книги из ГПНТБ / Теория и конструкция боевых колесных машин

Для уменьшения крена в подвеску вводят стабилизатор. Ввиду того, что момент, вызывающий крен, без стабилизатора распреде­ ляется по подвескам передних и задних колес примерно поровну, стабилизатор вводят только в подвеску передних колес. Это при­ дает автомобилю хорошую устойчивость как против заноса и опро­ кидывания, так и против бокового увода. Стремлением получить желаемое распределение по осям и объясняется то, что у большин­ ства автомобилей с мягкой подвеской стабилизатор установлен только в передней подвеске.

Нелинейная характеристика подвески также обеспечивает уменьшение поперечного крена кузова, если нарастающая жест­ кость подвески ограничивает деформации упругих элементов.

Дадим сравнительную оценку металлическим упругим элемен­ там.

Основное преимущество листовой рессоры состоит в том, что в пей могут сочетаться все составные элементы подвески — упругий элемент, направляющее и гасящее устройства. Такое сочетание при применении неразрезного моста обеспечивает простую, надежную и недорогую конструкцию подвески. Пружина или торсион являют­ ся только упругим элементом подвески. Необходимость в отдель­ ных направляющем и гасящем устройствах делает пружинные и торсионные подвески более сложными и дорогими.

Удобство компоновки является одним из основных преимуществ пружины, так как легче обеспечивается значительный прогиб при ог­ раниченных габаритах. В ряде случаев, обычно при продольном расположении торсиона, он особенно удобен для компоновки. Ли­ стовые рессоры менее удобны, особенно для подвески передних ко­ лес. Для того чтобы выполнить рессору достаточно малой жестко­ сти, приходится увеличивать ее длину, однако для подвески перед­ них колес это не всегда возможно по условиям компоновки колес­ ной машины.

Важнейшим преимуществом пружины или торсиона является высокая прочность, в три-четыре раза превышающая прочность ли­ стовой рессоры. Несмотря на ряд методов упрочнения листовых рес­ сор, пока не удается добиться такого же высокого срока их службы, как у пружин и торсионов. Объясняется это, в частности, тем, что рессора (особенно когда она является элементом направляющего устройства) работает в весьма сложных условиях, испытывая до­ полнительный изгиб при торможении и разгоне, скручивание при кренах, а также действие продольных и поперечных сил. Чем боль­ ше разгружена рессора от всех нагрузок, кроме вертикальных, тем она прочнее. Однако полная разгрузка от всех этих усилии лишает рессору ее основного преимущества — возможности \ прощения подвески путем одновременного использования рессоры в качестве упругого элемента и направляющего устройства.

Простым средством существенного повышения усталостной прочности упругих элементов является уменьшение их средней де-

формации за цикл путем применения достаточно мощных аморти­ заторов.

Для того чтобы уменьшить скручивание листовой рессоры, концы ее заделывают в резиновые опорные подушки, а введением допол­ нительного упора ограничивают изгиб рессоры под действием реак­ тивного момента при торможении.

У листовой рессоры, особенно выполняющей функции направ­ ляющего устройства, чаще всего ломаются коренные листы. Поэто­ му для упрочнения рессоры ставят дополнительные коренные листы.

Пружина и торсион, представляющие собой тела равного сопро­ тивления кручению, могут быть выполнены значительно более лег­ кими, чем листовая рессора, близкая, как известно, к телу равного сопротивления изгибу.

Если принять обычное соотношение между модулями упругости G = 0,385 Е и считать т = 0,8 а, энергия, запасаемая единицей объ­ ема упругого элемента, будет в случае применения пружины или торсиона в 2,6 раза больше, чем в случае применения рессоры.

Вес упругого элемента зависит от квадрата допускаемого напря­ жения. Поэтому применение всех известных способов упрочнения упругих элементов, позволяющих повысить допускаемые напряже­ ния, ведет не только к повышению срока службы упругих элемен­ тов, но и к их облегчению.

Пружина и торсионы не требуют ухода, а листовые рессоры нуж­ даются в смазке и в предохранении трущихся поверхностей от кор­ розии, попадания грязи и песка.

Упрощение ухода за подвеской возможно, если уменьшить чис­ ло точек смазки, например, надлежащим выбором типа направляю щего устройства, использованием шарниров на резиновых втулках, креплением концов рессоры в резиновых подушках.

Для улучшения плавности хода сухое трение в подвеске должно быть сведено к минимуму. Кроме того, величина и закон изменения сил трения должны быть стабильны в условиях эксплуатации. Наи­ более просто это требование выполняется при применении пружин и торсионов, так как трение в этих элементах практически отсут­ ствует.

При листовых рессорах выполнение этого требования встречает значительные трудности, пути преодоления которых заключаются в следующем: рессору заключают в чехол, удерживающий смазку и предохраняющий листы от коррозии (пока это удается делать толь­ ко на легковых автомобилях), уменьшают число листов рессоры; концы листов отгибают и полируют; между листами вводят спе­ циальные прокладки, обеспечивающие стабильную величину тре­ ния и благоприятный закон его изменения; уменьшение трения в рессорных пальцах и шарнирах рычагов подвески достигается ис­ пользованием резиновых втулок, реже подшипников качения.

