vedrustuse tüübid: Paralleelsete alumiste varrastega nelja vardaga vedrustus ning
klassikaline nelja vardaga vedrustus [8, pp. 648, 650]
14
Lisaks eelpool mainitud vedrustustüüpidele on valikus kindlasti ka paralleelsete alumiste varrastega
nelja vardaga vedrustus (Sele 4 vasakul) ja klassikaline nelja vardaga vedrustus (Sele 4 paremal).
Paralleelsete alumiste varrastega lahendusel on palju positiivseid külgi - näiteks ei ole vaja
sõidukiga risti olevat varrast, mis tähendab et vedrustuse liikumise ajal ei liigu sild auto suhtes
külgsuunas. Lisaks ei pea paigaldama sõiduki raamile uut ristitala ja tänu sellele on palju lihtsam
vedrustuse hoobasid mahutada ülejäänud sõiduki osade vahele. Tänu sellele on juhitavus hea ja
ettearvatav (vedrustus ei juhi sõidukit). Väga suure sillakäigu puhul võib juhtuda, et see vedrustuse
tüüp hakkab lõpuks väänduma varrastest või kinnitustest endist, mitte liigenditest. Tänu sellele
kasutataksegi antud lõputöö juures klassikalist nelja vardaga vedrustust, kuna see vedrustuse tüüp ei
hakka isegi suure kerekalde juures vardaid ja kinnitusi väänama. Nii esi- kui ka tagasillal
kasutatakse samu vedrustuse tüüpe. Esimesena töötatakse välja tagavedrustus ning seejärel
kohandatakse see nii, et seda saaks kinnitada esisillale ja ka esimese raamiotsa külge.
2.2. Geomeetria välja töötamine
Nüüdseks oli teada, millist vedrustuse tüüpi hakatakse kasutama nii esi- kui ka tagasillal. Seejärel
mõõdeti sisse UAZ 469 raam, et joonestada see programmi CATIA. Sealt oli näha koordinaadid,
kuhu on võimalik vedrustuse punkte kinnitada. Alustuseks seadistati geomeetriat vastavalt
vedrustusele seatud tingimustele.
Sele 5 UAZ 469 raam [9]
15
Järgnevalt tegeleti tagavedrustusega ja kuna sinna ei tule juurde rooli süsteemi, teeb see asja
alustuseks kergemaks ka geomeetria koostajale. Raami sissejoonistamiseks kasutati põhiliselt auto
raami ennast, mida oli võimalik mõõta. Abi saadi ka UAZ 469 tehnilise informatsiooni raamatust
ning ka internetist leitud sõiduki raami joonistest. Algseks põhjaks võeti joonis (Sele 5). Kuid
enamus mõõte saadi siiski raami pealt, mis oli selleks ajaks juba kerest eraldatud. Samas lähtuti
teadmisest, milline osa originaalraamist jääb alles. Ebavajalikud detailid jäid joonise koostamisest
kohe välja, nagu näiteks vedrustuse kinnitused ja hiljem eemaldatavad risti asetsevad talad. Raami
joonisest jäid välja ka kere kinnituskohad, kuna need ei ole määravad vedrustuse geomeetria
paikapanemisel ja vedrustuse uute kinnituskohtade loomisel. Pärast raami sissemõõtmist oli tulemus
selline nagu on näha joonisel (Sele 6). Raamile on lisatud ka alumiste sillakinnituste jaoks
paigaldatavad uued raami talad.
Sele 6 Raami joonis programmis CATIA
Lisaks sellele oli vaja sisse joonestada sillad, mida hakati kasutama antud projekti läbiviimisel.
Raami ja sildade joonestamisel lähtuti sellest, et sisse joonestatakse vaid vajalikud detailid. Välja
jäid tugevdusribid sildadel ja erinevad kinnitused raamil, mis ei olnud enam vajalikud. Raami
ristitalad jäid joonisest välja kuna keskele tulevad uued ristitalad ja tahaotsa tuleb vintsiplaat.
Sildade joonestamiseks mõõdeti sillad ja seejärel joonestati need programmi CATIA abil.
16
Tulemuseks olid tagasild (Sele 7) ja esisild (Sele 8), mille pealt oli võimalik leida punktid, kuhu
hoovad kinnitada.
Sele 7 Tagasild
Sele 8 Esisild
2.2.1. Vedrustuse hoobade geomeetria tagasillas
Raami pealt võeti punktid, kuhu oleks kõige ideaalsem paigaldada uued vedrustuse kinnitamise
kohad. Nende punktide sisestamisel programmi SusProg3D selgus, et sellise geomeetriaga tagasilla
vedrustusel oli oluline puudus - 20 kraadise silla kaldenurga puhul pööras sild üle 30 mm oma
algsest asendist mõõdetuna rattalt sõiduki nina poolt. See ei ole küll maastikuauto kohta väga halb,
17
kuid kuna töö eesmärk oli leida parim vedrustuse lahendus, siis alustati parema lahenduse
otsimisega. Järgnevalt mõõdeti raami ja sildade koostejoonise pealt, kui palju reaalselt saaksid
sillad üles ja alla liikuda. Tulemuseks tagasilla puhul oli, et maksimaalne silla tõus ja ka langus
saavad olla 200 mm ning maksimaalne külgkaldumine 15 °. Kuid esisillal sai teoreetiliselt
maksimaalne silla tõus olla 100 mm ja maksimaalne silla langus 150 mm, selle juures maksimaalne
kaldumine aga 12 °. Samas näis praktilisem kasutada kokkujooksu muutumise mõõtmiseks edaspidi
kraade mitte millimeetreid.
Tabel 1
Tagasilla kokkujooksu muutus kere kaldumisel - esimene variant
Edasine geomeetria analüüs viis lahenduseni, kus tagasilla kokkujooks muutus 16 kraadise kalde
puhul oma algsest asendist vaid 0,14 °. Selle kohta on olemas ka graafik (Tabel 1), kus on näidatud
kokkujooksu muutus kere kaldumisel paremale iga kahe kraadi tagant. Eraldi on välja toodud
kokkujooks paremal kui ka vasakul rattal. Positiivsed arvud vertikaalsel teljel näitavad kokkujooksu
ja negatiivsed lahkujooksu. Horisontaalsel teljel on toodud välja kere kaldumise kraadid paremale
iga kahe kraadi tagant. Edaspidisel geomeetria viimistlemisel saadi lahendus, kus sild liikus veelgi
vähem - vaid 0,02 °. Vedrustuse punke hiljem CATIA joonisega võrreldes, oli kohe selge, et
alumiste varraste kinnituspunktid on raamist liiga palju allpool ja võivad hakata segama
maastikusõitu. Oluline on jälgida, et midagi üleliigset ei jääks auto raamist allapoole, kuna see oleks
-0,16
-0,14
-0,12
-0,1
-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Ko
kku
joo
ksu
mu
utu
s (k
raad
ides
)
Kere kaldumine (kraadides)
Tagasilla kokkujooksu muutus kere kaldumisel
Parem ratas
Vasak ratas
18
esimene asi, mis jääks maastikul kuhugi taha kinni. Seega on maastur sama madal, kui tema
madalaim punkt. Lisaks sellele selgus, et sobiva vedrustusega geomeetria puhul, oli probleemiks ka
see, et silla keskmine kinnitus on sillast liiga kõrgel ja võib teatud olukordades raamile ette jääda.
