Управляемый мост

Требования и их конструкция

Рассмотрим основы проектирования управляемых мостов с зависимой подвеской на ведущих колесах. Управляемые мосты должны удовлетворять не только общим, но и специальным требованиям и соблюдать необходимую кинематику поворота транспортного средства, устойчивость прямолинейного движения и стабилизацию колес, высокую маневренность, возможно малую массу неподрессоренных частей, правильные углы установки шкворней и колес. При общей конструкционной схеме управляемые мосты могут иметь некоторые особенности, зависящие от компоновки транспортных средств, нагрузки на мост, а также различаться линейными размерами и размерами поперечных сечений балки, рычагов и способами их крепления. Как правило, балки имеют площадки для крепления управляющих элементов подвески. Это листовые рессоры или пневматические элементы подвески. По сравнению с неуправляемыми мостами управляемые мосты имеют меньшее расстояние между рессорами или пневмоэлементами, что позволяет получить требуемый, максимально возможный угол поворота колес.

С увеличением диаметра шин, их ширины и углов поворота колес при прочих равных условиях расстояние между рессорами и пневмоэлементами уменьшается. При неизменных вертикальной и угловой жесткостях рессор уменьшение расстояния между ними приводит к снижению угловой жесткости передней подвески, что повышает нагруженность балки моста и ухудшает управляемость транспортных средств. Это обуславливает применение в последующих конструкциях изделий стабилизаторов поперечной устойчивости, уменьшение бокового крена троллейбуса и увод управляемых колес, что способствует уменьшению управляемости изделия. Уменьшение расстояния между рессорами увеличивает вылет колеса, в результате чего повышается нагруженность балки переднего моста.

Балка моста, как правило, кованая стальная двутаврового сечения. Иногда применяют трубчатые балки круглого или эллиптического сечения, однако, они более сложны в производстве и имеют большую стоимость. Но, тем не менее, имеют высокую прочность при малой массе и хорошо работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и на кручение.

Фирма «Кайзер» (США) разработала конструкцию алюминиевой балки, значительно облегчающую мост. Среднюю часть балки опускают прогибом, чтобы можно было ниже опустить агрегаты, но это ограничено дорожным просветом под балкой, который принят для пассажирских транспортных средств. Концы балки выполняют в виде кулаков, которые входят в вилки поворотных цапф, что в отношении техники изготовления более рационально, чем старые конструкции с вилками на концах балки.

Применяются шкворни цилиндрические и конические. Цилиндрические шкворни используются на изделиях ГЭТ, унифицированных с автомобилями МАЗ. Преимущество цилиндрического шкворня состоит в простоте его изготовления, в большей надежности крепления из-за отсутствия его поворотов балки и меньшем числе деталей крепления, что снижает трудность обслуживания и улучшает ремонтопригодность узла. Необходимо, чтобы он обладал поверхностной твердостью и имел мягкую сердцевину. С этой целью применяют на МАЗ запрессовку шкворня глубокого нагрева. Это позволило увеличить глубину шкворня до 2 мм и значительно повысить сопротивление усталости для снижения прочности шкворня. Наиболее нагруженной является поворотная цапфа. В эксплуатации установлено, что выход из строя цапф вызывается усталостным разрушением в зоне галтели. Проведенные экспериментально – исследовательские работы по повышению долговечности поворотных цапф позволили сделать вывод, что весьма существенно влияют радиусы галтели от 3,2 до 7,6 мм (повышается предел выносливости на 50%). Также установлено, что при накатке галтелей роликом выносливость напора увеличивается также на 50%, а при повышенной твердости, увеличенной с 255 – 280 HB до 290 – 320 HB, увеличивается на 20%. В качестве упорных подшипников принимаются упорные шайбы с уплотненными резиновыми кольцами. Подшипники скольжения с подшипниками качения в условиях их работы при больших динамических нагрузках создается значительно меньшее давление на опорную поверхность, а также улучшается уплотнение узлов. Между шкворнями и поверхностными цапфами устанавливают подшипники скольжения, выполненные в виде втулок. Изготавливают из оловянистой бронзы (МАЗ) или из фосфористой бронзы, или из свертных стальных лент с антифрикционным слоем из оловянистой бронзы (зарубежные фирмы). На автотранспортных средствах фирмы «Магирус» вместо втулок установлены игольчатые подшипники. Заслуживают применения в транспортных средствах втулок из порошкового материала, позволяющих увеличить периодичность смазывания. Материалы, используемые для основных деталей некоторых транспортных средств следующие:

• балка управляемого моста – Сталь 40,45;

• правые и левые поворотные цапфы – Сталь 40Х;

• втулки поворотной цапфы – Бронза или оловянистый томпак;

• шкворень – Сталь 45 или Сталь 18ХГТ.