Из неметаллических упругих элементов в последнее десятилетие успешно развиваются пневматические упругие элементы, исполь­ зующие упругость сжатого газа (воздуха, азота и др.) .

402

пн евм ати чески й упругий элем ен т

404

кость и упругую характеристику подвески можно менять, регулируя давление жидкости, поступающей под диафрагму элемента 3. Кор­ пус элемента 3 крепится к корпусу машины, а поршень через шток связан с неподрессоренными частями. При колебаниях жидкость проходит через клапанную систему 2, обеспечивающую необходи­ мое затухание. При утечке жидкости внутрь корпуса 4 она посту­ пает по сливной трубке обратно в бак. Насос, аккумулятор давле­ ния и регуляторы обеспечивают подпитку элементов, компенсацию возможных утечек жидкости.

В описанном пневматическом элементе жидкость участвует в передаче вертикальных нагрузок, почему иногда подобные упругие элементы называются «гидропневматическими». Более точно гидро­ пневматическими называют такие комбинированные упругие уст­ ройства, в которых, кроме пневматического упругого элемента, имеется гидравлический, с жидкостью в качестве упругого тела. Высокие давления (до 2000—4000 кг/см2) вызывают необходимые упругие деформации жидкости. Гидравлический упругий элемент включается обычно на последней части динамического хода для увеличения жесткости подвески («гидравлический подрессорник»).

Хотя гидравлические и гидропневматические упругие устройства представляют значительный интерес для боевых и специальных ко­ лесных машин, они имеют значительно меньшее распространение, чем пневматические упругие устройства.

К преимуществам пневматических упругих устройств относятся следующие:

1. Высокая плавность хода, обусловленная прежде всего тем, что возможна малая жесткость подвески вблизи положения стати­ ческого равновесия, и благоприятный характер изменения упругой характеристики.

Характеристика пневматической подвески может быть близкой к изохронной, т. е. к такой, при которой любой нагрузке соответ­ ствует одна и та же собственная частота (период).

2.Возможность регулировки в широких пределах жесткость подвески подачей или выпуском сжатого воздуха. Кроме того, над­ лежащим выбором типа и конструкции упругого элемента можно придавать различный вид упругой характеристике, в том числе близкий к требуемому. Все это позволяет менять жесткость подвес­ ки, исходя из ряда требований: плавности хода, уменьшения «клев­ ков» при торможении, поперечных кренов и т. д.

Пневматическое упругое устройство является пока единствен­ ным, допускающим регулирование жесткости подвески в широких пределах.

3.Поддержание постоянства высоты корпуса при всех значе­ ниях статических нагрузок.

4.Возможность изменения высоты корпуса, в частности, увели­ чения дорожного просвета при независимой подвеске, что особенно важно для колесных машин высокой проходимости.

40'5

5. Увеличение срока службы упругого элемента. Отдельные ис­ пытания позволяют считать, что пневматический упругий элемент по долговечности может превосходить рессору в четыре-пять раз.

6. Увеличение срока службы колесной машины по следующим основным причинам: а) жесткость подвески меньше, лучше защита корпуса (шасси) от динамических нагрузок; б) подвеска частично груженной машины остается по плавности хода такой же, как и полностью груженной; у грузового автомобиля или автобуса с ча­ стичной нагрузкой при обычной подвеске резко возрастают динами­ ческие нагрузки, передающиеся шасси и кузову; в) высокочастот­ ные колебания и вибрации поглощаются упругими элементами.

7.Высокая чувствительность подвески к небольшим неровно­ стям, так как отсутствует трение в упругих элементах.

8.Малый вес неподрессоренной части упругих элементов.

Кнедостаткам пневматического упругого устройства следует от­ нести следующие:

1)необходимость отдельных направляющего и гасящего уст­ ройств подвески;

2) высокая стоимость, сложность конструкции и большой объем, занимаемый приборами упругого устройства, иногда большой его вес по сравнению с упругими устройствами других типов;

3)при большой долговечности упругих элементов, особенно бал­ лонного типа, ограниченная долговечность упругого устройства в

целом, определяемая сроком службы компрессора, регуляторов и т. д. Уязвимость упругих элементов баллоного типа при их при­ менении на армейских колесных машинах.

Пневматическое упругое устройство целесообразно применять в двух случаях: когда вес подрессоренной части при нагрузке и раз­ грузке меняется в широких пределах (задние подвески грузовых автомобилей и автобусов, подвески прицепов) и когда к плавно­ сти хода или предельным ходам колеса предъявляются особые тре­ бования, для выполнения которых необходимо регулирование уп­ ругой характеристик)-; подвески.

