книги из ГПНТБ / Никитин А.О. Теория танка учебник

Ч А С Т Ь III

ТЕОРИЯ ПОДРЕССОРИВАНИЯ КОРПУСА ТАНКА

Б предыдущих частях учебника прямолинейное движение и по­ ворот ганка рассматривались в предположении, что местность или дорога, по которой он движется, имеет ровную поверхность. В дей­ ствительности же на ней, как правило, имеются различные неров­ ности и танк при движении испытывает толчки и удары, вследствие чего сопротивление движению танка увеличивается, а скорость его уменьшается. Толчки и удары снижают скорость движения танка в гораздо большей степени, чем это обусловливается возросшим со­ противлением движению, и достигают такой величины, что затруд­ няют управление огнем и танком, наблюдение за местностью, угро­ жают безопасности членов экипажа пли же являются недопусти­ мыми по условию прочности отдельных деталей, узлов и механиз­ мов танка. Величины ускорений от толчков и ударов, испытывае­ мых корпусом танка при движении по неровностям, в большой сте­ пени зависят от качества подвески танка.^одвеской танка назы­ вается совокупность деталей, связывающих корпус танка с осями его опорных катков. Основными элементами подвески являются рессоры. При наезде тайка на неровность рессоры (упругие элемен­ ты подвески) деформируются и тем самым смягчают действие уда­ ров и толчков. Однако это явление сопровождается нежелательны­ ми колебаниями подрессоренного корпуса. Особенно большие ам­ плитуды колебаний корпус танка испытывает в условиях резонанса, когда даже незначительные по величине удары и толчки, следую­ щие один за другим, могут настолько сильно раскачать корпус тан­ ка, что балансирьи катков будут ударяться в ограничители хода.

Существенно улучшается работа подвески при установке амор­ тизаторов. Последние не только уменьшают амплитуды колебаний при резонансе, поглощая энергию колебательного движения, но в отдельных случаях и смягчают ударь» при наезде-танка на неров­ ности.

Оценка качества и выбор параметров подвески при проектиро­ вании того или иного танка должны базироваться на теоретических

-380

Г л а в а 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕОРИИ ПОДРЕССОРИВАНИЯ ТАНКА

§ 1. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ПОДВЕСКИ ТАНКА

Подвески танков как по характеру связи катков с корпусом, так т: по типу упругого элемента имеют самые разнообразные конструк­ ции. По характеру связи катков с корпусом подвески подразделя­ ются на независимые (индивидуальные), в которых каждый каток связан с корпусом танка независимо от остальных катков, и на ба­ лансирные, в которых катки объединены в блоки (тележки) и кор­ пус опирается на эти блоки. В современных машинах наибольшее распространение имеют независимые подвески. Балансирные под­ вески были распространены в первые годы после первой мировой войны. В дальнейшем, в связи с увеличением скорости движения танков, эти подвески, имеющие, как правило, меньшую энергоем­ кость, уступили место независимым подвескам.

По типу упругого элемента подвески могут быть: торсионные, со спиральными пружинами, с пластинчатыми пружинами, буфер­ ными, пневматическими, гидравлическими, гидропневматическими рессорами и др. Наибольшее распространение получили независи­ мые торсионные подвеоки.

При всем многообразии конструкций все подвески обеспечива­ ют свободное в определенных границах перемещение корпуса вверх и вниз, параллельно самому себе, и угловое продольное перемеще­ ние, т. е. обеспечивают свободный наклон корпуса на нос и на корму.

Поворот корпуса относительно продольной оси, проходящей че­ рез центр тяжести корпуса, затруднен. При таком перемещении корпуса опорные катки, обладающие относительно большой жест­ костью шин, должны иметь .поперечное скольжение по гусеницам или же гусеницы должны иметь поперечное скольжение по грунту, что порождает большие силы трения, препятствующие возникнове­ нию угловых поперечных колебаний корпуса.

382

Точно так же конструкция подвески исключает угловое переме­ щение подрессоренного корпуса относительно вертикальной оси, проходящей через его центр тяжести.

Явление «рыскания» ганка, т. е. некоторый поворот его вокруг вертикальной оси на небольшие углы пас-нередко в разные стороны, не имеет отношения к подрессориванию и связано с взаимодейст­ вием гусениц с грунтом, с величиной звег - гусениц и со свойствами механизмов поворота. Если на танке уст. довлен механизм поворо­ та дифференциального типа без блокиров/^и, то при прямолинейном движении, когда механизм поворота явля гея механизмом с двумя степенями свободы, явление «рыскания» узеличивается.

