Значительно более полное представление о поведении кузова и колес машины при установившихся колебаниях дают амплитудно-
частотные характеристики, т. е. |
зависимость |
амплитуды рассмат |
риваемой величины (например, |
перемещения |
z 4) от частоты воз |
мущающей силы. Величины амплитуд находят |
либо решая уравне |
ния движения известными способами, либо непосредственно с по мощью ЭВМ.
В качестве примера на рис. 200 представлены три амплитудно-
частотные характеристики: |
перемещений |
кузова 2 V(v); ускорений |
кузова 2 v(v) и перемещений колеса |
(v) грузового автомоби |
ля с амортизаторами (--£ = |
0,25). Все эти величины отнесены к по |
ловине высоты неровностей (амплитуде) q0. Для того чтобы связать амплитуды колебаний с величинами s, V„, в нижней части рис. 2 0 0 приведен график, соответствующий рис. 199.
Амплитудно-частотные характеристики дают наглядное пред ставление о поведении кузова и колес при широких пределах изме
нения частоты возмущающей силы, при различных сочетаниях ве личин s, Vа.
В дорезонансной области (v < 12), соответствующей малым ско ростям движения и длинным неровностям, колеса и кузов стремят ся копировать профиль неровностей.
Область низкочастотного резонанса (v^tli) отличается воз растанием ускорений кузова и его перемещений по сравнению с вы сотой неровности. Колебания подрессоренной массы вызывают так же некоторое увеличение амплитуды колебаний ненодрессоренной
массы. Значительные колебания в области низкочастотного |
резо |
нанса в наибольшей степени ухудшают плавность хода. |
|
В области высокочастотного резонанса (v |
кузов остает |
ся почти неподвижным, но его ускорения могут |
существенно |
воз |
растать. Эти ускорения обусловлены большими перемещениями ко лес. Наличие упругой подвески приводит к тому, что амплитуда ко лебаний колес увеличивается и колесная машина как бы движется по волнистой дороге с высотой неровностей 2'v > 2 q0. Значитель
ные колебания в области высокочастотного резонанса приводят к отрывам колес от дороги, снижающим устойчивость и ухудшающим тяговые качества машины.
В межрезонансной (LI < v < Пк) и зарезонансной (v > i i j областях колебания уменьшаются, причем зарезонансная область смыкается с областью вибраций, а иногда и звуковых колебаний.
Величины перемещений и ускорений, особенно в резонансных областях, зависят от параметров автомобиля и в частности от со противления амортизаторов. Это можно заметить и на приведенных графиках. Затухание низкочастотной составляющей получилось
|
|
|
|
|
небольшим |
(ф |
= 0,16), а амплитуда перемещений кузова — зна |
чительной |
(при |
низкочастотном резонансе); затухание |
высокоча |
стотной составляющей получилось более сильным |
(бк = |
0,32) и по |
этому амплитуда перемещений колеса составила лишь |
1,33 qo |
(при высокочастотном резонансе). Этот пример |
показывает, что |
при надлежащем подборе характеристик амортизаторов можно су щественно уменьшить колебания колесной машины даже при не благоприятных резонансных режимах.
Величины, представленные на рис. 200, отнесены к единице вы соты неровностей и являются поэтому относительными. Они лишь показывают, при каких условиях наличие упругой подвески ослаб ляет или усиливает действие дорожных неровностей.
Чтобы учесть влияние высоты неровностей, следует перейти от относительных значений ускорений к абсолютным. Пусть, напри-
",,т
мер, при заданном v имеем относительное ускорение z.t = — =
Яо
= 250 '/см2. Абсолютное ускорение будет меняться в зависимости от высоты неровностей по линейному закону (прямая 2, рис. 201). На нося те или иные рекомендуемые или предельные величины ускоре ний (прямые 1, 3), можно найти соответствующие значения высот
неровностей; в нашем случае — около 12 |
мм для границы комфор |
та и около 60 мм для предела неудобства. |
|
Перейдем |
к характеристике плавности хода — графику, непо |
средственно |
оценивающему плавность |
хода колесной машины |
(рис. 202). Он получается, если повторить приведенные рассуждения
Рис. 201. График связи между ускорением и высотой неровности
Оfa
iД л и н а неро&ностсй
Рис. 202. График плавности хода
для различных v и найти значения высот неровностей, соответ ствующие рекомендуемым или допустимым пределам для перевоз ки как людей, так и груза (z ^ K = 0,65 g ; z£Pn = 1,0 g ). Кривые
на этом графике делят высоты неровностей на области рекомендуе мых, допустимых и недопустимых значений по условиям плавности хода. Сплошные линии соответствуют перевозке пассажира, пунк тирные — перевозке груза.
С помощью характеристики плавности хода рассматриваемого автомобиля можно, например, установить, что при обычных скоро стях ( Vа = 20—40 км/ч) и при распространенных длинах неровно стей (s = 1— 4 м) желательно, чтобы высота неровностей не пре вышала 50 мм (из условия сохранности груза) при наибольшей до пустимой высоте — 70 мм.