Kuna nüüdseks olid selged erinevad piiravad tegurid, oli tunduvalt keerulisem paika panna sobivat
vedrustuse geomeetriat. Nimelt oli vaja leida kompromiss kinnituste asukoha ja vedrustuse
parameetrite vahel.
Silla kinnituskohad on tsentrist samal kaugusel ja asetsevad mõlemal pool samadel koordinaatidel.
Tagasillal olevate varraste kinnituspunktid valiti erinevate printsiipide järgi. Alumiste varraste
sillapoolsed kinnituspunktid paigutati sillatalast ettepoole, kuigi geomeetria suhtes oleks parem
olnud paigutada need sillatala alla. Siinkohal oli olulisem mitte vähendada silla kliirensit, seega tuli
leida sobiv alumiste varraste asukoht raamil, et kompenseerida asukoha muutust tagasillal. Ülemiste
varraste kinnituspunktid tuli tuua sillale võimalikult lähedale, et see hiljem raamile ette ei jääks.
Samas oleks jällegi vedrustuse geomeetria seisukohalt tunduvalt parem olnud, kui kinnitus oleks
sillast vähemalt 200 mm ülespoole jäänud. Külgsuunas on paigutatud alumised sillapoolsed
kinnitused üksteisest võimalikult kaugele, ning seda kahel põhjusel: esiteks, mida laiemalt
kinnitused on, seda paremini mõjub see silla liikumisele. Susprog3D-ga katsetades selgus, et mida
lähemal on alumised kinnitused silla tsentrile, seda rohkem muutus kerekaldumise tulemusena
kokkujooks. Seega on kasulikum viia silla alumised kinnitused silla tsentrist võimalikult kaugele.
Teiseks, jääks kinnituse kaugus rattale lähemale, seega on jõuõlg rattast kinnituseni väiksem, ja
kinnitusele mõjub väiksem jõud. Seda eelkõige olukorras, kus üks ratas jääb kuhugi taha kinni ning
auto, kas sõidab või vintsib ennast edasi. Sellisel hetkel võib kinni olev ratas murda silla kinnituse
küljest lahti. Samas peaksid ülemiste hoobade kinnitused olema üksteisele võimalikult lähedal, kuna
ka nende kinnituste asukoht mõjutab vedrustuse käigu ulatuses muutuvat kokkujooksu. Mida
laiemalt need kinnitused on, seda drastilisemalt muutub kokkujooks külgkaldumise puhul. Kõiki
neid näitajaid arvesse võttes, töötati välja sobiv lahendus, mille kohta koostati tabel näitamaks nii
parema kui ka vasaku ratta kokkujooksu muutust 16 kraadise kere külgkaldumise puhul paremale
(Tabel 2). Tabelis välja toodud graafiku vertikaalsel teljel näitavad miinusmärgiga arvud
lahkujooksu ja positiivsed arvud kokkujooksu. Horisontaalsel teljel olevad arvud kirjeldavad kere
kaldumist iga kahe kraadi tagant. Graafikult võib välja lugeda, et nii parema kui ka vasaku ratta
kokkujooksu muutus sama kerekaldumise nurga alla on ühesugune, kuna tegemist on talasillaga,
kus mõlemad rattad on omavahel ühendatud ning ei saa üksteise suhtes erineva nurga alla liikuda.
19
Tabel 2
Tagasilla kokkujooksu muutus kere kaldumisel - kasutatav valik
Kasutatavate vedrustuspunktide koordinaatide tulemusena näeb vedrustuse geomeetria välja selline
nagu on illustratsioonil (Sele 10). Samal joonisel on näha vedrustuspunktide asukohad nii esisillal
kui ka tagasillal. Kinnituste reaalsed kujud ja nende asukoht on esitatud pildil (Sele 11). Reaalsete
kinnituste kuju kohta on välja toodud tagasild, kuhu külge on kinnitatud 5mm paksusest teras 355
plekist tehtud silla kinnituskõrvad. Kõik silla küljes paiknevad kinnitused lõigatakse välja
laserpingis, kuna käsitsi ei ole võimalik samasuguseid kujundeid mõistliku aja ja täpsusega
valmistada. Materjali paksus on valitud vastavalt arvutustele ja tugevusanalüüsile, mis tehti
programmiga CATIA V5R21. Eesmärgiks võeti, et üks kinnituse kõrv peab vastu pidama kogu auto
massi kinnihoidmise tõmbele. Tulemuseks oli joonis (Sele 9), kus maksimaalne pinge on 285 Mpa
ja maksimaalne nihe 0,103 mm. Valitud terase puhul on voolavuspiiriks 355 Mpa.
Pingekontsentraator jääb mõjuva jõu suunas oleva kinnituse ava seina, kuid ülejäänud detailis on
pinge tunduvalt madalam. Raamipoolsed kinnitused paigutuvad vastavalt: ülemised raami
sisekülgedel ning alumised raami keskele paigaldatava uue ristitala külge. Toru asukohta on
võimalik näha joonisel (Sele 6). Keskmiste kinnituste jaoks ette nähtud ristitala on paigaldatud nii,
-0,14
-0,12
-0,1
-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Ko
kku
joo
ksu
mu
utu
s (k
raad
ides
)
Kere kaldumine (kraadides)
Tagasilla kokkujooksu muutus kere kaldumisel
Parem ratas
Vasak ratas
20
et esimese poole külge saab paigaldada kinnitused esisilla jaoks ning tagumise poole külge
kinnitused tagasilla jaoks.
Sele 9 Tagasilla ülemise varda sillapoolse kinnituse tugevusanalüüs
21
Sele 10 Vedrustuspunktide kinnituskohad
Raamipoolsete kinnituste asukoht mõjutab ka vedrustuse geomeetriat. Pikisuunaline asukoht
muudab vedrustuse käigu ulatust ja külgsuunaline asukoht silla liikumist vastavalt vedrustuse
asendile. Mida kaugemal on alumiste sillakinnituste punktid silla tsentrist külgsuunas, seda vähem
mõjutavad nad sillal liikumist kere külgkaldumisel. Mida kaugemale sillast ulatuvad varraste
raamipoolsed otsad, seda suurem saab olla sillakäik ja silla liikuvus. Tulenevalt sellest, tuli tagasilla
ülemiste varraste raamipoolsed otsad kinnitada kronsteinidega raami sisekülgedele.
