Тема 12. Підвіска автомобіля
12.1. Призначення, вимоги до конструкцій та основна класифікація.
12.2. Коливні параметри та пружна характеристика підвіски.
12.3. Кінематичні схеми підвісок.
Розрахунок деформацій, навантаження та жорсткості пружних елементів.
12.4.1. Півеліптична листова ресора.
12.4.2. Циліндрична кручена пружина.
12.4.3. Торсіони.
12.4.4. Гумові пружні елементи.
12.5. Кутова жорсткість підвіски і стабілізатор поперечної стійкості.
12.6. Розрахунок напрямних пристроїв підвіски.
12.6.1. Розрахунок напрямного пристрою балансирної підвіски.
12.6.2. Розрахунок трапецевидного напрямного пристрою незалежної підвіски.
12.7. Розрахунок амортизатора.
12.1. Призначення, вимоги до конструкцій та основна класифікація.
Підвіска - це сукупність пристроїв, які здійснюють пружний зв’язок між несучою системою і мостами або колесами автомобіля. Вона призначена для зменшення динамічних навантажень на несучу систему і колеса, забезпечення затухання їх коливань при незмінному або мало змінному взаємному положенні коліс і несучої системи в повздовжньому і поперечному напрямках, а також в разі необхідності для регулювання положення кузова.
До підвіски та її елементів ставляться наступні вимоги:
1. Пружна характеристика підвіски повинна забезпечувати високу плавність ходу, відсутність ударів в обмежувачі ходу, стабілізацію кузова в поперечній і поздовжній площинах, тобто протидіяти кренам під час повороту, "клюванню" під час гальмування та "присіданню" під час розгону автомобіля;
2. Кінематична схема повинна забезпечувати стабільність або мінімальну зміну колії та кутів установки керованих коліс і шворнів, а також відповідність кінематики переміщення коліс кінематиці кермового приводу, що запобігає виникненню коливань керованих коліс навколо шворнів;
3. Забезпечувати оптимальну величину затухання коливань кузова і коліс, від якої в значній мірі залежить висока плавність ходу, стійкість та керованість автомобіля, його продуктивність та економічність;
4. Здійснювати надійну передачу від коліс на кузов або раму поздовжніх і поперечних зусиль та моментів;
5. Мати малу власну масу та забезпечувати можливість зменшувати масу непідресорених частин з метою підвищення плавності ходу.
За призначенням деталі підвіски діляться на три групи:
пружні елементи, включаючи стабілізатор поперечної стійкості, які знижують рівень динамічних навантажень, що виникають під час руху автомобіля;
напрямні пристрої, які забезпечують практично вертикальне переміщення і в максимальній мірі обмежують горизонтальне переміщення коліс відносно кузова;
демпфуючі пристрої, які знижують амплітуду коливань коливних мас.
За типом пружного елементу підвіски діляться на:
металічні (ресорні, пружинні, торсійні);
неметалічні (гумові, пневматичні);
комбіновані (поєднання різних типів пружних елементів та гідропневматичні).
За типом напрямного пристрою підвіски діляться на залежні і незалежні. Характерна ознака залежної підвіски наявність жорсткої балки, яка зв’язує між собою колеса однієї осі, в результаті чого переміщення одного колеса передається іншому. В незалежній підвісці безпосередній зв’язок між колесами однієї осі відсутній, в результаті чого кожне колесо переміщується незалежно одне від іншого.
Листові ресори
є простими у виготовленні, зручними в
експлуатації, поєднують в собі функції
пружного елементу і напрямного пристрою,
однак мають значні недоліки, як - то:
високу металоємність, тобто значну
непідресорену масу, в результаті
наявності міжлистового тертя не
забезпечують високої плавності ходу,
мають малий термін служби. Питома
запасена потенційна енергія листової
ресори
,
а пружини або торсіона
,
де G
=
МПа
- модуль пружності 2-го роду. Якщо
врахувати, що для сталі
то
при рівності напружень
запасена енергія одиниці об’єму листової
ресори в 4 рази менша ніж у крученої
циліндричної пружини або торсіону.
Недоліки листової ресори є перевагами крученої циліндричної пружини і торсіону. Основним недоліком пружинної та торсійної підвісок є необхідність використання автономного напрямного пристрою, що ускладнює їх конструкцію і значною мірою знижує їх перевагу в металоємності.
Гумові пружні елементи використовуються, в основному, в якості допоміжних. Використання їх в якості основних пружних елементів підвіски обмежене із-за недостатнього робочого ходу.
Пневматичні та гідропневматичні пружні елементи використовуються в регульованих підвісках. Їх основними перевагами є придатність до регулювання висоти положення кузова та забезпечення нелінійності характеристики підвіски, що дозволяє отримувати однаково високу плавність ходу при різному навантаженні автомобіля. Основний недолік цих пружних елементів - постійна витрата їх робочого тіла - стиснутого повітря, на що потребується додаткова витрата енергії двигуна. У великовантажних автомобілях використовуються нерегульовані гідропневматичні пружні елементи, основною перевагою яких є мала питома металоємність.
Демпфуюча дія в підвісці забезпечується головним чином амортизаторами, які можуть бути односторонньої або двохсторонньої дії. Амортизатори односторонньої дії гасять коливання тільки при ході відбою. Амортизатори двохсторонньої дії гасять коливання як на ході відбою, так і на ході стиску, однак виконуються в більшості випадків несиметричними, з більшим коефіцієнтом опору на ході відбою. За конструктивним виконанням амортизатори бувають телескопічні (більш широко вживані) та важільні.