3.4. Розрахунок деформацій, навантаження та жорсткості пружних елементів

Деформації, навантаження та жорсткість пружних елементів (ресор) залежної підвіски дорівнюють аналогічним показникам самої підвіски тобто:

.

Зв’язок між вказаними показниками підвіски та її пружних елементів пружин у незалежній підвісці залежить від її кінематичної схеми. На рис. 3.4.1 показана кінематична схема двоважільної підвіски з поперечними важелями. Тут , – відповідно радіуси розміщення напрямної стійки і пружного елементу відносно осі гойдання напрямного важеля.

Деформації, навантаження та жорсткість пружного елементу визначаються за формулами

; ; . (3.4.1)

Рис. 3.4.1. Кінематична схема двоважільної підвіски

Деформації, навантаження та жорсткість пружних елементів незалежних одноважільної і паралелограмної з поздовжніми важелями підвісок розраховують за формулами, аналогічними формулам (3.4.1), в яких замість величини підставляється – радіус розміщення колеса відносно осі гойдання напрямного важеля.

Незалежна підвіска важільно-телескопічного типу (рис. 3.4.2) дає можливість поєднати у стійці функцій направляючого і демпфуючого пристроїв, що приводить до спрощення конструкції і зниженню маси підвіски порівняно з підвіскою на двох поперечних важелях. У підвісці такого типу підресорена маса передається на пружину, тому при однакових жорсткостях маса її менша, а робочий хід більший. Крім того така підвіска забезпечує незначну зміну колії та площини обертання колеса. Вона застосовується на легкових автомобілях, переважно передньоприводних.

На рис. 3.4.2 показана кінематична схема важільно-телескопічної підвіски для оптимального варіанта, коли сила пружного елементу реакції колеса, спричиненої вагою підресорних частин і реакції напрямного важеля перетинаються в одній точці. Тут – кут нахилу осьової лінії пружини відносно вертикалі. Деформації, навантаження та жорсткість пружного елементу визначаються за формулами:

; . (3.4.2)

Рис. 3.4.2. Кінематична схема важільно-телескопічної підвіски

3.5. Розрахунок жорсткості та побудова нелінійної характеристики підвіски

Для підвіски з нелінійною характеристикою в усьому діапазоні зміни деформацій характерні деякі особливості у визначенні її жорсткості і побудові характеристики. Такою підвіскою є підвіска з коректуючими пружинами, схема якої зображена на рис. 3.5.1.

а б

Рис. 3.5.1. Схема підвіски з коректуючими пружинами (а) та її нелінійна характеристика (б): 1 – основний пружний елемент підвіски; 2 – коректуючі пружини; – зусилля основної пружини; – зусилля коректуючої пружини; – віддаль між точками закріплення вушок коректуючої пружини розтягу; – кут нахилу коректуючої пружини при динамічному переміщенні підвіски відносно її статичного положення

Результуюча жорсткість підвіски з коректуючими пружинами визначається за формулою

(3.5.1)

де – жорсткість основного пружного елементу; – жорсткість підвіски, що визначається однією коректуючою пружиною.

Жорсткість зв’язана з осьовою жорсткістю коректуючої пружини залежністю

(3.5.2)

де – попередній (установчий) розтяг коректуючої пружини, = 2...4 мм.

Як зрозуміло з формули (3.5.2) жорсткість нелінійно залежить від ходу підвіски f і тому її, а також необхідно визначати в 4...5 точках в інтервалі (0...+ f_д) на ході стиску і в 4...5 точках в інтервалі (0 ...- f_д) на ході відбою, рівномірно розміщених у вказаних інтервалах.

При заданих конструктивних розмірах коректуючої пружини і необхідному значенні її деформації, яка визначається максимальним динамічним ходом підвіски , гранична осьова жорсткість цієї пружини визначається, враховуючи умову забезпечення достатньої міцності ( ):

, (3.5.3)

де – діаметр дроту пружини; – середній діаметр намотування пружини; – коефіцієнт, який враховує вплив на міцність кривизни витків пружини; – максимальна деформація коректуючої пружини.

Коефіцієнт залежить від індекса пружини і розраховується за формулою

(3.5.4)

Для пружин автомобільних підвісок

Максимальна деформація коректуючої пружини

(3.5.5)

Для побудови характеристики підвіски в намічених точках розраховуються значення сил , що створюються основним пружним елементом підвіски та коректуючими пружинами у напрямі ходів підвіски:

(3.5.6)

де – навантаження відповідно на основний пружний елемент і коректуючі пружини.

За розрахованими значеннями будуються графіки функцій , а також результуюча характеристика підвіски

.

Знак "+" відповідає стиску підвіски, а знак "-" – відбою підвіски.

Характер перебігу вищезазначених характеристик відтворений на рис. 3.5.1, б.

а б

Рис. 3.5.2. Ресорна підвіска з додатковим пружним елементом (а) та її характеристика (б): 1 і 2 – ресори відповідно додаткова й основна; 4 – криволінійна опора

Для зміни жорсткості задньої підвіски вантажного автомобіля часто використовується підвіска, яка складається з двох пружних елементів – основної ресори та додаткової (підресорника) з опорами, що мають криволінійну поверхню (рис. 3.5.2, а).

Робоча довжина підресорника із збільшенням навантаження зменшується, оскільки виключаються із роботи кінці підресорника, а жорсткість збільшується. Характеристика такої підвіски є кусково-лінійною. Точка А перетину характеристики на графіку (рис. 3.5.2, б) відповідає моменту включення у роботу підресорника, який можна зробити будь-яким, оскільки особливих конструктивних обмежень у цьому сенсі немає, але рекомендується вибирати при ході f_в.п. = (0,4...0,6)f_д.