По характеристике плавности хода можно также находить зна чения максимальных скоростей, рекомендуемых или допустимых на дороге данного микропрофиля, и решать другие задачи.
Вынужденные колебания многоосной колесной машины имеют свои особенности.
Если неровность единичная и короткая, так что s < lt, то ее про езд вызовет серию воздействий на кузов. На рис. 203, а представле ны возмущающие воздействия, соответствующие правой части урав нений для вертикальных Qz (t) и угловых Q a (/) колебаний. Если
расстояние между осями одинаково, то вертикальные колебания бу дут обусловлены серией из четырех периодических воздействий. Для угловых колебаний воздействия обратно пропорциональны рас стоянию от оси до центра тяжести автомобиля.
При х > / г воздействия от отдельных неровностей накладыва
ются друг на друга, и, начиная практически с s = 2 //, проезд еди ничной неровности длиной s и высотой 2 q0 дает такой же эффект, как если бы колесная машина проезжала условную единичную не ровность длиной s„ и высотой qla. При этом
«л = s + Ц |
2 q0< q*a < J2q0 , |
|
где j — число осей. |
|
|
На рис. 203, б показан вид возмущающих воздействий Qz |
(t) |
и Qa (t) при проезде достаточно длинной неровности. Функции |
Q |
и Qa можно представить в виде суммы составляющих (гармоник),
зависящих от длин s и s + L. С увеличением длины неровности практическое значение приобретает гармоника, определяемая пол ной длиной условной неровности s + L ,a высота условной неровно сти растет быстрее, чем Q„.
Наибольшие колебания кузова соответствуют резонансным ско ростям. Например, для вертикальных колебаний:
о
Рис. 203. Схема возмущающих воздействий на многоосную машину
ГЛАВА 17
ПОДВЕСКА
1.ТРЕБОВАНИЯ К ПОДВЕСКЕ
Кподвеске колес относится совокупность деталей, связывающих колеса (мосты) и корпус колесной машины. Подвеска колес служит для того, чтобы передать силы и моменты, действующие на колеса, раме и корпусу, смягчить динамические нагрузки и придать колеба ниям корпуса желаемый характер.
Подвеска колесной машины состоит из трех устройств: упругого,
гасящего и направляющего. Упругое устройство уменьшает дейст вие вертикальных динамических нагрузок, одновременно вызывая колебания корпуса и колес. Эти колебания должны происходить при определенных силах сопротивления, которые обеспечиваются гасящим устройством подвески. Продольные и поперечные силы от колес должны передаваться корпусу через направляющее устрой ство подвески, определяющее также характер перемещения колес относительно корпуса и опорной поверхности.
Основные требования, которым должна удовлетворять подвеска, следующие:
1) надлежащая упругая характеристика, обусловливающая вы сокую плавность хода колесной машины, малые поперечные крены, отсутствие ударов в ограничители хода, хорошую устойчивость;
2)необходимая величина и характеристика затухания;
3)надлежащая кинематическая характеристика, необходимая для уменьшения износа шин, стабилизации управляемых колес, соз дания правильной кинематики рулевого привода и улучшения «дер жания» дороги колесной машиной;
4)надежная передача от колеса кузову продольных и попереч ных сил и их моментов;
5)удобство компоновки колесной машины и размещения под
вески; 6) достаточные прочность и долговечность деталей подвески, в
частности, упругих элементов, относящихся обычно к числу наибо лее напряженных деталей машины;
7) минимальный вес подвески, в частности, ее неподрессоренных частей.
Выполнение этих требований зависит от типа и конструкции на правляющего, упругого и гасящего устройств.
2. НАПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПОДВЕСКИ
Направляющее устройство подвески: а) определяет характер движения (кинематику) колеса относительно опорной поверхности и корпуса и б) передает силы и моменты, действующие между ко лесом и корпусом.
Различные силы взаимодействия колеса и дороги можно свести к трем составляющим (реакциям): вертикальной, продольной, по перечной или боковой. Передача этих сил и их моментов происхо дит через детали подвески, причем вообще силы и моменты, дейст вующие на левое и правое колеса, не равны между собой.
Неровности дороги обусловливают появление вертикальных сил и их моментов, носящих ярко выраженный динамический характер. Эти силы и иногда их моменты передаются кузову с помощью упру гого устройства подвески. В некоторых случаях через него могут пе
редаваться и другие составляющие сил взаимодействия колеса и до роги.
Продольные и поперечные составляющие и их моменты переда ются через направляющее устройство подвески. Чаще всего значи тельной величины достигают продольные силы (тяговые и тормоз ные усилия) и моменты (реактивные) относительно оси колес.
По типу направляющего устройства подвески делят на зависи мые и независимые.
Особенностью зависимой подвески является наличие жесткой балки, связывающей левое и правое колеса, вследствие чего пере мещение одного колеса в поперечной плоскости передается другому.
