- •Техника транспорта, обслуживание и ремонт
- •Введение
- •1. Общие сведения об автотранспортных средствах
- •1.1. Классификация подвижного состава автомобильного транспорта
- •1.2. Классификация и индексация атс
- •1.3. Общее устройство автомобиля
- •1.4. Компоновочные схемы атс
- •1.5. Колесная формула
- •2. Механизмы и системы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •2.1.Рабочие циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •2.2. Кривошипно-шатунный механизм
- •2.3. Газораспределительный механизм
- •2.4. Система охлаждения
- •2.5. Система смазки
- •2.6. Система питания
- •2.6.1. Система питания карбюраторного двигателя
- •2.6.2. Система питания двигателя с впрыском бензина
- •2.6.3. Система питания газового двигателя
- •2.6.4. Система питания дизеля
- •2.7. Общая схема электрооборудования. Источники тока
- •2.8. Система зажигания
- •2.9. Система пуска
- •3. Шасси автомобилей
- •3.1. Трансмиссии
- •3.1.1.Сцепления
- •3.1.2. Коробки передач. Раздаточные коробки
- •3.1.3. Карданные передачи
- •3.1.4. Главные передачи
- •3.1.5. Дифференциалы
- •3.1.6. Полуоси
- •3.2. Ходовая часть
- •3.2.1. Мосты
- •3.2.2. Несущие системы
- •3.2.3. Подвески
- •3.2.4. Колеса
- •3.3. Системы управления
- •3.3.1. Рулевое управление
- •3.3.2. Тормозные системы
- •4. Основы теории эксплуатационных свойств атс
- •4.1. Взаимодействие колеса с опорной поверхностью
- •4.1.1. Радиусы эластичного колеса
- •4.1.2. Динамика эластичного колеса
- •4.1.3. Режимы движения колеса
- •4.1.4. Коэффициент сопротивления качению
- •4.1.5. Коэффициент сцепления
- •4.2. Тягово-скоростные свойства атс
- •4.2.1. Силы и моменты, действующие на атс
- •4.2.2. Силы сопротивления движению
- •4.2.3. Скоростные характеристики двигателя
- •4.2.4. Коэффициент полезного действия трансмиссии
- •4.2.5. Уравнение движения атс (уравнение тягового баланса)
- •4.2.6. Мощностной баланс атс
- •4.2.7. Графический метод решения уравнений тягового и мощностного балансов
- •4.2.8. Динамический фактор атс
- •4.2.9. Приемистость атс
- •4.3. Топливная экономичность атс
- •4.4. Тормозные свойства атс
- •4.4.1. Тормозная сила
- •4.4.2. Уравнение тормозного баланса
- •4.4.3. Тормозная диаграмма
- •4.5. Управляемость атс
- •4.5.1. Кинематика поворота автомобиля с жесткими колесами
- •4.5.2. Боковой увод колеса
- •4.5.3. Кинематика поворота автомобиля с эластичными колесами
- •4.5.4. Поворачиваемость атс
- •4.6. Устойчивость атс
- •4.6.1. Поперечная устойчивость по условиям бокового скольжения колес
- •4.6.2. Поперечная устойчивость по условиям бокового опрокидывания
- •4.6.3. Коэффициент поперечной устойчивости
- •4.7. Проходимость атс
- •4.7.1. Профильная проходимость
- •4.7.2. Опорная проходимость
- •5. Основы технической эксплуатации автомобилей
- •5.1. Техническое состояние автомобиля и причины его изменения
- •5.2. Надежность и ремонтопригодность атс
- •5.3. Система технического обслуживания и ремонта автомобилей
- •5.4. Диагностика технического состояния атс
- •5.5. Организация технического обслуживания подвижного состава
- •5.6. Оборудование для технического обслуживания подвижного состава
- •5.7. Организация текущего и капитального ремонтов
- •5.8. Основные направления научно-технического прогресса в области технической эксплуатации автомобилей
- •Литература
3.2.3. Подвески
Подвеска автомобиля служит для обеспечения упругой связи между несущей системой и мостами или колесами автомобиля, уменьшения динамических нагрузок на несущую систему и колеса и затухания их колебаний, а также регулирования положения кузова автомобиля во время движения.
Подвеска автомобиля состоит из упругого 1, направляющего 2 и гасящего 3 элементов. Некоторые подвески включают также стабилизатор поперечной устойчивости.
Упругий элемент передает вертикальные нагрузки и снижает уровень динамических нагрузок, возникающих при движении автомобиля по неровностям дороги, обеспечивая при этом необходимую плавность хода автомобиля.