При наличии гусеничных цепей угловые 'Продольные колебания корпуса сопровождаются колебательным движением центра тяже­ сти вдоль продольной оси относительно точки, сохраняющей по­ стоянную среднюю скорость движения танка.

В теории подресооривания танка разработан единый метод ис­ следования работы подвески. Этот метод заключается в замене лю­ бой подвески с любыми упругими элементами и с различными ки­ нематическими связями осей катков с корпусом танка расчетной (приведенной) схемой подвески, эквивалентной исследуемой под­ вески.

Под эквивалентной подвеской мы понимаем подвеску, которая '( при равных вертикальных усилиях, приложенных к оси катка, обес­ печивает такие же вертикальные его перемещения, как и при дей­ ствительной подвеске. Эквивалентная подвеска должна обеспечивать одинаковые с эквивалентной подвеской нагрузки на катки во всех случаях, т. е. как при положении корпуса в статическом равно­ весии, так и при любом перемещении его относительно положения статического равновесия. Предварительное перемещение катков из положения полной разгрузки их до положения корпуса в статиче­ ском равновесии должно быть такое же, как и в исследуемой под­ веске.

В качестве такой расчетной схемы эквивалентной подвески мы можем принять подвеску с условными вертикальными рессорами, ; опирающимися на оси катков (рис. 173). Жесткость этой условной рессоры называется приведенной жесткостью. Приведенная жест- . кость является однимТиГосновных параметров системы подрессоривания, в значительной степени определяющим характер колебатель­ ного движения корпуса танка.

Расчетная схема подвески определяет схему сил, действующих v на корпус при его колебаниях. Эти силы равны произведению при­ веденной жесткости на деформацию условных рессор. Силы уп: ругости рессор расчетной схемы действуют вертикально вверх по линиям, проходящим через оси катков. Составление дифферен­ циальных уравнений колебаний корпуса танка при такой схеме сил значительно упрощается.

Рассмотрим последовательность составления расчетной схемы на примере наиболее распространенной в настоящее время тор-

383

сионной подвески. При составлении расчетной схемы применяем графоаналитический метод.

При полностью разгруженном торсионе балансир будет иметь угол наклона к горизонтали, равный ап (рис. 174). Задаемся ут­ лом закручивания торсиона р. Л'1 оменг упругих сил торсиона, про­ тиводействующих скручиванию, будет равен

384

Из равенства момента сопротивления торсиона скручиванию и закручивающего момента определяем силу Рк

ртМ_ р ---------------- 1----------- .

Перемещение катка по вертикали равно

/ к = a sin аа — a sin (я0 — ,3).

Задаваясь различными значениями угла [3, определяем значе­ ния Рк и / к и строим график

/ >к = /( Л ) -

Зависимость Р,. = / ( / ь.) называется характеристикой подвески. На рис. 175 приведена примерная характеристика торсионной подвески. При / к = / к , когда |3 = а0 и балансир расположен го­

ризонтально, кривая Р к = / ( / . ) имеет перегиб.

Условная вертикальная рессора расчетной схемы должна иметь ту же характеристику, что п торсионная.

Приведенная жесткость определяется как первая производная от функции Рк ~ / Ш п о / К) т. е.

(143)

Для аналитического определения тк необходимо определить предварительно функцию Рк = /(/„), т. е. для построенной ха­ рактеристики подвески необходимо подобрать уравнение и найти ее производную. В большинстве случаев тк определяют графо­ аналитическим методом, дающим достаточно точные результаты. Приведенная жесткость тк пропорциональна тангенсу угла на­ клона касательной и кривой Р к= / ( / к). Пользуясь масштабом силы Рк и масштабом перемещения катка, приведенную жест­ кость можно определить как-

где АРк в кг, а / к в м.

На рис. 175 построен график шк. Наименьшее значение т к для торсионной рессоры будет при значении fK = / к, , когда балансир расположен горизонтально. Характеристики торсионных рессор близки к прямолинейным и поэтому часто приведенную жесткость этих рессор принимают постоянной.

Втакой же последовательности можно построить приведенную

ккатку характеристику любой рессоры независимой подвески. В от­ дельных случаях удобнее задаваться не деформацией упругого эле­ мента, а вертикальным перемещением катка, определяя последова­ тельно деформацию упругого элемента, силу пли момент сопротив­ ления упругого элемента н силу Рк.

