книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

Q

Рис. XIII. 1. Упругие харак­ теристики подвесок:

1 — постоянной жесткости; 2 —

Т а б л и ц а XIII. 2

Классификация подвесок

310

являются относительно простая технология изготовления, удоб­ ство ремонта и возможность выполнения функций направляющего устройства. Недостаток листовых рессор — высокая металлоем­ кость и недостаточный срок службы. Энергия упругой дефор­ мации -1-, отнесенная к весу, у рессор составляет 1000— 1500 см. У торсионов и пружин этот показатель выше (3000—3500 см). Однако н пружины, и торсионы требуют рычажного направля­ ющего устройства, что увеличивает вес подвески.

Из листовых рессор наиболее распространенными являются рессоры трех типов (рис. X III.2): полуэллиптическая (а), канти-

Коэффициент деформации для рессоры равного сопротивления изгибу (идеальная рессора) составляет 1,5. В реальных рессорах б = 1,45-ь 1,25 в зависимости от формы концов и числа листов одинаковой длины: при оттянутых концах листов б = 1,4-ь1,45; с листами, обрубленными по прямой, двумя коренными и одним обратным листом б = 1,35; с несколькими листами одинаковой длины б = 1,25.

В выполненных конструкциях коэффициент асимметрии е = = 0,1-ь0,3. Несимметричные рессоры увеличивают сопротивление крену и «клевкам» при торможении автомобиля.

1 Величина потенциальной энергии при упругой деформации.

311

I

312

Прогиб четвертной рессоры

показана на рис. X III.3. Рессора жестко крепится к балке моста стремянками и накладками. Переднее ушко рессоры соединяется с кронштейном рамы посредством простого шарнира, а заднее — с помощью качающейся серьги. При таком креплении на рессору воздействуют поперечные и продольные силы н их моменты, которые воспринимаются ушками коренных листов. Вследствие наклона сережки возникает продольная сила S.

Листы от продольного смещения удерживаются выштампованными выступами, входящими в углубление смежного листа.

Втулки рессорных пальцев изготавливаются из бронзы, пласт­ масс или мягкой стали. Посадка втулки в ушке должна гаранти­ ровать от ее проворачивания и осевого смещения. Применяют также резьбовые и резиновые втулки.

Для изготовления листов применяют горячекатаные стали, указанные в табл. III.3. Требования к рессорам приведены в ГОСТ 3396—54.

На рис. X III.4 показана конструкция подвески с креплением листовой рессоры к кронштейнам рамы посредством резиновых подушек. Такое крепление не требует смазки и уменьшает скру­ чивающий момент, действующий на рессору при перекосе осей автомобиля. В осевом направлении листы фиксируются центровым болтом.

В рессорах листы плотно прилегают друг к другу. Трение между листами является одной из причин их преждевременной поломки. Для уменьшения трения трущиеся поверхности листов смазывают графитной смазкой. Для рессор легковых автомобилей применяют неметаллические прокладки между листами или вставки по концам листов. Для прокладок применяется фанера, полиэти­ лен, полиамиды или специальные ткани, пропитанные связующим

где М„ — изгибающий момент в среднем сечении рессоры от внеш­ ней нагрузки.

Многолистовые рессоры собираются из листов, имеющих в свободном состоянии различную кривизну. При затяжке стре­ мянками они выгибаются, и в материале листов возникают сбо­ рочные напряжения изгиба. Кривизна листов выбирается таким образом, что в длинных.лпстах сборочные напряжения вычитаются

3J3

314

Рис. XIII.4. Листовая рессора с креплением в резиновых подушках

из напряжений от рабочей нагрузки, а в коротких складываются с ними. Этим достигается уменьшение суммарных напряжений в длинных листах, которые кроме вертикальной нагрузки пере­ дают тяговые и тормозные силы.

В практике применяется приближенный метод расчета напря­ жений, основанный на гипотезе, что кривизна листов после сборки одинакова и нагрузка распределяется по всей длине листа. Если исходить из этого допущения, то изгибающий момент, действу­ ющий на лист, определяется уравнением

(XIII.5)

где J і — момент инерции і-го листа; R t — радиус кривизны /-го листа в свободном состоянии; R 0— радиус кривизны листа после сборки.

Напряжения от затяжки подсчитываются по формуле

(ХШ.6)

Момент инерции рессоры в среднем сечении должен обеспечи­ вать получение заданного прогиба, а толщина листов определяется из условия прочности. На основании формул (XIII.3), (X III.4) II (X III.6) может быть получена зависимость между напряжениями в листах и прогибом. Для полуэллиптической рессоры с учетом напряжений от затяжки

(XIII.7)

где / — номер листа.

График распределения напряжений в рессоре, имеющей 13 ли­ стов, показан на рис. X III.5. В действительности эффект затяжки рессоры стремянками по мере приближения к концу листа умень­ шается, поэтому напряжения в длинных листах будут несколько выше расчетных, а в коротких меньше.

Основной причиной поломки листов являются их усталостные разрушения. Если амплитуду деформации рессоры обозначить АД

ские напряжения. Амплитуда цикла сга больше у более толстых коренных листов. У коротких листов напряжения от затяжки складываются с напряжениями от внешней нагрузки и они рабо­ тают при более высоких средних напряжениях цикла ат, а сле­ довательно, при более высоких значениях коэффициента асим­

Таким образом, за счет рационального выбора радиусов кри­ визны листов R( удается обеспечить их одинаковую долговечность.

