8 Лабораторная работа №7 «рабочие процессы и анализ конструкций подвесок»

Цель работы: изучить конструкции подвесок и научиться экспе­риментальному определению отдельных характе­ристик подвесок.

Основные положения

Под подвеской понимают совокупность устройств, обеспечива­ющих связь несущей системы с мостами или колесами автомобиля. По назначению детали подвески делят на направляющее устройство, упругий элемент и гасящее устройство.

Направляющее устройство подвески передает несущей системе автомобиля силы взаимодействия колес и дороги и определяет харак­тер перемещения колес относительно несущей системы автомобиля.

Упругий элемент (рессора, пружина, торсион) снижает динами­ческие нагрузки действующие на автомобиль при его движении по неровностям дороги.

Гасящее устройство и трение в подвеске обеспечивают затухание колебаний кузова и колес автомобиля.

В зависимости от кинематической схемы все встречающиеся на практике подвески делятся на зависимые и независимые. При зависи­мой подвеске оба колеса данного моста установлены на одной жесткой оси так, что перемещение одного колеса, вызванное неровностя­ми дороги, передается другому колесу. При независимой подвеске каждое колесо данного моста перемещается самостоятельно, незави­симо от другого.

Кинематические схемы подвесок

От схемы подвески зависит компоновка автомобиля, параметры плавности хода, устойчивости и управляемости, массы автомобиля и т.д.

На рис. 8.1 представлены характерные схемы подвесок. Зависи­мая (рис. 8.1 а) и однорычажная независимая (рис. 8.1 б) отличаются тем, что вертикальное перемещение колеса сопровождается измене­нием угла , что вызывает гироскопический эффект, возбуждающий колебания колеса относительно шкворня.

В двухрычажной подвеске с рычагами равной длины - параллелограммной (рис. 8.1 в) угловое перемещение отсутствует, но значи­тельно поперечное перемещение колеса, что ведет к быстрому из­нашиванию шин и уменьшению боковой устойчивости.

В двухрычажной подвеске с рычагами разной длины (рис. 8.1 г) при  = 5...6 и гироскопический момент гасится моментом сил трения в системе, а поперечное перемещение компенсируется упругостью шин.

Рычажно-телескопическая подвеска передних колес автомоби­лей - качающаяся свеча (рис. 8.1 д) обеспечивает незначительные из­менения колеи, развала и схождения колес, при этом замедляется из­нашивание шин, улучшается устойчивость автомобиля. Подвеска име­ет один поперечный рычаг снизу, ее основной элемент - амортизаци­онная стойка, имеющая верхнее шарнирное крепление под крылом, что обеспечивает большое плечо между опорами стойки. В верхней опоре имеется подшипник, необходимый для исключения закручива­ния пружины, что могло бы вызвать стабилизирующий момент и дополнительные изгибающие нагрузки. Малые размеры и масса, большое расстояние по высоте между опорами, большой ход относятся к преимуществам этой подвески. Конструктивные трудности обусловле­ны нагружением крыла в точке крепления верхней опоры. Такую под­веску, например, имеют передние колеса ВАЗ-2108.

Рис. 8.1. Кинематические схемы подвесок автомобилей

а - зависимой; б - однорычажной независимой; в - двух­рычажной независимой с рычагами равной длины; г - с рыча­гами равной длины; д - независимой рычажно-телескопической; е - независимой с двухрычажной с торсионом; ж - независимой с продольным качанием

Находят применение независимые двухрычажные подвески с торсионом (рис. 8.1 е), которые по своим характеристикам близки к подвеске с рычагами разной длины. Для двухрычажной параллелограммной подвески с продольным качанием (рис. 8.1 ж) характерно продольное перемещение колес при отсутствии поперечного пере­мещения и наклона.

В целом к преимуществам независимых подвесок можно отнести следующие:

- возможность большого прогиба;

• уменьшение гироскопического момента;

• улучшение устойчивости и управляемости;

• уменьшение массы подвески;

• хорошая приспособляемость к неровностям дороги.

Для грузовых автомобилей наибольшее применение получили зависимые подвески (рис. 8.1 а), а для легковых - двухрычажные тра­пециевидные (рис. 8.1 г) и рычажно-телескопические (рис. 8.1 д), на трехосных автомобилях используют балансирный подвески, имею­щие рад конструктивных исполнений [1].

При рассмотрении рабочих процессов подвески автомобиля, его представляют а виде системы, состоящей из трех взаимосвязанных ча­стей: подрессоренной, неподрессоренной и элементов их соединения.

Подрессоренную часть автомобиля составляют кузов с кабиной, рама, двигатель, коробка передач и другие агрегаты, вес которых пере­дается на рессоры. Те элементы, вес которых не передается на рессо­ры, называют неподрессоренной частью автомобиля. Это передний и задний мосты с колесами и шинами.

Основные требования к подвескам автомобилей;

• обеспечение плавности хода;

• обеспечение движения по неровным дорогам без ударов в огра­ничитель;

• кинематическое согласование перемещений управляемых ко­лее, исключающее их колебания относительно шкворней;

• обеспечение затуханий колебаний кузова и колее;

• постоянство колеи, углов наклона колес и шкворней;

• надежная передача от колес к кузову продольных и попереч­ных сил;

• снижение массы неподрессоренных частей;

• общие требования.