22
Sele 11 Silla kinnituskohad joonistatuna CATIAs
Materjali paksuseks selle kinnituse puhul valiti samuti 5mm, kuna mõjuvad jõud on samad, mis
varda sillapoolses otsas. Kronstein keevitatakse raami siseküljele. Alumiste varraste raamipoolne
kinnitus paigaldatakse uue raami tala külge, mis on sobivate mõõtmetega, et temast üle mahuks
vahekast ja kardaan. Kinnituse enda kuju ilma raamitalata on näha pildil (Sele 13). Sellest
kinnitusest on olemas ka koostejoonis (Lisa 1) Uus raami tala on valitud piisavalt tugev selleks, et
hoida kinni nii esisilla kui ka tagasilla alumisi vardaid. Kuna nii esi- kui ka tagasild peavad vastu
pidama 2000 kg raskusele (sinna sisse on arvestatud ka tugevusvaru), siis kogu keskmine kronstein
peab vastu pidama 4000 kg raskusele. Vajalik on 4000 kg teisendamine Newtoniteks, kuna siis on
võimalik programmis CATIA V5R21 teada saada, kus ja kui suured pinged tekivad. Newtoniteks
teisendamise juures kasutatakse terve töö vältel 9,81-ga korrutamise asemel 10-ga korrutamist, kuna
see annab juurde tugevusvaru.
Raami tala kohta on olemas ka joonis (Sele 12), kus on näha pinged, mis tekivad uues ristitalas.
Pildil on näha, et suurim pinge tekib analüüsi jaoks paigaldatud töötasapinnal, seega seda ei saa
arvesse võtta. Üldiselt jääb maksimaalne jõud 199 Mpa lähedale. Materjaliks on võetud terase 355
tõttu jääb varutegur:
Lisaks sellele on jõud 40000N võetud kahe kordse varuga, seega kogu tugevusvaru on 3,6 kordne.
23
Sele 12 Tugevusanalüüs raami ristitalas
Sele 13 Tagasilla alumiste varraste raamipoolne kinnitus
24
Lõputöö käigus selgus, et laseriga erinevate kronsteinide väljalõikamine võib osutuda oodatust
kallimaks, seega kõik kinnitused, mis paiknevad raami küljes disainiti võimalikult lihtsalt ja on
välja lõigatavad ka nurklihvijaga. See muudab kogu sõiduki ehitamise tunduvalt odavamaks.
2.2.2. Vedrustuse hoobade geomeetria esisillas
Esisillas kasutatakse samasugust vedrustuse lahendust nagu tagasillas, kuid mõningate
kohandustega, et paigaldada seda raami esiosa ja esisilla külge. Uut geomeetriat välja töötama ei
hakatud. Kogu projekti lihtsustamiseks pöörati tagasilla vardad suunaga teisele poole. Torud
paigaldati esisilla külge samadel kõrgustel, kuid külgsuunalist vahemaad tuli muuta, kuna esisilla
tala on lühem ning kinnitusi tuleb 70 mm silla tsentrile lähemale tuua. Võrreldes tagasilla ülemiste
varraste kinnitustega, peab raamipoolsed kinnitused ülemistel varrastel tooma allapoole, kuna nende
praegune asukoht jääks raami sisse.
Põhiliseks muutuseks on roolisüsteem, mis töötati välja nii, et antud vedrustustüübi puhul oleks
parasiitroolimine vedrustuse käiguulatuses ja silla kalde korras viidud minimaalseks. Kõige parema
tulemuse annaks küll hüdrauliline rool, kuid sõiduki juhi seisukohalt oleks see negatiivne, kuna
rooli tunnetus kaob sellega täielikult. Lisaks on taoline süsteem tunduvalt kallim kui roolikarbiga
lahendus. Hüdraulilise rooli tööpõhimõtteks on hüdropumba ja silindri koostöö, kus roolivõimendi
asemel on jagaja, mis vastavalt, kas surub õli silindrisse ühelt poolt silindri pikendamiseks, või siis
teiselt poolt selle lühendamiseks. Sellise süsteemi puhul ühendavad raami ja esisilda peale
vedrustuskomponentide ainult hüdraulika õlivoolikud. Roolisüsteemis plaaniti kasutada Nissan
Patrol 1980. – 2003. aasta roolikarpi. Selline valik tehti, kuna antud varuosa on ennast tõestanud
paljudel võistlussõidukitel, mis on juhtivatel kohtadel Eesti arvestuses. Samas on nimetatud
roolikarp tuntud ka oma vastupidavuse poolest. Kuna algselt on GM 10 Bolt sildadel pikisuunaline
roolivarras (Lisa 2), siis esimesena prooviti disainida võimalikult väheste muutustega roolisüsteem,
kus oleks modifitseeritud ainult roolivarda pikkust. Nii oleks teoreetiliselt võimalik saada väga hea
lahendus, kus puudub peaaegu täielikult nii parasiitroolimine kui ka rullroolimine. Sama vedrustuse
geomeetria puhul näeks lahendus välja selline nagu on illustreeritud pildil (Sele 14). Siinjuures tuli
arvestada, et roolikarpi ei ole võimalik salongile nii lähedale tuua. Pildil olevad sinised vardad on
roolivardad.
25
Sele 14 Vähene parasiitroolimine
Kohta, kus kaks sinist varrast on ühenduses tuleks paigaldada kolmnurk millega on võimalik
külgsuunalisest liikumisest tekitada pikisuunaline liikumine. Seda lahendust on võimalik näha (Lisa
3) Sellise roolimehhanismi puhul oleks roolikarbi kaugus roolist endast pikisuunas 300 mm, seega
ei ole võimalik paigaldada vastavat rooli kardaani, kuna roolikarbist tuleva võlli ja rooli küljes
oleva kardaani kõrguse vahe on väga suur. Sellest tulenevalt läheksid klassikalisel roolikardaanil
kasutatavad kardaaniristid lukku ja mehhanism ei saaks töötada. Samas saaks lahendada tekkivat
probleemi ka ketiga ülekandega, mida kasutatakse 4-link vedrustuse puhul. Kuid ka seda lahendust
ei saa UAZi puhul rakendada, kuna kogu mehhanism jääks salongi pedaalidele ette. Teoreetiliselt
tuleks roolikarp paigaldada samale kaugusele ülemiste silla kinnitusvarraste raamipoolsete
kinnitustega. Sealjuures tuleks käändteljepoolne rooliots tuua asukohale kus nii roolivarras kui ka
ülemine silla kinnitusvarras oleksid paralleelsed. Kuid nagu varem mainiti, ei ole praktikas
võimalik sellist süsteemi väga lihtsalt teostada. Lõputöös kasutatava sõiduki peal nimetatud
lahendust ei rakendata. Parim geomeetria, mis pikisuunalise roolihoovaga esivedrustuse puhul leiti,
näitas sellist karakteristikat nagu on näha pildil (Tabel 3). Seal on välja toodud esisilla parema ja
vasaku ratta parasiitroolimine 250 mm silla kogukäigu puhul. Tabel näitab, et kui sild liigub
150 mm raamist eemale, siis tekib paremal rattal 0,59 kraadine kokkujooks ja vasakul rattal 0,60
26
kraadine lahkujooks. Samas, tuues silda raamile 100 mm lähemale, tekib vasakul rattal 0,38 kraadi
lahkujooksu ning paremal rattal 0,34 kraadi kokkujooksu.
