Требования к подвеске

1. Обеспечение собственных частот колебаний автомобиля в зоне комфортабельности при различных весовых состояниях.

2. Минимальное изменение дорожного просвета при различных весовых состояниях.

3. Минимально возможная амплитуда колебаний кузова при движении по неровной поверхности.

4. Быстрое затухание колебаний (80…90% энергии за одно колебание должен рассеивать амортизатор).

5. Сохранение заданных углов установки колес при амплитудах колебаний.

6. Отсутствие жестких пробоев подвески (высокая энергоемкость).

7. Согласованность с кинематикой рулевого привода.

8. Минимально возможный поперечный крен при движении на повороте и косогоре.

9. Обеспечение необходимой управляемости и устойчивости автомобиля.

Подвеска выполняет три функции:

1. Упругого элемента – смягчает динамические вертикальные нагрузки;

2. Направляющего устройства – воспринимает все, кроме вертикальных, нагрузки и обеспечивает кинематическую связь колеса с кузовом автомобиля;

3. Гасителя колебаний – превращает кинетическую энергию колебаний в тепловую и рассеивает в атмосферу.

24.2. Классификация подвесок

1. По характеру связи между колесами одной оси.

1) Зависимые.

2) Независимые.

2. По количеству рычагов направляющего устройства.

1) Одно рычажные.

2) Двух рычажные на рычагах равной (продольные рычаги) и неравной длины (поперечные рычаги).

3) С многорычажным направляющим устройством.

3. По типу упругого элемента.

1) С металлическим упругим элементом.

2) С неметаллическим упругим элементом.

4. По конструкции металлического упругого элемента.

1) Рессоры.

2) Пружины.

3) Торсионы.

4) Комбинированные упругие элементы.

5. По конструкции неметаллического упругого элемента.

1) Резиновые.

2) Пневматические.

3) Гидравлические.

6. По типу гасящего устройства.

1) С фрикционным гасителем.

2) С гидравлическим амортизатором.

3) С пневматическим амортизатором.

24.3. Зависимая подвеска

Подвеска на полуэллиптических рессорах

Направляющим устройством такой подвески (Рис. 24.1.) являются сама рессора в сочетании с балкой моста.

Упругий элемент – полуэллиптическая рессора.

Гаситель колебаний – межлистовое трение в рессоре и дополнительно возможна установка гидравлического амортизатора.

Рис. 24.1. Рессорная подвеска

Рессора представляет собой балку равного сопротивления изгибу, разрезанную на продольные полосы (листы рессоры), которые присоединены в середине стремянками к балке моста, а по концам кронштейнами к раме автомобиля.

Листы передней рессоры узкие и тонкие, поэтому межлистового трения недостаточно для гашения колебаний. В помощь межлистовому трению установлен гидравлический амортизатор (Рис. 24.2.). Большой ход сжатия ограничивает дополнительный упругий элемент (резиновый), размещенный на балке моста. При большом ходе подвески дополнительный упругий элемент упирается в раму и увеличивает общую вертикальную жесткость подвески.

Рис. 24.2. Передняя рессорная подвеска

На задние рессоры приходится больший вес груженого грузового автомобиля и там стоят более «мощные» рессоры со значительным межлистовым трением (Рис. 11.3.). Дополнительным упругим элементом в задней подвеске является подрессорник – короткая жесткая рессора, которая вступает в работу при загрузке автомобиля или больших динамических прогибах задней подвески.

Рис. 24.3. Задняя рессорная подвеска с подрессорником

Подрессорник просто упирается по концам в упоры на раме. Когда прогиб основной рессоры небольшой, между подрессорником и упорами на раме имеются зазоры. В этом случае работает только основная рессора.

Недостатком листовой рессоры является большое межлистовое сухое трение. Недостаток выражается в том, что пока сила трения между листами не преодолена, листы не прогибаются (при прогибе листы меняют свою кривизну, скользя друг по другу). Таким образом, вертикальная нагрузка от неровностей дороги меньшая, чем требуется для преодоления трения, проходит через негнущуюся рессору, как через совершенно жесткую и действует, не смягчаясь, на раму и кузов автомобиля.