Направляющее устройство подвески передает несущей системе автомобиля силы и моменты от колес (и обратно) и определяет характер перемещения колес относительно несущей системы автомобиля. В зависимости от конструкции направляющее устройство полностью или частично освобождает упругий элемент от дополнительных нагрузок, передаваемых между колесами и несущей системой автомобиля.
Гасящий (демпфирующий) элемент, а также трение в подвеске обеспечивает затухание колебаний кузова и колес автомобиля, при котором механическая энергия колебаний переходит в тепловую с последующим ее рассеиванием в атмосфере.
Упругие элементы подвески делятся на металлические и неметаллические. Широкое распространение для зависимых подвесок получили металлические упругие элементы – листовые рессоры. Их широкое распространение объясняется тем, что листовые рессоры могут выполнять функции упругого элемента, направляющего и гасящего устройства. Листовые рессоры просты в изготовлении и удобны при проведении ремонтных работ. К недостаткам листовых рессор следует отнести малую энергоемкость, значительную массу и малый срок службы.
Преимуществами витых спиральных пружин и торсионов (стержней, работающих на скручивание) являются большая энергоемкость, меньшая неподрессоренная масса, обеспечение свободы компоновки подвески. Недостатками пружин и торсионов являются необходимость иметь в подвеске автономное направляющее и гасящее устройства, что, несмотря на простоту самого упругого элемента увеличивает сложность конструкции подвески в целом.
О
Плавность хода считается оптимальной, когда частота собственных колебаний кузова автомобиля при движении составляет 0,8 – 1,2 Гц, что соответствует частоте колебаний тела человека при ходьбе.
По этой причине в подвеску вводят дополнительные упругие элементы (дополнительные рессоры, корректирующие пружины, буфера сжатия), при вступлении которых в работу жесткость подвески увеличивается.
На рисунке: А – зона работы основного металлического элемента, В – зона работы основного и дополнительного упругих элементов.
Резиновые упругие элементы наиболее широко применяются в подвесках современных автомобилей в виде дополнительных упругих элементов, которые называются ограничителями хода (буферами). Часто внутрь буферов вулканизируют металлическую арматуру, которая повышает долговечность и служат для их крепления.
Буфера подразделяют на буфера сжатия и буфера отбоя. Первые ограничивают ход сжатия (когда колеса и кузов сближаются), вторые ограничивают ход отбоя (когда колеса и кузов расходятся). При этом буфера сжатия ограничивают деформацию основных упругих элементов подвески и увеличивают ее жесткость (для получения прогрессивной упругой характеристики).
Пневматические упругие элементы обеспечивают упругие свойства подвески за счет сжатия воздуха. Основным преимуществом пневматических упругих элементов является нелинейная упругая характеристика. К преимуществам относятся также отсутствие трения в упругом элементе, меньший уровень шума и незначительная масса самого упругого элемента. Пневматические упругие элементы обеспечивают высокую плавность хода автомобиля и простую возможность регулирования высоты кузова. В системе пневматической подвески для этого предусмотрен автоматический регулятор постоянства высоты кузова, который дает возможность поддерживать определенное расстояние от кузова до опорной поверхности при любых статических нагрузках.
К недостаткам пневматических подвесок следует отнести необходимость автономного расположения направляющего и гасящего устройств, высокую стоимость и сложность конструкции, увеличение массы автомобиля (вследствие необходимости применения компрессора, дополнительных резервуаров, аккумуляторов давления), ограниченную долговечность регулятора, компрессора, клапанов и других элементов подвески.
Как отмечалось выше, направляющее устройство подвески обеспечивает перемещение колес относительно опорной поверхности и несущей системы автомобиля и участвует в передаче сил и моментов между ними.
Отличительной особенностьюзависимой подвески (а) является наличие жесткой балки, связывающей левое и правое колеса одной оси, вследствие чего перемещение одного из них в поперечной плоскости (в результате наезда на неровность дороги) передается другому.
Изменение плоскости вращения колес приводит к возникновению гироскопических моментов, стремящихся повернуть колеса вокруг шкворней, что, в свою очередь, может вызвать незатухающие автоколебания управляемых колес.
По этой причине (гироскопический момент пропорционален угловой скорости колеса) подвески управляемые колес на легковых автомобилях всегда выполняют независимыми.
К преимуществам независимых подвесок (б) относятся: возможность большего прогиба, уменьшение гироскопического момента, улучшение устойчивости и управляемости автомобиля, уменьшение массы неподрессоренных частей, хорошая приспосабливаемость колес к неровностям дороги. Недостатками можно считать большую сложность конструкции и износ шин вследствие изменения колеи.