При независимой подвеске колеса отсутствует непосредственная связь его с другим колесом. В зависимости от тбго, в какой плоско сти перемещается колесо при подъеме, различают независимые под вески с перемещением колеса в поперечной (рис. 204, а и б), про
|
|
|
|
|
дольной (рис. 204, |
в и г ) или одновременно в продольной и попе |
речной плоскостях |
(рис. 204, д). В независимых подвесках каждого |
из этих трех типов, |
колесо может быть связано с корпусом |
(рамой) |
одним (рис. 204, в) |
или двумя (рис. 204, г) |
рычагами. |
|
При подвеске на двух рычагах прямые, |
соединяющие |
центры |
шарниров верхнего и нижнего рычагов, образуют |
разносторонний |
четырехугольник. Если верхний и нижний |
рычаги |
одинаковы по |
длине и параллельны, подвеска называется параллелограммной; при неодинаковой длине рычагов — трапециевидной. Кроме того, независимая подвеска может быть свечной (телескопической), ко гда колесо перемещается вдоль направляющей (рис. 204, е). Если направляющая вертикальна, то подъем колеса не сопровождается перемещением колеса ни в поперечной, ни в продольной плоскостях.
35* 387
Гии направляющего устройства и тип упругого элемента не за висят вообще один от другого. Например, зависимая подвеска мо жет быть рессорной, пружинной, торсионной, пневматической. На оборот, торсионная подвеска может быть зависимой и независимой. Однако некоторые сочетания направляющих устройств и упругих элементов могут иметь преимущества перед другими.
Независимая подвеска применяется для многих бронирован ных колесных машин и армейских автомобилей высокой проходп-
Направляющее устройство подвески должно быть таким, чтобы при вертикальном перемещении колеса не происходило ни горизон тальных смещений отпечатка колеса, ни угловых поворотов его оси.
Поперечные перемещения, вызывающие изменение колеи, уве личивают износ шин и сопротивление движению автомобиля на мягких грунтах. Продольные перемещения имеют второстепенное значение, ухудшая иногда кинематику рулевого привода.
Изменение наклона (развала) колеса в поперечной плоскости наиболее нежелательно при управляемых колесах, так как сопро-
зождается появлением гироскопического момента, вызывающего влияние колеса (явление «шимми»). Кроме того, качение колеса с меняющимся развалом, вызывая боковую силу, может ухудшить удержание дороги», а также вызвать износ его шин. Угловые пере мещения в продольной плоскости нежелательны для управляемых колес, так как означают ухудшение стабилизации колес вследствие изменения угла наклона шкворня назад. Когда вертикальное пере мещение колеса сопровождается его поворотом вокруг вертикаль ной оси, то это ведет к изменению траектории, ухудшению держа ния дороги колесной машиной.
Направляющее устройство не должно мешать выносу двигате ля вперед, чтобы лучше использовать пространство внутри базы колесной машины, а также повысить плавность хода путем более целесообразного распределения подрессоренных частей (увеличе ния момента инерции относительно поперечной оси, проходящей че рез центр тяжести подрессоренной массы).
В целом направляющее устройство колесной машины высокой проходимости по сравнению с автомобилем ограниченной проходи мости должно допускать значительные перемещения колес относи тельно корпуса и обладать повышенной прочностью.
З а в и с и м ы е п о д в е с к и . Наиболее простой является под веска на двух полуэллиптических рессорах (рис. 205, а). Характер перемещения моста относительно кузова зависит от параметров рес соры, так как рессора является не только упругим элементом, но и составляющей частью направляющего устройства. Число шарниров здесь равно шести — по три на каждую рессору. Продольные силы и реактивный момент в рессорных подвесках могут передаваться, помимо рессоры, через рычаги (штанги).
В подвеске (рис. 205, б) пневматический упругий элемент 1 мо жет передавать только вертикальные нагрузки. Поэтому передача продольной силы и ее момента происходит через штангу 3, жестко связанную с балкой 4 оси и шарнирно с рамой. Боковые силы пере даются штангой 5, левый конец которой шарнирно связан с рамой. Пневматический упругий элемент работает с незначительным тре нием, и поэтому в подвеску введен амортизатор 2. По числу шарни ров конструкция упростилась — их осталось четыре.
Основными преимуществами зависимой подвески наиболее рас пространенного типа (рис. 205, а) являются простота конструкции и малая стоимость: листовые рессоры могут выполнять одновремен но функции направляющего устройства, упругого элемента и гася щего устройства. Зависимая подвеска сравнительно проста в обслу живании; тем проще, чем меньше число шарниров и чем шире ис пользуется для них резина, исключающая необходимость в смазке. При движении автомобиля на поворотах шины изнашиваются мень ше, так как крен испытывает корпус, а не мост.
Зависимая подвеска имеет ряд недостатков. При одностороннем вертикальном перемещении колеса меняется колея (АВ на рис. 206)