При балансирной подвеске расчетная схема будет состоять из условных рессор, установленных вертикально над условными кат­ ками, расположенными под осями крепления блоков подвески. Если блок подвески включает по два-три и более катка, то такой блок заменяется одним условным катком с условной вертикальной рес­ сорой, расположенной над осью условного катка. Характеристикой условной рессоры такой подвески является зависимость силы, при­ ложенной к оси крепления блока, от вертикального перемещения всех катков блока.

386

ков блока будет сопровождаться угловыми перемещениями балан­ сиров. Поэтому сила, приложенная к оси крепления блока, должна быть подсчитана с учетом этого углового перемещения балансиров.

Помимо приведенной жесткости, важными параметрами систе­ мы подрессоривания, характеризующими работу подвески, являют­ ся потенциальная энергия подвески (удельная потенциальная энер­ гия) и коэффициент динамичности рессоры.

Потенциальной энергией подвески W при вертикальных перемеиЩШяЗГкор'пуса называется сумма работ, необходимых для пол­ ной деформации всех рессор от"полиого разгруженного состояния до упора балансиров в ограничители хода катков. Потенциальная энергия на графике характеристики рессоры (см. рис. 175) пропор­ циональна площади, ограниченной кривой Рк. = / ( / к.) и осью а,бсцнсс. Очевидно,

Удельной потенциальной энергией подвески называется отно­ шение потенциальной энергии подвески к -подрессоренному весу танка, т. е.

( 145)

<Л.

Для большинства современных танков с независимыми подвес­ ками значения X лежат в пределах от 20 до 50 см (для блокирован­ ных— от 10 до 25 см). Очевидно, чем больше удельная потенциаль­ ная энергия, тем, при прочих равных условиях, меньше вероятности ударов балансиров в ограничители хода во время движения танка по неровностям и выше средняя скорость движения. При установ­ ке эффективных амортизаторов вероятность жестких ударов балан­ сиров в ограничители хода при движении танка по неровностям значительно уменьшается.

Коэффициент динамичности рессоры есть отношение

Чем больше коэффициент динамичности рессоры, тем меньше вероятность жесткого удара балансиров катков в ограничители хода.

§ 2. ЦЕНТР УПРУГОСТИ, СИММЕТРИЧНАЯ И НЕСИММЕТРИЧНАЯ ПОДВЕСКИ

В целях обеспечения лучшей проходимости танка по слабым грунтам необходимо равномерное распределение нормальной на­ грузки по длине опорной поверхности гусениц. При этих условиях будет лучше сцепление гусениц с грунтом и меньше сопротивление движению танка. Полной равномерности распределения нормаль­ ной нагрузки по всей длине опорной поверхности достигнуть нельзя. Л'1ожно только обеспечить более равномерное распределение веса танка по отдельным каткам. В этом случае будут равномерно на­ гружены подшипники и шины катков, что весьма важно в отноше­ нии обеспечения надежности работы этих элементов ходовой части танка. Однако и эту задачу не всегда удается решить. Обычно центр тяжести танка несколько сдвинут относительно центра опорной по­ верхности гусениц и, кроме того, даже при совпадении расположе­ ния центра тяжести подрессоренной части танка по длине с цент­ ром опорной поверхности гусениц не всегда удается расположить катки на одинаковом расстоянии от центра опорной поверхности гусениц.

Данное обстоятельство вносит некоторые особенности в работу подвески танка. В связи с этим различаем подвески симметричные

388

и несимметричные. Симметричными подвесками называются под- ]; вески, у которых центр упругостТГсовпадает с центром тяжести корпуса; несимметричными — у которых нет такого совпадения.

Под центром упругости подвески понимается точка, обладаю­ щая следующими' свойствами: при приложении к этой точке верти­ кальной силы корпус перемещается параллельно самому себе, а при приложении момента в продольной плоскости танка корпус пово­ рачивается относительно поперечной оси, проходящей через центр , упругости.

При приложении к центру упругости силы Р (рис. 177) корпус танка должен переместиться вниз на величину z. При этом допол­ нительные силы упругости всех рессор, уравновешивающие силу Р,

Рис. 177

будут равны сумме произведений приведенных жесткостей на де­

формацию всех рессор, т. е.

П

2т<ч= р -

С другой стороны, моменты от дополнительных сил рессор отно­ сительно поперечной оси у, проходящей через центр тяжести кор­ пуса, равны моменту силы Р, т. е.

где х — расстояние центра упругости по длине машины от центра

тяжести корпуса на плоскость движения. Смещение центра упругости равно

X =

р

389