Устойчивость автомобиля против бокового опрокидывания

Примем допущение –деформация упругих элементов подвески при опрокидывании не учитывается.

Боковое опрокидывание может наступить:

· при движении по косогору;

· от действия центробежной силы, возникающей при движении по криволинейной траектории.

Определим критический угол косогора, вызывающий опрокидывания, воспользовавшись рис.9.19

При опрокидывании нормальные реакции на наружном колесе R_н=0 .

Из равенства моментов всех сил относительно точки А, следует ,

где В- колея колес; -угол косогора; h_g-расстояние от опорной поверхности до центра масс.

Рис. 9.19 Схема для определения критического угла косогора

Решая последнее уравнение относительно угла , получим

.

Выражение принято называть коэффициентом поперечной устойчивости.

Отсюда угол, при котором наступит боковое опрокидывание, равен

. (9.63)

Вышепроведенные исследования не учитывали упругость подвески. Фактический угол косогора, при котором наступает боковое опрокидывание, будет несколько меньшим по сравнению с рассчитанным по зависимости (9.63).

Боковое скольжение может наступить, если сила сцепления колес с дорогой окажется меньше составляющей веса, параллельной опорной поверхности. Следовательно

(G_a cosa)j < G_a sina;

Отсюда tga > j

Угол, при котором наступит боковое скольжение, равен

. (9.64)

Определим критическую скорость движения по кругу радиусом R по условию опрокидывания.

Под действием центробежной силы опрокидывание наступит, если нормальная реакция на внутреннем колесе будет равна нулю R_z2=0 (см.рис.9.20)

Рис.9.20 Схема для определения критической по опрокидыванию скорости движения

Из равенства моментов относительно центра контакта наружного колеса, точки А, запишем

,

где F_y- центробежная сила, равная

,

где R-радиус траектории движения центра масс автомобиля; В- колея колес; h_g -расстояние от опорной поверхности до центра масс.

Если учесть, что , запишем;

.

Окончательно критическая скорость при движении по кругу по условию опрокидывания равна

. (9.65)

Заметим, что зависимость (9.65) не учитывает упругости подвески, поэтому фактическая скорость движения автомобиля, при которой наступит опрокидывание, несколько меньшая.

9.11 Оптимальное схождение управляемых колес

В общем случае минимальный износ шин управляемых колес будет,если управляемые колеса будут двигаться с нулевыми углами развала и схождения.

Однако при установке управляемого моста, имеющего нулевые углы развала, непосредственно на автомобиль произойдет деформация балки управляемого моста, выбор зазоров в подшипниках шкворневых узлов и ступиц колес. В результате этого колеса будут установлены с отрицательным углом развала. Для компенсации этого влияния управляемые колеса автомобилей устанавливаюся с положительным углом развала, а его величина зависит от жесткости балки управляемого моста и конструкции шкворневого узла. Для существующих автомобилей угол развала как правило положительный, а его величина чаще всего не превышает +1⁰ .

Что же касается схождения (разница расстояний по тормозному барабану

В-А см. рис.9.21), то его величина должна компенсировать влияние угла развала, деформации рулевой трапеции, выбор зазоров в шаровых пальцах рулевой трапеции во время движения автомобиля.

Задача сводится к тому, чтобы при заданному углу развала, с учетом конструктивных параметров автомобиля, определить схождение, обеспечивающее минимальный износ шин при движении по прямолинейной траектории.

Рис.9.21 Схема для определения оптимального схождения управляемых колес

Заметим, что при движении по криволинейной траектории ходимость шин управляемых колес будет зависеть не столько от установочных параметров управляемых колес (развала и схождения), как от поперечного и продольного наклонов шкворней.

Минимальный износ шин управляемых колес будет в том случае, если угол увода, визванный качением управляемых колес с развалом, будет равен углу схождения управляемых колес . В этом случае боковые силы и стабилизирующие моменты шин от каждого из этих углов будут иметь равные по абсолютной величине значения, однако различное направление. Результирующие значения боковых сил и стабилизирующих моментов в контакте колеса с дорогой будут стремиться к нулевым значениям.

Угол увода при качении с развалом равен

рад., (9.66)

где а- большая ось отпечатка шины;

_ш- угол развала колеса с учетом знака в нейтральном положении.

Учитывая, что схождение управляемых колес определяется как разность расстояний между торцами тормозных барабанов управляемых колес сзади и спереди оси балки управляемого моста, вправе записать

В-А=2ДЕ,

где В-А-схождение управляемых колес.