Tabel 3
Karakteristik pikisuunalise hoovaga
Võttes arvesse mainitud geomeetria puudusi, pidi siiski kasutama risti hoovaga roolimehhanismi.
Selleks tuli eemaldada esisilla vasakpoolse käändtelje küljest roolivarras ja originaal roolivarda
käpp. Järgnevalt tuleks roolivarda jaoks paigaldada vasakpoolse käändtelje külge uus käpp.
Proovides sellist lahendust selgus, et nii on võimalik saavutada suhteliselt vähene parasiitroolimine,
kuid pole võimalik saada sama head tulemust kui piki hoovaga roolsüsteemis, nagu on näha
juuresolevalt graafikult (Tabel 4). Kasutatava lahenduse puhul oleks kere kaldumisel karakteristik
selline nagu on näha tabelis (Tabel 5). Kuna on selge, et UAZ 469 kere puhul ei ole võimalik
paremat lahendust kasutada, siis on selge, et sobiv rooligeomeetria on leitud. Roolimehhanismis
kasutatakse tavapäraste rooliotsade asemel kuulliigendeid, mis on sarnased vedrustuse õõtshoobade
otstes olevatega, kuid mõõtmetelt väiksemad.
Esisilla vedrustuse raamipoolsed kinnitused tulevad sarnased tagasilla kinnitustele, kuna siis ei ole
vajalik uute lahenduste kasutamine. Küll aga on vaja disainida uued sillapoolsed kinnituskõrvad,
kuna silla reduktor asetseb sõiduki paremas ääres ja sinna külge ei saa keskmisi kinnitusi
konstrueerida. Esisilla vedrustuse raamipoolsed kinnitused tulevad sarnased tagasilla kinnitustele,
-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1
00,10,20,30,40,50,60,7
100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -150
Ko
kku
joo
ksu
mu
utu
s (k
raad
ides
)
Sillakäik (mm)
Esisilla kokkujooksu muutus 250 mm silla käigu puhul
Parem ratas
Vasak ratas
27
kuna siis ei ole vajalik uute lahenduste kasutamine. Esisilla vedrustuse raamipoolsed kinnitused
tulevad sarnased tagasilla kinnitustele, kuna siis ei ole vajalik uute lahenduste kasutamine.
Tabel 4
Karakteristik ristisuunalise hoovaga
Küll aga on vaja disainida uued sillapoolsed kinnituskõrvad, kuna silla reduktor asetseb sõiduki
paremas ääres ja sinna külge ei saa keskmisi kinnitusi konstrueerida. Sarnaselt tagasillale
kasutatakse ka esisillal lisatugevdust, ja samas ka õõtshoobade kinnituste paigaldusvahendina
kasutusel olevat kanttoru, mis jookseb üle silla. See aitab ära hoida esisilla toru läbipaindumist
suurte põrutuste korral. Sarnaseid lahendusi pakuvad paljud järelturu tootjad, kelle toodang aitab
parandada maastikusõidu suutlikust, nagu näiteks „Chassis Unlimited“ poolt toodetud 4-link
vedrustuse komplekt, mis näeb välja selline, nagu on kujutatud joonisel (Sele 15).
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -150
Ko
kku
joo
ksu
mu
utu
s (k
raad
ides
)
Sillakäik (mm)
Esisilla kokkujooksu muutus 250 mm silla käigu puhul
Parem ratas
Vasak ratas
28
Tabel 5
Esisilla kokkujooksu muutus kere kaldumisel
Sele 15 4-link vedrustus (Chassis Unlimited) [10]
-1,5
-1,25
-1
-0,75
-0,5
-0,25
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
0 2 4 6 8 10 12
Ko
kku
joo
ksu
mu
utu
s (k
raad
ides
)
Kere kaldumine (kraadides)
Esisilla kokkujooksu muutus kere kaldumisel
Parem ratas
Vasak ratas
29
3. VEDRUSTUSE KOMPONENTIDE VALIK
Sarnaselt kogu käesoleva projekti ülejäänud osadele valitakse sõiduki valmistamiseks ka
vedrustuskomponendid võimalikult odavalt kättesaadavatena. Selle tulemusena ei optimeerita
sõiduki komponente nii väga massi, vaid pigem nende peale kuluva rahasumma peale. Samas
valitakse pigem vastupidavamad komponendid. Seega võib juhtuda, et mõned vedrustus osad
kaaluvad rohkem kui oleks optimaalne. Kuid sellise valiku tegi sõiduki omanik ja sellest peab
lähtuma ka lõputööd koostades.
3.1. Vedrustus liigendite valik
Antud vedrustuse tüübi puhul on väga oluline, et vedrustus liigendid annaksid väga palju liikuma,
seetõttu ei saa tavapäraseid pukse kasutada, kuna puksid ei ole mõeldud suure liikuvuse
saavutamiseks, vaid pigem pehme ja mugava sõidutunde tekitamiseks. Seega võeti kasutusele
kuulliigendid, mida teatavasti kasutatakse ka teistel autospordi aladel vedrustuse ja
roolimehhanismi kinnitamiseks. Eelpool nimetatud liigendite eeliseks on keskel asetseva kuuli
suutlikkus pöörelda oma pesas 32° külgsuunas ja pikisuunas 360° (Tabel 6). Nende liikumine on
siiski kõvasti suurem kui tavalistel puksidel. Kuul-liigendite halvaks küljeks on mustusekartus, kuid
ka selle vastu leidub meetmed. Nimelt on võimalik osta teatud kummikatteid, mida saab kergesti
liigendi ümber paigaldada ja mis hoiavad mustuse eemal. Ent kui neid mitte kasutada, kuluvad
liigendid väga kergesti ära. Kuulliigendite juurde kuuluvad ka tsentreerimiskoonused, mis
paigaldatakse kahele poole kuuli ja kinnitatakse sama poldiga, mille külge jääb liigend ise.
