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