4.АМ О РТИ ЗАТО РЫ

Всовременных подвесках для получения высокой /плавности хода стремятся основой гасящего устройства подвески сделать амортизаторы, с тем чтобы прочие источники затухания колебаний имели небольшое значение.

Амортизатор предназначен для гашения колебаний корпуса и колес путем перевода механической энергии колебаний в тепловую. Амортизаторы колесных машин являются гидравлическими

(рис. 214, а), т. е. создающими затухание за счет жидкостного тре­ ния.

Корпус амортизатора 1, заполненный амортизаторной жидко­ стью, крепится к раме. В корпусе находится кулак 3, ось которого связана рычагом и стойкой с колесом. При колебаниях кулак 3

407

качается, заставляя поршни 2 совершать возвратно-поступательное движение. В работе амортизатора различают ход сжатия и ход отдачи. При ходе сжатия жидкость вытесняется из полости 4 в по­ лость 5, а при ходе отдачи перетекает в обратном направлении. При этом жидкость проходит через калиброванные отверстия и кла­ паны, чем и обеспечивается необходимая величина жидкостного трения.

Рис. 214. Гидравлический амортизатор:

а— схема; б — характеристика

Камортизатору предъявляются следующие требования;

1.Обеспечение надлежащего затухания колебаний по величине

ихарактеру изменения. В частности: а) увеличение затухания с увеличением скорости колебаний во избежание раскачивания кор­

пуса или колес последовательно расположенными неровностями; б) малое затухание колебаний при движении машины по неровно­ стям малых размеров; в) ограничение нагрузок, передающихся че­ рез амортизатор на корпус.

2. Стабильность действия при движении колесной машины в различных условиях и при разной температуре воздуха.

3.Высокая долговечность.

4.Малый вес и габаритные размеры, хорошая технологичность конструкции и малая стоимость, возможность удобного размеще­ ния в подвеске.

Усилие Za , создаваемое амортизатором, пропорционально

скорости г,,™ колебаний кузова относительно колес

Za = kZ'01H.

Характеристикой амортизатора называется график Za — Ф(готн). В зависимости от степени i характеристика амортизатора может

рованных отверстий, вязкости жидкости и конструкции клапанов. Преимуществом амортизатора с прогрессивной характеристикой являются малые усилия при медленных перемещениях (малая ско­ рость движения колесной машины, длинные неровности плавных очертаний) и быстрое нарастание усилия при раскачивании маши-

404

Исследования последних лет все больше приводят к выводу о том, что для колесных машин целесообразно иметь k0 kc.

Когда относительная скорость колебаний на ходе сжатия zc и на ходе отдачи 2о становится значительной, открываются разгрузоч­ ные клапаны (точки 1 и 2, рис. 215), вследствие чего увеличиваются проходные сечения для жидкости, иначе усилие нарастало бы, как показано штриховой линией, ухудшая смягчающее действие упруго­ го элемента. Клапаны должны быть сделаны так, чтобы при даль­ нейшем увеличении скорости сила сопротивления амортизатора возрастала медленно. Таким образом, разгрузочные клапаны огра­ ничивают нагрузки, передаваемые через амортизатор на корпус, что необходимо при резких толчках и при движении колесной ма­ шины зимой с непрогретой загустевшей амортизаторной жидко­

стью.

По конструктивным признакам амортизаторы делятся на ры­ чажные и телескопические.

Схема рычажного амортизатора была приведена на рис. 214, а. Усилие, действующее от кулака на поршни, больше усилия, пере-

а

дающегося от колеса, в ~ р а з . Поэтому рычажный амортизатор

работает со значительными усилиями на поршнях и максимальны­ ми давлениями жидкости, достигающими при ходе отдачи 250— 400 кг/см2. Это является недостатком рычажного амортизатора и

ше, чем у телескопического, поэтому легче обеспечить высокую дол­

с колесом машины. Отсутствие рычажной связи приводит к мень­ шим давлениям рабочей жидкости (до 60—80 кг/см2).

При ходе сжатия (рис. 216, а) жидкость из-под поршня уходит в пространство над ним мимо тарелки 2 перепускного клапана сжа­ тия. Однако в пространство над поршнем входит шток, заполняя часть объема, и поэтому для жидкости, находящейся под поршнем, приходится предусматривать и второй путь — через клапан сжа­ тия 7 в компенсационную камеру 5.

При ходе отдачи (рис. 216, б) жидкость заполняет пространство над поршнем 4, поступая мимо клапана отдачи 3, а также из ком­ пенсационной камеры 5. Из-за наличия компенсационной камеры и цилиндров / и 6 подобные амортизаторы называют иногда двух­ трубными.

Конструктивные схемы амортизаторов разнообразны. Особен­ ностью однотрубного амортизатора (рис. 217, а) является наличие компенсационной камеры 1, заполненной газом под давлением 20—-

410

11, 1: | Жидкость под Высоким давлением

Жидкость под низким давлением

Сшатыи Воздух

Рис. 216. Схемы двухтрубного телескопического амортизатора: а — ход сжатия; б — ход отдачи;

411