Зависимая пружинная подвеска

Тормозная и тяговая силы передаются от колес на кузов через продольные штанги (снизу у левого и правого колеса (Рис. 24.4.). Реактивные (сверху над продольными ) штанги совместно с продольными создают реакцию крутящему и тормозному моментам. Поперечная штанга (в правой части рисунка) передает боковые силы. Пять штанг совместно с балкой моста составляют направляющее устройство подвески.

Рис. 24.4. Зависимая пружинная подвеска

Упругими элементами являются пружины и дополнительные резиновые ограничители хода, увеличивающие вертикальную жесткость подвески при динамических прогибах (на рисунке не показаны).

Гасят колебания колес и кузова гидравлические телескопические амортизаторы. Они же могут ограничивать ход колеса вниз (ход отбоя).

24.4. Независимая подвеска

На рис. 24.5. показаны схемы, а на рис. 24.6. чертежи двух независимых подвесок: на поперечных рычагах и рычажно-телескопическая («свечная», или «Мак Ферсон»).

Рис. 24.5. Независимая подвеска легкового автомобиля

В рычажно-телескопической подвеске (Рис. 24.6 б) направляющим устройством является рычаг и амортизаторная стойка. Упругим элементом – пружина и резиновые ограничители в конструкции амортизатора. Гасителем – гидравлический телескопический амортизатор.

Подвеска на поперечных рычагах применяется в автомобилях "Нива", "Жигули", "Волга" и др.

Рычажно-телескопическая подвеска установлена на современных легковых переднеприводных автомобилях.

а) б)

Рис. 24.6. Подвеска на поперечных рычагах – а)

и рычажно-телескопическая – б)

24.5. Упругая характеристика подвески

Биологические исследования показали, что если собственная частота колебания кузова автомобиля на подвеске составляет 0,8…1,5 Гц (50…90 мин^-1), то она очень хорошо переносится организмом, являясь частотой вертикальных колебаний тела человека при ходьбе, и автомобиль с такой подвеской считается комфортабельным.

Преобразуя зависимости собственных частот вертикальных колебаний подрессоренных масс (подрессоренные массы - рама автомобиля с закрепленными на ней узлами и агрегатами, груз и т.д; неподрессоренные массы – колеса, балки мостов, часть от направляющих и упругих элементов и т.д.), можно получить простую зависимость:

. (24.1)

Произведя действия с постоянными величинами в формуле (24.1) получим:

. (24.2)

Здесь n – собственная частота вертикальных колебаний кузова автомобиля, Гц; f_сm – статический (при неподвижном автомобиле) прогиб подвески, м.

С позиции сохранности перевозимых грузов (перевозка грузов в незакрепленном виде без отрыва его от опорной поверхности грузовой платформы) верхняя граница может быть поднята до 1,6…1,9 Гц (100…110 мин^-1). Частоты выше указанных приводят к повышенной утомляемости, а ниже 0,8 Гц – может вызвать укачивание.

Если взять самую комфортабельную частоту в 1,0 Гц (60 мин^-1) и определить статический прогиб подвески, выразив его из формулы (24.2), то получим очень большие значения:

метра.

Но, так как при движении по дорогам даже удовлетворительного качества, коэффициент динамичности вертикальных сил на колесе достигает 2,0…2,5, а на плохих – 3,0…3,5, то легко можно понять – для устранения частых пробоев надо иметь метра! По компоновочным соображениям такого прогиба обеспечить нельзя. Кроме того, собственный вес автомобиля меняется в зависимости от его загрузки (увеличивается до 250% у грузовых автомобилей), а значит требуется другая (большая) жесткость упругого элемента подвески, чтобы сохранить те же собственные частоты колебаний кузова при новом весе автомобиля.