Из анализа треугольника ДСЕ определим

ДЕ=СДsіn _сх ,

где СД- расстояние между точками замера схождения. Если замеры проводятся по тормозному барабану, то этим расстоянием как правило будет диаметр тормозного барабана d_{б .}

Если учесть, что на автомобилях угол схождения значительно меньше 1⁰ , то с достаточной для практики точностью можем записать

sіn _сх = _сх ,

где _сх –угол схождения в рад., который определяется по формуле (9.66)

С учетом зависимости (9.66) после преобразований получим формулу для определения схождения управляемых колес

В-А= . (9.67)

Формула (9.67) позволяет определить схождение управляемых колес, необходимое для компенсации качения колес с углом развала . Однако во время прямолинейного движения автомобиля на его управляемые колеса действуют продольные силы. Эти силы относительно осей шкворней вызывают поворачивающие моменты, которые вызывают деформацию рулевой трапеции, выбор зазоров в шаровых пальцах поперечной тяги и как результат- уменьшают схождение управляемых колес.

Для компенсации влияния этих продольных сил рекомендуется увеличить рассчитанное по формуле (9.67) схождение управляемых колес на 0,0005м (0,5мм).

С учетом изложенного формула для определения оптимального схождения управляемых колес примет вид

В-А=( +0.0005 ) м . (9.68)

В формуле (9.68) угол развала берется с учетом знака.

В качестве примера приведем рассчитанные по формуле (9.68) значения и данные схождений, предложенные заводами-производителями КрАЗ и КамАЗ.

Рекомендуемое заводом схождение управляемых колес автомобиля КамАЗ-5511 составляет 2…5мм. Расчетное по формуле (9.68) схождение составляет 2,93 мм. При этом исходными данными для расчета схождения управляемых колес автомобиля КамАЗ-5511 являлись: большая ось отпечатков шин управляемых колес а=0,261м; радиус колеса r_к =0,476м; расстояние между точками замера схождения колес d_б =0,508м; угол развала колес в нейтральном положении = +1⁰ .

Для автомобиля КрАЗ-260, в которого управляемые колеса установлены с отрицательным углом развала-0,5 ⁰ , рекомендуемое заводом схождение 0..2 мм. Рассчитанное схождение по формуле (9.68) равно –0,714мм и имеет отрицательный знак. Исходными данными для расчета схождения управляемых колес автомобиля КрАЗ-260 являлись: большая ось отпечатков шин управляемых колес а=0,315м; радиус колеса r_к =0,6м; расстояние между точками замера схождения колес d_б =0,530м; угол развала колес в нейтральном положении = -0,5⁰. Из приведенного следует, для автомобилей КрАЗ-260, в которых колеса установлены с отрицательным развалом, для обеспечения ходимости шин управляемых колес они должны быть установлены с расхождением –0,714 мм, но никак не со схождением, рекомендуемым заводом 0…2мм.

Следовательно, если управляемые колеса автомобиля установлены с отрицательным углом развала, то для обеспечения минимального износа шин их необходимо устанавливать с расхождением, в противном случае будет повышенный износ шин.

Литература

1.Солтус А.П. Основы теории рабочего процесса и расчета колесных управляющих модулей (монография). Деп.Укр.НИИНТИ.№501-Ук90 ВИНИТИ «Деп.науч.труды»,1990, №7 (290),б/о 203.-234с., с.- 163-171.

2.Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств.-М.: Машиностроение, 1984.-272 с., с.-151…156, 170…174.

3. Гришкевич А.И. Автомобили: Теория.-Минск: Вышэйш. Шк.,1986.-240 с., с. 163…167

4. Солтус А.П., Редчиц В.В.О стабилизирующем моменте шины. Ж. Автомобильная промышленность.-М.,1976.-№7.

5. Солтус А.П.,Азаматов Р.А. Шкворневые узлы автомобилей большой грузоподъемности. Ж. Автомобильная промышленность.-М., 1986.-№11.

Контрольные вопросы

1. Каким параметром оценивается стабилизация управляемых колес?

2. В чем принципиальное отличие восстанавливающих моментов от моментов трения?

3. Каким образом экспериментально определяется стабилизация управляемых колес автомобилей?

4. С точки зрения стабилизации управляемых колес каким должен быть момент трения в шкворневом узле?

5. Что такое коэффициент поперечной устойчивости автомобиля?

6. Что включает понятие установочные параметры управляемых колес?

7. Каково требование к установочным параметрам управляемых колес?

8. Дайте определение понятия схождение управляемых колес?

9. Почему при эксплуатации автомобилей определяется не угол схождения управляемых колес, а их схождение?

10.Каким образом принимается угол развала управляемых колес?

11. Каково назначение схождения управляемых колес?

12. Перечислите факторы, определяющие величину оптимального схождения управляемых колес.

13. Как влияет на величину схождения знак угла развала?

14. Что обозначает отрицательное схождение управляемых колес?

10. Проходимость автомобиля