Характеристики подвесок автомобилей

1. Упругом характеристика подвески.

Для удовлетворения требованиям плавности хода подвеска дол­жна обеспечивать определенный закон изменения вертикальной реак­ции на колесо R_z, в зависимости от прогиба f (рис. 8.2). Эта харак­теристика может быть линейной или нелинейной, что определяется главным образом упругой характеристикой упругого элемента (рессо­ры, пружины и т.д.).

Рис. 8.2. Упругая характеристика подвески

2. Жесткость подвески С.

Отношение называю жесткостью подвески в данной точке характеристики. Жесткость представляет собой нагрузку, которую надо положить к подвеске, чтобы ее упругая деформация равнялась единице. Для сохранения оптимальной частоты собственных колебаний кузова при переменной нагрузке необходимо, чтобы жесткость подвески изме­нялась пропорционально приходящейся на нее нагрузке.

3. Статический прогиб подвески

Под ним понимают величину прогиба подвески под действием нагрузки от подрессоренной части на неподвижном автомобиле.

4. Частота собственник колебаний подвески .

В некотором диапазоне изменения нагрузки, близком статиче­ской f характеристики подвески должны обеспечивать оптимальную частоту колебаний: для легковых автомобилей 0,8... 1.2 Гц, а для грузо­вых 1,2... 1,9 Гц, что соответствует уровню колебаний человека при ходьбе. Частота собственных колебаний подрессоренной массы зави­сит от статического прогиба подвески:

. (8.1)

5. Коэффициент динамичности Кд.

При движении по неровным дорогам, с увеличением амплитуды колебаний подвески относительно статического положения, для пред­отвращения ударов в ограничитель, жесткость подвески должна увели­чиваться. При этом Отношение динамической нагрузки к статической и определяет коэффициент динамичности

. (8.2)

6. Динамическая энергоёмкость подвески Э_д .

Определяется площадью под кривой упругой характеристики, ко­торая эквивалентна работе, необходимой для полной деформации упру­гого элемента. Для увеличения динамической энергоемкости упругая ха­рактеристика подвески должна быть прогрессивной, т.е. обеспечивать прогрессивное возрастание реакции К_zд при меньшем прогибе. Такой же коэффициент динамичности может быть получен при линейной ха­рактеристике, но при этом динамический прогиб f_д чрезмерно увеличи­вается, что трудно обеспечить конструктивно.

7. Характеристика свободных колебаний подвески.

Возникают такие колебания после проезда дорожных неровно­стей и являются затухающими, так как всегда сопровождаются рассеи­ванием механической энергии и переходом ее в тепловую. Для уско­рения затухания собственных колебаний подрессорной части автомо­биля путем превращения энергии колебательного процесса в тепло, рассеиваемое в окружающем пространстве, служат амортизаторы.

Ха­рактеристика свободных затухающих колебаний рессорной подвески автомобиля показана на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Характеристика свободных колебаний подвески:

I - ход сжатия; II - ход отдачи; Z₁, Z ₂, Z ₃, и Z ₄ – амплитуды

Порядок выполнения работы

Используя плакаты, схемы, макеты и учебные экспонаты, прове­сти сравнительный анализ предложенных преподавателем конструк­ций подвесок, выделить основные их особенности. При проведении анализа выяснить, каким образом в данных конструкциях реализованы предъявляемые к ним требования.

Используя испытуемый автомобиль, определить частоту собст­венных колебаний кузова легкового автомобиля и построить график зависимости частоты собственных колебаний кузова от статического прогиба рессоры.

Описание лабораторной установки

В работе используется легковой автомобиль, устройство обеспе­чивающее вынужденные собственные колебания кузова, домкрат, се­кундомер, линейка.

Для получения названных характеристик подвески необходимо:

• поднять кузов автомобиля домкратом до свободного состоя­ния рессор;

• при помощи линейки измерить расстояние от балки заднего моста до лонжерона рамы;

• отпустить домкрат и изменить при помощи линейки статиче­ский прогиб рессоры;

• домкратом поднять кузов автомобиля и поставить на упорное устройство;

• вывести упорное устройство из зацепления и с помощью се­кундомера определить частоту собственных колебаний кузова;

• провести вышеуказанные измерения для трех случаев;

1) порожний автомобиль; 2) с 50% загрузкой; 3) полностью за­груженный.

Измерения провести троекратно.

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать анализ предложенных преподавателем конструкций подвесок, их конструк­тивные схемы, результаты измерений и расчетов согласно заданию.

Контрольные вопросы

1. Назначение подвесок и их классификация.

2. Требования, предъявляемые к конструкциям подвесок, как они реализуются в тех или иных конструкциях.

3. Особенности конструкций зависимых и независимых подвесок.

4. Основные характеристики подвесок, способы их получения.

Частота собственных колебаний кузова автомобиля и ее влия­ние на работоспособность человека.