Koonused on vajalikud, kuna liigend peab olema kinnitustest eemal, et ta saaks liikuda ka
külgsuunas. Koonuseid oli võimalik tellida sama edasimüüja käest, kellelt sai ka kuulliigendeid.
Ettevõtte kodulehel olid ära toodud koonuste täpsed mõõdud, mida oli võimalik kasutada koonuste
välja treimiseks Tallinna Lasnamäe Tehnikakoolis. Koonuste ise valmistamine tuli majanduslikult
tunduvalt kasulikum. Tänu koostööle nimetatud kooliga oli võimalik kasutada seal olevaid
seadmeid ja samas anda sealsetele õpilastele võimalus treiali praktikaks. Antud töö raames
valmistati vastavad juhendid antud koonuste treimiseks (Lisa 4).
30
Kuulliigendeid on võimalik tellida välismaalt või osta Eestist. Valik ostus Inglismaal
edasimüümisega tegeleva ettevõte kasuks, kus pakuti tunduvalt suuremate koormustega töötamiseks
ettenähtud liigendeid.
Tabel 6
Kuulliigendite tugevuste tabel [11]
Liigendite stoperdamiseks oli vajalik tellida stoppermutreid, mida ei olnud Eestist võimalik saada,
kuid otsingute käigus avastati, et MAN tüüpi Tallinna linnaliini bussidel kasutatakse ukse
šarniiridel täpselt paraja mõõduga mutreid (M18x1,5 vasakpoolse keermega). Liigendid
paigaldatakse õõtshoobade torude sisse puksidega, mis valmistati samuti Tallinna Lasnamäe
Tehnikakoolis. Pukside joonised vormistatakse käesoleva lõputöö raames. Lisaks sellele anti
kutsekooli õpilastele teha veel erinevaid töid, mis on välja toodud töölehtedena (Lisa 4).
3.1.1. Arvutused kuul-liigendite kohta
Torude otstesse paigaldatakse kuul-liigendid, mis kinnituvad seesmiselt keermestatud flantsidega.
Need kinnitatakse TIG keevitusega flantsi kraega toru välimise ääre külge. Siinkohal arvutatakse
31
välja liigendile mõjuv lõikejõud ja maksimaalne külgsuunaline jõud. Selle järgi saab valida, mis
mõõduga liigendeid kasutada.
Lõikejõu arvutamiseks on vaja teada keerme sisemist läbimõõtu, kuna just sealt on liigend kõige
nõrgem. Keerme siseläbimõõtu on võimalik arvutada valemiga [12, p. 32]:
kus on keerme siseläbimõõt, d keerme välisläbimõõt, p on keerme samm. Seega M18x1,5
keermega liigendi puhul on võrrand selline:
Seejärel on vaja arvutada eelnevalt saadud läbimõõduga ringi pindala, mida on võimalik leida
valemiga:
,
kus S on ringi pindala ja r ringi raadius. Seega
Järgmisena on vaja välja arvutada külgsuunaline jõud sõiduki 2000 kg massi korral, kui kogu mass
rakenduks vaid ühele sillale. Sellise massi korral on külgsuunas mõjuv jõud 20000 N. Kuna
tagasilda hoiab kinni neli varrast, siis jagatakse selle jõud neljaga:
20000 N ÷ 4 = 5000 N
Saadud tulemus käib ühe varda kohta ja seega rakendub sama jõud ka ühele liigendi lõikele.
Seejärel on vaja saadud tulemus pinge leidmiseks jagada ristlõikepindalaga [13, p. 110]. Valem
näeb välja selline:
kus F on jõud (N), S pindala (mm2) ja pinge (MPa). Seega
32
Saadud arvu tuleb võrrelda liigendite materjali (chrome molybdenum) lõiketugevusega.
Lõiketugevust on võimalik leida voolavuspiiri läbi korrutamisel parandusteguriga, mis muudab
voolavuspiiri maksimaalseks lõiketugevuseks. Antud aine voolavuspiir on 800 MPa (andmed
saadud edasimüüja käest). Korrutades parandusteguri läbi voolavuspiiriga saadakse [12, p. 81]:
800 MPa × 0,2 = 160 MPa
Tulemus näitab, et kuul-liigend peab koormusele vastu ja varutegur jääb 4,4 kordne, mis tuleb välja
antud võrrandist:
160 MPa / 23,2 MPa = 6,8
Sele 16 Raami pealtvaade
33
Siit saab järeldada, et kui kogu sõiduki raskus toetaks ühe kuul-liigendi peale, peaks see ka siis
vastu.
Järgmisena oli vajalik teada saada jõud, mis tekivad varrastes tõmbele. Selle jaoks oli vaja leida
joonisel (Sele 16) nurgad α ja β ning jõud F. Nurgad α ja β oli võimalik ära mõõta programmis
CATIA V5R21 ja jõuks F võetakse jõud, mida suudab tekitada terve auto mass, ehk 20000 N.
Vastavalt nendele andmetele ning võttes aluseks koosinusfunktsiooni [14, p. 202], saame võrrandi,
kus on ülemistes torudes mõjuvate jõudude summa ja alumistes torudes mõjuvate jõudude
summa.
Vastavalt mõõtmistulemustele on nurgad α 27,44° ja β 31,848°. Järgmisena tuleb leida jõudude
ja vaheline suhe, projekteerides vardad jõuga F samale teljele ja kasutades siinusfunktsiooni [14,
p. 202].
Seejärel tuleb asendada saadud tulemus tagasi algsesse võrrandisse, et leida jõudude ja
väärtused.
34
Kui on 10595 N siis võrdub:
Tehete õigsuse kontrolliks saab kasutada järgmist võrrandit:
Kuna nii jõud kui ka on kahele vardale kokku mõjuvad jõud, siis tuleb need jagada kahega
selleks, et teada saada reaalne jõud torus.