Выбор основных параметров управляемого моста

Колея передних колес при выбранном размере колес и ширине рамы определяется в основном условиями обеспечения необходимых углов поворота управляемых колес и размещения деталей рулевого привода между колесами и лонжеронами рамы. Дорожный просвет под балкой моста зависит от расположения агрегатов управления и размеров шин. Максимальный угол поворота внутренних управляемых колес и размеров базы изделия определяют ее маневренность. На большинстве современных автотранспортных средств этот угол составляет от 38º до 46º. Правильная установка управляемых колес, обеспечивающая качение с минимальной затратой мощности без значительного износа шин с необходимой стабилизацией достигается правильным выбором угла установки шкворней и колес. Положение шкворня определяется углами и , характеризующими его наклон, соответствует поперечной и продольной плоскостям. Поперечный угол используют для стабилизации колес путем подбора приходящихся на мост веса изделия. Угол выбирается в пределах от 3º до 8° и обеспечивается конструкцией балки моста. Продольный угол наклона шкворня вводится для стабилизации за счет использования боковых реакций опорной поверхности, возникающей под действием опорной силы при повороте. Устанавливаются от 1° до 4º в зависимости от эластичности шин конструкции рулевого управления. Продольный угол наклона шкворня обеспечивается соответствующей установкой передней рессоры. Угол развала передних колес служит для компенсации деформации в системе передней подвески и зазоров в деталях моста по мере их изнашивания. На большинстве транспортных средств угол развала устанавливается в интервале от 0º 30´ до 1º 30´ и обеспечивается конструкционным использованием моста. Для уменьшения боковых сил, действующих в контакте управляемых колес с дорогой. Числу развала должно соответствовать оптимальное схождение колес A-B в горизонтальной плоскости, которое регулируется поперечной рулевой тягой.

Рисунок 24. Углы установки передних управляемых мостов

По исследованиям и конструкциям транспортных средств принят оптимальный угол схождения управляемых колес в среднем от 15 до 20% угла развала в зависимости от типа шин и других конструкционных параметров. Определение основных размеров деталей управляемого моста при проектировании определяют методами расчета на прочность по существующим методикам с учетом веса, приходящихся на управляемый мост и максимальных нагрузок при торможении, заносе и динамическом ударе, а также используются существующие статистические данные по аналогичным деталям различных транспортных средств, надежность которых проверяется опытом эксплуатации. Размеры сечения балки выбирают таким образом, чтобы расчет и управление были ниже аналогичных напряжений в тех же деталях, действующих транспортных средств аналогов так, как скорости движения новых изделий и нагрузки на мост, а следовательно, и динамические нагрузки возрастают.

Рекомендуемые и допустимые основные параметры двутавровой балки:

Максимальная нагрузка на мост, кН	Высота сечения	Ширина балки	Диаметр отверстия под шкворень, мм	Предел текучести материала , МПа
	в среднем
34,3 44,1 59,0 68,7	85 (90) 95 (105) 105 115	65 (70) 75 (80) 80 85	38 45 50 50	785 785 785 785

В скобках указаны допустимые параметры, без скобок – рекомендуемые.

Расчеты на прочность позволяют достаточно ориентировочно выбрать необходимые размеры деталей так, как при этом не учитываются нагрузки, вызывающие поломки и определения долговечности детали. Объясняется это тем, что детали управляемого моста, не являясь подрессоренными массами, в эксплуатации находятся под воздействием нагрузок, которые зависят как от условий эксплуатации, так и от параметров изделия и его узлов. В связи с большим числом факторов, влияющих на нагруженность деталей управляемого моста, оценка их эксплуатационной долговечности в процессе конструкторско-эксплуатационных работ является сложной задачей. Для окончательного выбора конструкционных параметров деталей управляемого моста проявляет эксплуатационно-исследовательские работы по выявлению внешних эксплуатационных факторов и конструкционных особенностей на их нагруженность при эксплуатации изделий.

Цель исследования нагруженности деталей состоит также в получении исходных данных для последующей оценки эксплуатационной долговечности детали путем проведения стендовых испытаний на усталость с имитационными режимами нагружения равным эксплуатационным. Проверяется также технология мероприятий по повышению долговечности деталей. В результате комплексного наблюдения расходных и экспертно-исследовательских работ достигается возможность обоснованно выбрать размеры управляемого моста.