Широкое распространение получили независимые подвески на поперечных рычагах разной длины (верхний рычаг – короче), которые конструктивно могут быть выполнены шкворневыми и безшкворневыми. У таких подвесок при подъеме колеса изменение колеиΔl компенсируется упругостью шины, а возникающий из-за изменения плоскости вращения λ колеса гироскопический момент гасится трением в подвеске и рулевом управлении.
Шкворневая схема имела широкое применение в прошлом, но в настоящее время уступает место более компактным и облегченным безшкворневым подвескам. К достоинствам безшкворневой подвески относятся также меньшая масса неподрессоренных частей; меньше силы, действующие в шарнирах стойки; возможность привода комбинированных колес.
Тенденцией развития независимых подвесок на поперечных рычагах разной длины являлось сокращение длины верхнего рычага и увеличение расстояния между опорами рычагов, что привело в конечном итоге к созданиюрычажно-телескопической подвески (подвеска Макферсона).
Особенностью такой подвески является совмещение в стойке функций направляющего и гасящего устройств, что приводит к упрощению конструкции и снижению массы подвески по сравнению с подвеской на двух поперечных рычагах. В такой подвеске незначительно изменяется колея, развал и схождение колес, что способствует малому износу шин и хорошей устойчивости автомобиля. Такая подвеска имеет минимальное число шарниров и рычагов.
Рычажно-телескопическая подвеска – основной тип передней подвески переднеприводных автомобилей, что обусловлено простотой обеспечения привода ведущих управляемых колес, а малые габариты подвески приводят к уменьшению размеров колесных шин, что в свою очередь, обеспечивает большее пространство для размещения двигателя и агрегатов трансмиссии.
К недостаткам рычажно-телескопической подвески относятся высокие требования к качеству изготовления стойки; нагружение крыла в точке крепления верхней опоры.
На многоприводных (трехосных) автомобилях для подрессоривания двух близко расположенных мостов (среднего и заднего) применяется балансирная подвеска.
Рессоры в таких подвесках воспринимают силу тяжести автомобиля и боковые усилия и их моменты; сила тяги и тормозная сила, а также реактивный и тормозной моменты передаются толкающими и реактивными штангами.
При такой конструкции подвески мосты могут независимо один от другого перемещаться вверх и вниз, так как средняя часть рессоры установлена на качающейся опоре, а концы опираются на балки мостов.
Основными преимуществами балансирной подвески являются компактность, меньшая неподрессоренная масса и вдвое меньшее перемещение кузова при вертикальном перемещении одного колеса относительно другого, по сравнению с автономной подвеской двух близко расположенных мостов.
Колебания кузова, возникающие в процессе движения автомобиля по неровной дороге являются затухающими. Трение в подвеске без смазки ухудшает плавность хода автомобиля, поэтому трение без смазки в подвеске уменьшают, а гашение колебаний осуществляют только с помощью амортизаторов. Гашение колебаний основывается на превращении кинетической энергии подрессоренной и неподрессоренной масс в тепловую с последующим ее рассеиванием в атмосфере. Наибольшее распространение в подвесках получили телескопические гидравлические одно- и двухтрубные амортизаторы.
Амортизаторы имеют несимметричнуюхарактеристику (зависимость усилия Р на штоке от скорости V поршня) – сопротивление при сжатии меньше, чем при отбое. Это необходимо для того, чтобы амортизатор гасил кузова и колес при отдаче и не увеличивал жесткость упругого элемента при сжатии. В этом случае при наезде колеса на неровность и быстром сжатии амортизатора на несущую систему автомобиля не будут передаваться большие усилия.
Однотрубные амортизаторы находят все большее применение в подвесках современных автомобилей. Особенностью таких амортизаторов является изоляция жидкости от со прикосновения с воздухом при помощи резиновой мембраны или плавающего поршня. Преимуществами однотрубных амортизаторов являются простота конструкции, небольшое количество деталей, малая масса, лучшее охлаждение рабочей жидкости, отсутствие ее вспенивания. К недостаткам можно отнести: затруднительное уплотнение и большая длина (из-за осевого расположения компенсационной камеры).
Необходимое увеличение угловой жесткости передней подвески достигается применением в ней стабилизатора поперечной устойчивости. В большинстве случаев стабилизатор поперечной устойчивости представляет собой торсионный стержень, который закручивается при крене.
Средняя часть стержня 1 П-образной формы закреплена в опорах 2 на несущей системе, а концы его шарнирно соединены с мостом или рычагом подвески. При боковых кренах концы стабилизатора сдвигаются относительно друг друга в вертикальной плоскости, и торсионный стержень, закручиваясь, препятствует наклону кузова.