35
3.2. Õõtshoova torude valik
Õõtshoobade torude valmistamiseks kasutatakse ümartoru, need valitakse nii tugevuse kui ka hinna
järgi. Torud, mida kasutatakse, on ilma õmbluseta ja 355 terasest. Alumiste õõtshoova torude
valimisel lähtuti sellest, et kui ühele torule toetuks kogu sõiduki mass siis see ei puruneks. Toru
mõõtude ja tugevusvaru väljaselgitamiseks kasutati programmi CATIA V4R21 tugevusuanalüüsi
moodulit. Analüüsiks kinnitati torule mõlemasse otsa tugi ja keskele rakendati jõud 20000 N, ehk
sõiduki kogu oletatav mass. Selle tulemusena selgus, et minimaalsete mõõtmetega toru, mis peaks
vastu sellisele koormusele on mõõtudega 50.0 x 6 mm, ent tasuta oli saadaval toru mõõtudega 52.0
x 7 mm, seega otsustati suuremate mõõtmetega toru kasuks. Sellise diameetriga toru kasutatakse
veoauto MAN roolivardana. Ülemiste varraste valimiseks võeti arvesse tõmbejõude, mis mõjuvad
torule võttes auto kaaluks 2000 kg. Lisaks sellele arvestati ka mootori poolt tekitatud jõududega,
mis mõjutavad ülemistele varrastele mõjuvaid koormusi. Ülemiseks hoovaks valiti toru mõõtudega
45.0 x 2.5 mm, kuna see sobib ka sõiduki turvapuuri valmistamiseks. Mõõdud on võetud
reeglistikust „4x4 võistlusmasinate tehnilised tingimused 2013-2018“. Seega on võimalik ka
ülejäänud osa sama auto juures ära kasutada.
3.2.1. Arvutused õõtshoobade kohta
Sõiduki valmistamisel asuti kõige esimesena valima torusid alumiste õõtshoobade jaoks. Nende
valimiseks oli vajalik lasta programmil CATIA V5R21 välja arvutada, milliste mõõtmetega torud
on kasutamiseks sobivad. Alumiste torude valimisel peeti silmas, et kui sõiduk kukuks kogu
raskusega ühe alumise õõtshoova peale, siis see ei puruneks, vaid jääks terveks. Samuti võeti
arvesse torudes tekkivaid tõmbejõude, kui kogu sõiduki raskus langeks vaid ühe alumise õõtshoova
toru peale. Torule mõjuvat tõmbejõudu selles alapeatükis ei käsitleta, kuna sellisele tõmbejõule
peab vastu kõvasti väiksemate mõõtudega toru kui sama suurele paindele. Tugevusarvutustes
kasutati lahendust, kus õõtshoova kahest otsast hoitakse kinni ja täpselt keskelt surutakse jõuga
20000 N. Toru kogupikkus oli võimalik välja võtta programmist Susprog3D, kus mõlema alumise
õõtshoova kogupikkus on 1128,26 mm, kuid tugevusvarude huvides võeti hoobade pikkusteks
1200 mm x 52 mm x 7 mm.
36
Sele 17 Alumise õõtshoova tugevus analüüs
Tulemus saadi selline nagu on näha juuresoleval pildil (Sele 17). Punasel taustal on välja toodud
maksimaalne pinge, mis selles kehas rakendub, milleks on ümardatult 3,36 x 108 N/m
2 ehk
336 Mpa, mis on väiksem kui materjali lubatud voolavuspiir, milleks on 355 MPa. Värvidega on
joonisel tähistatud erinevad mõjuvad jõud keha erinevates osades. Pildil küll on näha, et toru on
kõver, kuid see tuleneb programmi võimendusefektist, et oleks lihtsalt arusaadav, millisest kohast
hakkab toru läbi painduma. Reaalne painde maksimaalne väärtus on 2,97 mm. Üldiselt jaotuvad
pinged pigem kolme pingekontsentraatorisse ehk siis keskele – kuhu surutakse jõuga 20000 N ja
otstesse, mis on kinnitatud auto külge. Maksimaalne jõud, mida varem välja toodi, on siiski ühes
pingekontsentraatoris ja võib arvata, et reaalselt sellist pinget sinna kohta ei teki, kuna ülejäänud
materjali osas on pinged palju väiksemad. Kolmest pingekontsentraatorist suurim pinge tekib just
varda keskossa. Jõud, millega toru surutakse, on võetud kaheksa kordse varuteguriga, sest reaalselt
ei ole võimalik, et ühele torule langeb kogu auto raskus. Suurim jõud, mis kõige tõenäolisemalt
autole rakenduda saab, on üks neljandik auto raskusest ja seda kahe varda kohta. Varutegur on
võetud nii suur, kuna maastikusõidul võib ette tulla hüppeid, kus löökkoormused suurenevad.
Ülemiste õõtshoova torude valimisel võeti arvesse edaspidi paigaldatava mootori poolt tekitatavat
pöördemomenti, mis kandub läbi jõuülekande tagasilda ja sealt omakorda ülemistesse varrastesse.
Lisaks sellele tuli arvesse võtta tõmbejõudu, mida suudaks terve sõiduki mass tekitada mis sai ka
alumiste varraste tugevusarvutuste juures välja toodud. Tulemuseks saadi 5297,5 N, millele
lisandub edasises töös olev arvutus, kus näidatakse kui suurt jõudu mootor antud torule tekitab.
Siinkohal valiti ülemisteks torudeks vastavalt „4x4 võistlusmasinate tehnilised tingimused 2013-
2018“ reeglitele toru mõõtudega 45,0 x 2,5 mm [15, p. 11], mis sobib ka turvapuuri valmistamiseks.
37
Tabel 7
Maksimaalne mootori poolt tekitatav moment sildades
Käikude ülekanded [16,
p. 112]
Mootori poolt tekitatud
pöördemoment (N*m) [17, p.
35]
Jaotuskasti ülekanne [5, p.
298] Peaülekanne
Maksimaalne moment (N*m)
Esimene käik 3,059
407 2,220 4,110
11359,7
Teine käik 1,625 6034,5
Kolmas käik 1,000 3713,5
Neljas käik 0,696 2584,6
Tagurpidi käik 2,294 8518,9
Lõputöö käigus arvutati välja jõud, mille tekitab mootori poolt tulev maksimaalne pöördemoment,
milleks on 407 Nm [17, p. 35]. Lisaks sellele tuli arvesse võtta käikude ülekandeid, mille lõputöö
koostaja sai kasutusele tuleva käigukasti tehase manuaalist „Hydra – matic 4L60-E“ [16, p. 112].