315

При циклическом изгибе стального листа сопротивление усталостному разрушению сжимаемых слоев в два раза выше чем у растягиваемых. Для повышения усталостной прочности рессор поверхности листов, работающие на растяжение, после термической обработки подвергают дробеструйной обработке, в результате которой в поверхностном слое глубиной до 0,8 мм создаются предварительные напряжения сжатия (см. рис. III. 1). Наклеп дробью одновременно уменьшает влияние дефектов по­ верхности листа на усталостную прочность. Остаточные напря­ жения сжатия в растягиваемых волокнах листов могут быть соз­ даны также предварительной пластической осадкой рессоры на обжимочном прессе. Пластическая осадка производится в преде­ лах напряжений 1,15сгт—0,85ав. Осадка приводит к более равно­ мерному распределению напряжений между листами.

Повышение усталостной прочности достигается также приме­ нением для листов несимметричных профилей проката. Нейтраль­ ная ось сечения должна располагаться ближе к сжимаемой по­ верхности листа. В этом случае растягивающие напряжения будут

няются на некоторых легковых автомобилях. Рессора имеет форму балки равного сопротивления изгибу. Высота поперечного сече­ ния балки по середине определяется из условия прочности при

Однолистовые рессоры имеют увеличенную по сравнению с мно­ голистовыми длину, а поэтому на автомобилях средней, а тем более большой грузоподъемности не применяются из-за условий компоновки. В сочетании с пневматическими баллонами в качестве

316 ■

Рис. XIII.5. Распределение напряжений в листах рессоры

Рис. XII 1.6. Конструктивная схема однолистовой рессоры

317

дополнительного упругого элемента, выполняющего функции направляющего устройства, они получили применение и на ав­ тобусах.

С п и р а л ь н ы е п р у ж и н ы в качестве основного упру­ гого элемента применяются, главным образом, для легковых автомобилей при независимой подвеске колес. Пружины изго­ тавливаются из прутка круглого или прямоугольного сечения. Цилиндрические пружины имеют линейную характеристику; ко­ нические — нелинейную прогрессивную характеристику.

Для повышения несущей способности пружин подвески их подвергают заневоливанйю. При заневолнванип пружину сжи­

мают до соприкосновения виткои и выдерживают под нагрузкой 6—48 ч, чтобы пружина получила остаточнуіб деформацию. В ре­ зультате этой заключительной технологической операции в опас­ ных зонах сечения пружины возникают остаточные касательные напряжения, которые противоположны рабочим напряжениям по знаку.

Спиральные пружины применяются также для улучшения характеристики подвесок на листовых рессорах. На рис. X III.7 представлена схема рессорной подвески с корректирующими пру­ жинами.

При минимальной статической нагрузке пружины располага­ ются горизонтально, как показано по схеме, а потому вертикаль­ ную нагрузку не воспринимают. При дополнительном прогибе рессоры на. величину h пружины вступают в работу и жесткость

10— длина пружины в свободном состоянии; а — длина пружины при минимальной нагрузке.

■Характеристика подвески прогрессивная при сжатии и регрес­ сивная при отбое, близкая к кривой 2, показанной на рис. XIII. 1.

318

Т о р с II о н ы применяются при независимой подвеске ко* лес на многоосных автомобилях, прицепах и на некоторых мало­ литражных автомобилях (ЗАЗ-966, ЗАЗ-969). При том же весе срок службы торсиона выше, чем у листовой рессоры. Пучковые торсионы применяются вместо одинарных с целью сокращения конструктивной длины. Периферийные стержни пучкового тор­ сиона работают на кручение с изгибом. Поэтому при той же проч­ ности и жесткости вес пучкового торсиона в 1,5— 1,8 раза больше, чем у одинарного.

П н е в м а т и ч е с к и е р е з и н о - к о р д н ы е у п р у ­

в зависимости от нагрузки (автобусы, грузовые автомобили, автопоезда). Путем изменения внутреннего давления воздуха в пневматическом элементе можно автоматически регулировать жесткость подвески таким образом, чтобы при различной стати­ ческой нагрузке ее прогиб и частота собственных колебаний под­ рессоренной массы оставались постоянными. Характеристика пнев­ матической подвески нелинейная, прогрессивная при ходе сжа­ тия и отбоя, поэтому высокая плавность хода может быть получена при ограниченных относительных перемещениях подрессоренных и неподрессоренных масс. При применении пневматической под­ вески можно осуществлять регулирование положения кузова от-, носптёльно поверхности дороги (погрузочной высоты), а при независимой подвеске — дорожного просвета (см. ниже).

Пневматические резино-кордные упругие элементы (рис. X III.8) имеют высокую долговечность. Вес самого пневматического эле­ мента мал и вес подвески определяется весом направляющего устройства и дополнительного оборудования системы питания воздухом. На автомобилях большой грузоподъемности примене­ ние пневматической подвески обеспечивает некоторое снижение веса по сравнению с подвеской на листовых рессорах.

Конструкции пневматических подвесок отличаются разнооб­ разием упругих элементов, направляющих устройств и систем

тавливаются из двухслойных резино-кордных оболочек. Для

более долговечны,' компактны, обеспечивают высокую герметич­ ность. Однако для получения достаточно низкой частоты соб­ ственных колебаний они требуют применения значительных дополнительных резервуаров.

319