12.4.4. Гумові пружні елементи

Гумові пружні елементи можуть працювати по наступних схемах: на стиск (рис. 12.13, a), на плоский зсув (рис.12.13, б), на круговий зсув (рис.12.13, в), на кручення (рис.12.13, г).

а б в г

Рис. 12.13. Схеми гумових пружних елементів.

Гумові пружні елементи розраховуються за формулами:

- елемент, що працює на стиск

(12.40)

- елемент, що працює на плоский зсув

при (12.41)

- елемент, що працює на круговий зсув

при (12.42)

- елемент, що працює на кручення

(12.43)

Модулі пружності E і G в формулах (12.40) і (12.41 ) змінюються в дуже широких інтервалах в залежності від жорсткості гуми ( із збільшенням жорсткості модулі зростають): E = 1…10 МПа, G = 0,3…3 МПа

Вказані в формулах (12.40), (12.41), (12.42), (12.43) допустимі напруження відповідають статичному навантаженню. При динамічному навантаженні допустимі напруження на стиск і круговий зсув менші допустимих статичних напружень втричі, а на плоский зсув і кручення - в чотири рази.

12.5. Кутова жорсткість підвіски і стабілізатор поперечної стійкості.

На підресорну масу під час повороту на дорозі із поперечним нахилом діє бокова поперечна сила, що викликає появу моменту крену (12.14, а):

(12.44)

де R_y – поперечна (бокова) сила; h_ - плече крену - відстань від центра крену до центра ваги кузова підресореної маси; M_п - підресорна маса; _к - кут крену.

Цей момент викликає нахил кузова у поперечній площині, який називається креном. Крену кузова протидіє підвіска. Здатність підвіски протидіяти кренам визначається її поперечною характеристикою, яка являє собою залежність поперченого моменту, що діє на підвіску, від її кутової деформації. Похідна від поперечної пружної характеристики підвіски є кутова (поперечна) жорсткість підвіски с_. Якщо ця характеристика лінійна, то .

a

а б в

a

г д

Рис. 12.14. Схеми для визначення положення центра крену O і кутової жорсткості незалежних підвісок

Застосування підвісок із малою жорсткістю приводить до збільшення кута крену під час повороту. Кут поперечного крену визначається як відношення моменту бокової сили, що викликає поперечний крен кузова, до кутової жорсткості підвіски:

(12.45)

При значному куті крену автомобіль може втратити стійкість. Тому значення _к обмежується. Так, наприклад, для автобусів якщо R_y = 0,4 M_пg, то _к  6⁰. Зменшення кута крену можна одержати не тільки збільшенням кутової жорсткості с_а, але і зменшенням відстані від центра ваги до осі крену h_.

На рис. 12.14 приведені схеми підвісок із вказаним положенням центра крену () О. Висота центра крену залежить від кінематичної схеми підвіски: у залежній ресорній підвісці (12.14, а) центр крену розміщений у площині вушок кріплення ресори; в одноважільній підвісці (12.14, б) – дещо вище площини розміщення важелів; у важільно-телескопічній підвісці – дещо нижче площини розміщення важелів; у підвісках на двох паралельних поперечних або поздовжніх важелях – у площині дороги 12.13, в, д). Тобто, з точки зору здатності підвіски протидіяти кренам кузова, перевагу мають перших два типи підвісок, останніх два типи найменш пристосовані, а важільно-телескопічні – займають проміжне положення. Слід зазначити, що для більшості приведених схем незалежних підвісок висота центра крену залежить від деформації пружних елементів і, отже, від навантаження автомобіля.

Кутова жорсткість підвіски зв’язана із вертикальною жорсткістю с_п. Для приведених схем кутова жорсткість без врахування жорсткості стабілізатора і жорсткості шин визначається як:

- для залежної підвіски (рис. 12.14, а)

(12.46)

д

a

е В_р - ресорна колія - приведена до осі коліс відстань між пружними елементами;

- для незалежних підвісок (рис. 12.14, б, в, д і рис. 12.14, г) відповідно

(12.47)

де В – колія; a, b – співвідношення плеч важільної системи.

Для зменшення поперечного крену підресореної частини під дією бокової сили застосовують стабілізатор поперечної стійкості, який являє собою торсійний стержень, що закручується під час крену і дозволяє збільшити кутову жорсткість підвіски (рис. 12.15). На вертикальну жорсткість підвіски стабілізатор не впливає. Момент бокової сили, що викликає крен кузова, розподіляється по осях (Т_а1, Т_а2) пропорційно кутовій жорсткості підвіски.

Р озподіл кутових жорсткостей повинний бути таким, щоб задовольнялася нерівність Т_а1 > Т_а2. При цьому більший перерозподіл реакції відбудеться на передні керовані колеса, що приведе до збільшення відведення коліс і підсилить недостатню поворотність автомобіля. Необхідне збільшення жорсткості с_а1 порівняно із с_а2 досягається застосуванням стабілізатора, головним чином, у передній підвісці автомобіля. Оскільки стабілізатор діє паралельно з пружним елементом підвіски, то сумарна кутова жорсткість буде с’_а = с_а1 + с_ст.

Рис 12.15. Розрахункова схема стабілізатора поперечної стійкості.