Peale selle tuleb arvestada jaotuskasti kõige aeglasema ülekandega, kuna ka see suurendab mootori
poolt tekitatud momenti. Jaotuskasti ülekande sai lõputöö koostaja teada raamatust „Nissan 160 &
61 Series Service Manual“ [5, p. 298]. Lisaks sellele tuleb ka arvesse võtta peaülekannet, mis oli
kasutusel olevaid sildasid ostes teada eelmise omaniku poolt. Neid kõiki andmeid arvesse võttes
koostati tabel, kus tuleb välja maksimaalne moment, mida antud ülekanne tekitab. Keerulistes
liitülekannetes, mis koosnevad mitmest iseseisvast ülekandest, leitakse üldine ülekandearv üksikute
ülekannete (astmete) ülekandearvude korrutisena [18].
i=i1i2i3...in
Seda on näha tabelis (Tabel 7). Tabeli viimasesse veergu saadi arvud, kui kasutada valemit:
Iga käigu maksimaalse momendi saamiseks peab valemis kasutama esimese käigu asemel vastava
käigu ülekannet. Tabelit vaadates saadi tulemuseks, et kõige suurema pöördemomendi kannab üle
esimene käik, mis on 11359,7 N*m. Siinkohal peetakse silmas, et arvesse ei võetud ühegi sõlme
kasutegurit, kuna õõtshoovana kasutusel olev toru peab vastu ka ilma kasutegurita arvestatavale
jõule, peab ta samuti vastu reaalses olukorras tekkivale jõule. Selleks, et teada saada milline jõud
rakendub ülemises õõtshoovas, mõõdeti tema kinnituspunkti kaugus silla tsentrist, milleks on
38
190 mm ehk 0,19 m. Seega tuleb mootori poolt tekitatud pöördemoment läbi jagada õõtshoova
kinnituse tsentri kaugusega silla tsentrist meetrites. Tulemusena saadakse järgmine tehe:
11359,7 N*m ÷ 0,19 m = 59788 N
Kuna ülemisi vardaid on kaks tükki, siis tuleb saadud vastus jagada kahega. Ühele vardale
rakenduvaks jõuks saadakse:
59788 N ÷ 2 = 29894 N
Järgnevalt tuleb lisada sõiduki raskuse poolt tekitatav tõmbejõud:
Valitud torule sellist jõudu rakendades näeme, et keha sees tekkiv maksimaalne pinge on 249 Mpa,
seega peab toru ideaalselt vastu ja jääb ka tugevusvaru. Selline tugevusvaru on täiesti piisav, kuna
kogu auto mass ei saa kunagi sattuda ühe ülemise toru peale. Maksimaalne mass, mis sinna peale
saaks sattuda, oleks kaheksa korda väiksem kui terve sõiduki mass. Järelikult on selline tugevusvaru
tavaolukorraks täiesti piisav.
39
KOKKUVÕTE
Lõputöö käigus selgus, et sõidukile UAZ 469B on võimalik paigaldada originaalist erinevaid
talasildasid. Antud projektile paigaldati nii hinna kui ka vastupidavuse poolest optimaalsed (GM10-
Bolt) sillad. Parimaks vedrustustüübiks selle sõiduki nii esi- kui ka tagasillal osutus klassikaline
nelja vardaga vedrustus, tulenevalt sellest, et tema liikuvus on kõige parem ja vardad ei hakka
piirama silla liikumist. Tagasilla puhul oli võimalik saavutada geomeetria, kus puudus peaaegu
täielikult parasiitroolimine. Roolimehhanismi poolest osutus parimaks pikisuunalise roolivardaga
versioon, kuid seda ei olnud võimalik sellele autole paigaldada konstruktsioonilistel põhjustel. Tänu
sellele tuli paigaldada klassikaline paralleelse roolivardaga süsteem, küll aga ei olnud see juhitavuse
poolest parim. Vedrustus ja roolimehhanismi geomeetria töötati välja programmis Susprog3D
koostöös programmiga CATIA V5R21, kuhu joonistati sisse UAZ 469 raami vajalikud osad. Lisaks
sellele GM 10Bolt sillad ja ka kõik kinnitused, mis olid vajalikud sildade paigalduseks. Erinevate
kronsteinide koostejoonised valmistati programmis Solid Edge ST6
Lõputöö käigus valmiva sõiduki vedrustus on küll vastupidav, kuid ei ole minimaalse kaaluga, kuna
õõtshoobadena kasutatavad torud on mõõtmetelt suuremad kui optimaalsed. Tugevusarvutuste
tulemusena selgus, et 2000 kg massiga sõiduki vedrustuskomponentide kinnitamiseks on sobiv
5 mm paksune teras 355 plekk. Tugevusarvutused tehti lõputöö jooksul programmis CATIA
V5R21. Vedrustuse liigendite valikul osutus määravaks nende võimalikult suur liikuvus ja
vastupidavus külgsuunalistele jõududele. Arvestades väljatoodud omadusi, valiti tavapäraste
pukside asemel kuulliigendid. Arvutused näitasid, et piisava tugevusvaru annavad just M18x1,5
liigendid, kuna nende külgsuunalise jõu taluvus on piisav, pikisuunas oleksid vastu pidanud
tunduvalt väiksemate mõõtmetega liigendid. Lõputöö käigus vaja olnud kronsteinid lõigati välja
laserlõikuspingis. Treimist ja keevitamist vajavad detailid valmistati Tallinna Lasnamäe
Mehaanikakoolis. Lõputöös kirjeldatav projekt valmib nimetatud kooliga koostöös, andes sealsetele
õpilastele võimaluse praktilist õpet läbi viia.
40
SUMMARY
During the thesis it turned out that it is possible to install axles different from originals to vehicle
UAZ 469B. Axles that were both optimal on price and durability (GM10 Bolt) were installed on
this project. Best type of suspension on this vehicle’s front and rear axle turned out to be the classic
4-link suspension, due to the fact that its portability is the best and links will not restrict the
movement of the axle. In case of rear suspension it was possible to achieve a geometry in which
there was virtually no bump steer. Longitudinal road version of the steering geometry turned out to
be the best option in terms of steering mechanism, but due to design reasons it was not possible to
install it. Because of this, classic lateral drag link had to be installed, even though it was not the best
alternative in terms of handling. Suspension and steering geometry were developed in collaboration
with the programs CATIA V5R21 and Susprog3D, in which UAZ 469 frame with its necessary
parts were drawn in. In addition to that, GM 10Bolt axles, as well as all the mounts that were
necessary for the installation of axles. Exploded diagrams and drafts were plotted in Solid Edge
ST6.
Vehicle which was built during the thesis has indeed durable suspension components, but not
minimum weight as material used in link pipes is over dimensioned. Strength calculations showed
that 5 mm thick steel 355 sheet metal is suitable for fixing suspension components in the vehicle
with total mass of 2000 kg. During the thesis strength calculations were made with program CATIA
V5R21. Determining factors in the choice of suspension joints were their high flexibility and lateral
resistance. Calculations showed that M18x1.5 joints will give an adequate strength level, because
they have a sufficient resistance to the lateral force, although in the longitudinal direction joints
with much smaller dimensions would have withstood. The mounts required in construction were cut
by laser cutting machines. Details that needed turning and welding were prepared in Tallinn
Lasnamäe School of Mechanics. The project will be completed in collaboration with the
aforementioned school giving students the opportunity for practical training.
41
VIIDATUD MATERJALID
[1] Eesti Riiklik Autoregistrikeskus, Sõiduki UAZ 31512 registreerimistunnistus EB 370256, 2006.