В связи с отмеченными причинами задачи плавности хода решают компромиссным путем. При амплитудах колебаний, близких к положению статического равновесия стремятся поддержать потребную собственную частоту. При росте динамических и статических нагрузок – увеличивают вертикальную жесткость упругого элемента подвески (плавно или ступенчато). Жесткость подвески можно увеличить, подключая параллельно к основному упругому элементу дополнительный, но тогда в момент подключения возможны неприятные ощущения (резкое изменение ускорений, шум). Упругая характеристика такой подвески представляет собой ломаную линию:

Рис. 24.7. Ступенчатая упругая характеристика подвески

При отсутствии дополнительного упругого элемента (Рис. 24.7.) полный прогиб подвески под действием динамической нагрузки мог бы достигать точки С. Однако, в точке А дополнительный упругий элемент вступил в работу и значительно увеличил общую жесткость подвески (жесткость – тангенс угла наклона характеристики относительно оси абсцисс), уменьшив полный прогиб до точки В.

Если используется прогрессивная характеристика основного упругого элемента (переменный шаг или диаметр витков пружины, переменная рабочая площадь пневматического упругого элемента и т.д.), жесткость меняется плавно (Рис. 24.8.).

Однако, и такая характеристика невыгодна большим статическим прогибом и тогда используется еще один дополнительный упругий элемент, ограничивающий ход подвески вниз (отбой). Получается прогрессивно-регрессивная форма упругой характеристики (Рис. 24.9.). Так выглядит упругая характеристика подвески современного легкового автомобиля.

Рис. 24.8. Прогрессивная упругая характеристика подвески

Рис. 24.9. Прогрессивно-регрессивная упругая характеристика подвески

24.6. Построение упругой характеристики подвески

1. Выбирают и обосновывают собственные частоты колебаний подрессоренных масс (кузова автомобиля):

n = 0,8…1,3 Гц – для легковых автомобилей;

n = 1,0…1,4 Гц – для автобусов;

n = 1,3…1,9 Гц – для грузовых.

2. Подставляя Ω в формулу (30) находят статический прогиб:

(24.3)

3. По известным величинам статической нагрузки на колесо автомобиля G_Кcm и статического прогиба f_cm находят положение исходной точки 0 характеристики.

Рис. 24.10. Построение исходной упругой характеристики подвески

Для упругого элемента с линейной характеристикой эту точку 0 соединяют с началом координат и получают исходную упругую характеристику подвески.

4. Зная условия эксплуатации автомобиля определяют динамические нагрузки на колесо G_КД = G_Кcm · К_д (К_д – 1,75…2,5 для хороших дорог) и соответственно полный f_пол и динамический f_д ход колеса по выше приведенному графику.

Если найденное значение динамического хода f_д конструктивно выполнить невозможно, его ограничивают, сохраняя ту же динамическую нагрузку G_KД. Это достигается применением дополнительного упругого элемента (подрессорника, резинового буфера и т.д.), который включается в работу на участке характеристики за «преобладающим размахом колебаний А_СР» (Рис. 24.11.). «Преобладающий размах колебаний А_СР»- участок исходной упругой характеристики, на которой работает только основной упругий элемент подвески. Участок задается конструктором так, чтобы при движении по дорогам среднего качества 70% пробега автомобиля попадало в этот участок. Исследования показали, что на дорогах среднего качества «преобладающий размах вынужденных установившихся колебаний» сравнительно не высок и составляет 3…10 см.

Кроме того, если в подвеске не применяют амортизаторов (используют внутреннее трение в резине или межлистовое сухое трение ), участок отбоя не ограничивается. При использовании амортизаторов, чтобы не повредить его в конце хода отбоя, часто вводят второй дополнительный упругий элемент, ограничивающий ход отбоя.

В результате проделанных дополнений характеристика принимает прогрессивно-регрессивный вид (Рис. 24.11.).

Рис. 24.11. Окончательный вид упругой характеристики подвески

Далее, по упругой характеристике подвески производится расчет параметров основного и дополнительных упругих элементов. В зависимой подвеске ее прогиб совпадает с прогибом упругого элемента.

В том случае, если подвеска независимая, ее упругая характеристика пересчитывается для определения характеристики упругого элемента, поскольку он испытывает другие количественно нагрузки соответственно плечам в схеме его нагружения (Рис. 24.12.):

Рис. 24.12. Расчетная схема нагружения упругого элемента

независимой подвески на поперечных рычагах

§25 РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. Оно включает в себя:

· рулевой механизм;

· рулевой привод;

· усилитель (если есть необходимость).

Рис. 25.1. Общая схема рулевого управления в сочетании с зависимой подвеской