[2] Ульяновский автомобильный завод, 2014. [Võrgumaterjal]. Available:
http://www.uaz.ru/company/history. [Kasutatud 20 märts 2014].
[3] В. М. Кутиков, Каталог деталей и сборочных единиц автомобиля УАЗ-31512 (469Б) /
Ульяновский автомобильный завод имени В.И. Ленина, Москва: Машиностроение, 1987,
pp. 4-5.
[4] J. Tapver, Erakogu, 2013.
[5] Nissan Motor Co., Ltd., Nissan. Model 160 & 61 Series Service Manual, Tokyo: Nissan Motor
Co., Ltd., 1980, pp. GI-2; 298.
[6] A. Kazakov, Aleksei Kazakovi erakogu, 2014.
[7] Robert Bosch GmbH, BOSCH Automotive Handbook, 6 toim., Plochingen: Robert Bosch
GmbH, 2004, p. 799.
[8] W. F. Milliken ja D. L. Milliken, Race Car Vehicle Dynamics, Warrendale: SAE International,
1995, pp. 648-650.
[9] Drozd63, 2010. [Võrgumaterjal]. Available:
http://photo.qip.ru/photo/drozd63/3398838/82869442.jpg. [Kasutatud 6 märts 2014].
[10] Chassis Unlimited, 2014. [Võrgumaterjal]. Available:
http://www.chassisunlimited.com/product/complete-link-suspension-kits/4-link-suspension-kit-
b.html. [Kasutatud 29 aprill 2014].
42
[11] McGill Motorsports Ltd., 2014. [Võrgumaterjal]. Available:
http://www.mcgillmotorsport.com/m18-x-1-5mm-left-hand-male-xmlm18-ultra-high-
performance-rose-joint-721/. [Kasutatud 4 aprill 2014].
[12] М. И. Фролов, Техническая механика. Детаили машин, Москва: школа, 1990, pp. 32-81.
[13] W. C. Young ja R. G. Budynas, Roark’s Formulas for Stress and Strain, 7 toim., New York:
McGraw-Hill, 2002, p. 110.
[14] E. Jürimäe ja K. Velsker, Matemaatika käsiraamat IX-XI klassile, Tallinn: Valgus, 1984, p.
202.
[15] Eesti Autospordi Liit, 4x4 võistlussõidukite tehnilised tingimused 2013-2018, 2013, p. 11.
[16] Powertrain Group of General Motors Corporation, Hydra-matic 4L60-E Technician’s Guide,
Detroit: General Motors Corporation, 2000, p. 112.
[17] General Motors LLC., Chevy Van Introduction, Detroit: Helm Incorporated, 1995, p. 35.
[18] Euroopa Parlament ja nõukogu, „Euroopa Parlamendi ja nõukogu direktiiv 2002/51/EÜ, 19.
juuli 2002, kahe- ja kolmerattaliste mootorsõidukite saasteainete heitkoguste vähendamise
kohta, millega muudetakse direktiivi 97/24/EÜEMPs kohaldatav tekst,“ 2002.
[19] G. R. Viveiros, 1999. [Võrgumaterjal]. Available:
http://coloradok5.com/crossoversteering.shtml. [Kasutatud 29 aprill 2014].
[20] H. Wagner, 2013. [Võrgumaterjal]. Available: http://www.fourwheeler.com/how-to/131-1306-
steering-solutions-for-linked-suspensions/. [Kasutatud 29 aprill 2014].
43
Lisa 1. Keskmise kinnituse koostejoonis.
48
Lisa 2. GM10 Bolt originaal roolivarras [19]
49
Lisa 3. Pikisuunalise roolivardaga roolimehhanism [20]
50
Lisa 4. Töölehed
TÖÖ NR 1
Esimese töö ülesanne on eemaldada UAZ 496 alt ebavajalikud konstruktsiooni elemendid. Sinna
hulka kuuluvad :
1. Esimeste lehtvedrude esimesed kinnitused.
2. Mootori käpad.
3. Esisilla amortisaatorite kinnitused.
4. Esimeste lehtvedrude tagumised kinnitused.
5. Tagumiste lehtvedrude esimesed kinnitused.
6. Tagasilla amortisaatorite kinnitused.
7. Tagumiste lehtvedrude tagumised kinnitused.
Lisaks sellele tuleb eemaldada ka ise juurde keevitatud vedru kandurid. KÕIK DETAILID ON
NII JOONISEL KUI KA RAAMIL TÄHISTATUD PUNASE VÄRVIGA.
Joonis 1 UAZ 469 raam [9]
Kuna töös kasutatav UAZ-i raam on vanem kui joonisel olev raam siis ka lehtvedru kinnitused
esisillal on vahetuses. Ehk siis kiige on sillast ees pool ja jäik kinnitus on sillast taga pool. Offroadi
seisukohalt võttes oleks vahe selles, et kui auto saab vastu silda tugeva löögi siis tugeva löögi korral
võib see lehtvedru kõveraks lüüa (kiige alumine ots liigu kiige ülemisest otsast üles poole).
51
TÖÖ NR 2
Teise töö ülesanne on eemaldada GM 10bolt sildadelt ebavajalikud konstruktsiooni elemendid.
Sinna hulka kuuluvad :
8. Amortisaatori kinnitused.
9. Esisilla Lehtvedrude kinnitused
52
TÖÖ NR 3
Kolmandaks tööks on treimis tööd erinevatele vajalikele detailidele.
1. Detailiks on koonused mis on ette nähtud uniballide paigaldamiseks. Koonuste kogus on
32.
2. Detailiks on keermestatud puksid alumistele varrastele. Keermega M18x1.5 PK ja M18x1.5
VK. Mõlema poolseid keermeid oleks vaja 4 tk. Ehk kokku 8 detaili.
3. Detailiks on keermestatud puksid ülemistele varrastele. Keermega M18x1.5 PK ja M18x1.5
VK. Mõlema poolseid keermeid oleks vaja 4 tk. Ehk kokku 8 detaili.
53
54
TÖÖ NR 4
Neljanda töö ülesanne on kas siis painutada või siis lõigates valmistada tagasilla tala tugevdus, ehk
keskmiste silla kinnituste hoidik. Antud detail on vajalik kahel eesmärgil. Detaili joonised on
väljatoodud joonisel. Detaili kinnitamise asend on sammuti välja toodud joonisel. Esimese joonise
puhul võite märgata detaili kõrgust 104,6 mm see tuleneb sellest, et detaili kõrguse määrab
sillakeskme kaugus detaili ülemisest tasapinnast. Selle leiate joonistelt 2. (139 mm)
Tugevdab silla vastupanu hüpetele ja tugevatele põrutustele.
Annab ette ühtlase tasapinna kuhu külge saab kinnitada keskmised silla kinnitused.
55