новая папка / Констр часть

Характеристики подвески

Характеристикой подвески называется аналитически или графически выраженная зависимость между нагрузкой (нормальной реакцией дороги) на колесо и его перемещением по отношению к корпусу автомобиля; или зависимость между вертикальным перемещением оси автомобиля (h) и действующей на него вертикальной нагрузкой () или реакцией . Характеристика выражает жесткость подвески () и определяется по формуле

(18)

где - жесткость подвески;

- нагрузка на подвеску;

h - перемещение колеса.

Характеристика подвески может быть линейной (1) и нелинейной (2,3,4), как показано на рис.7.

Рис.7.

Линейная (1) и нелинейная характеристики подвесок (2,3,4). У подвески с линейной характеристикой жесткость подвески ()- величина постоянная и выражается графически tg угла наклона характеристики.

При нелинейной характеристике жесткость подвески различна для различных точек. Так, например, для вогнутой характеристики жесткость возрастает с увеличением нагрузки.

Характеристика подвески может быть получена опытным путем или построена аналитически. При этом возможны два типа характеристики - с учетом или без учета упругости шин.

При определении характеристики с учетом упругости шины колесо предварительно разгружают (вывешивают), а затем начинают поднимать опорную площадку, прикладывая нагрузку к наружной поверхности шины. Замеряя вертикальное перемещение опорной площадки (h) и соответствующую ему вертикальную нагрузку () получают ряд точек для построения характеристики.

Для получения характеристики без учета упругости шины, опыт проводится также, но при снятой шине, т.е. нагрузку прикладывают к ободу колеса.

Для нахождения характеристики подвески путем расчета используются:

- характеристика упругого элемента;

- характеристика шины;

- кинематическая схема подвески.

Рассмотрим эти три параметра. Характеристикой упругого элемента называется графическая или аналитическая зависимость между нагрузкой (Р) на упругий элемент и его деформацией (Р ) под действием нагрузки (f).

На рис.9,10 показаны примерные характеристики упругих элементов: рессоры, цилиндрической пружины, торсиона и конической пружины. Величина жесткости упругого элемента определяется по формуле

(19)

где: C_р - жесткость упругого элемента, Н/м;

Р - нагрузка на упругий элемент, Н;

f - деформация упругого элемента, м.

Рис.8.

На рис.9. показана характеристика листовой рессоры. Вследствие трения между листами и связанного с этим гистерезиса линии нагрузки и разгрузки не совпадают. Средняя (пунктирная) линия, неучитывающая трения, представляет собой расчетную характеристику рессоры. Эта характеристика не линейная, но на некотором участке АВ при нагрузках, близких к статической, может принята за линейную.

Аналогичную характеристику имеет пневматическая шина.

Рис.9. Характеристика листовой рессоры.

Характеристика спиральной цилиндрической пружины может быть принята за линейную, такую же характеристику имеет и торсион (упругий стержень, работающий на закручивание, но если жесткость рессоры определяется по формуле:

то у торсиона жесткость определяется как отношение момента закрутки торсиона (M) к углу закрутки торсиона (a).

(20)

где: dM - момент закрутки торсиона;

da - угол закрутки торсиона.

Характеристика цилиндрической пружины и торсиона (а) и конической пружины (б) показаны на рис.10.

Как видно из графика (рис.10) характеристика конической пружины вогнутая.

Чтобы перейти от характеристики упругого элемента и характеристике всей подвески следует установить зависимость между перемещением (h) колеса и деформацией (f) упругого элемента, а также между нагрузками на колесо и упругий элемент.

Рассмотрим в качестве примера определение характеристики для независимой однорычажной подвески.

Рис.10.

Рассмотрим ( АВО и ( СДО - треугольники подобны.

Рис.11

h - ход колеса, м; f - деформации упругого элемента, м ;

Rz - нормальная реакция дороги, н; G - вес колеса, н;

P - нагрузка на упругий элемент, н; a, b - расстояния от оси колеса до оси упругого элемента и от оси упругого элемента до шарнира корпуса, м.

Тогда , отсюда , а жесткость упругого элемента (19) равна или - жесткость подвески равна

Составим уравнения проекций сил на вертикальную плоскость

(21)

а уравнение моментов относительно точки "О" = 0.

(22)

отсюда 

подставим в уравнение жесткости подвески (С_n) значения R_z и h,

то получим :,

подставим вместо и преобразуем уравнение

 (23)

но так как весьма мало и может быть приравнено 0, то второй член в скобках будет равен 0, а поэтому можно записать что

(24)

а при можно записать (25)

ВЫВОД: Жесткость подвески в 4 раза меньше жесткости упругого элемента (рессоры, цилиндрической пружины).

У торсионной подвески

Рис.12

Как известно жесткость подвески – это 

но (26)

(27)

тогда (28)

где - начальный угол установки рычага = 45...70;

- угол закрутки торсиона.

Наименьшая жесткость возможна при , тогда (29)

Для балансирной подвески могут быть получены две характеристики:

характеристика по колесу ();

характеристика по тележке ();

При построении характеристики по колесу вертикальное перемещение дается одному из колес тележки, а остальные сохраняют начальное положение, при этом сохраняются нагрузки на перемещаемое колесо.

Для характеристики по тележке одинаковые перемещение даются всем колесам, т.е. вся тележка перемещается параллельно самой себе. Каждой из характеристик соответствуют свои жесткости.

Рис.13

При определении жесткости по колесу

, , ,

а , тогда 

жесткость по тележке в 2 раза больше чем жесткость по колесу

, так как , 

Каждая из характеристик отвечает определенным условиям работы подвески . Так, под статической нагрузкой оба колеса тележки одинаково перемещаются по отношению к корпусу - подвеска жесткая.

При наезде на препятствие одного колеса - подвеска мягкая, что повышает плавность хода автомобиля.

ЛЕКЦИЯ 26

2.3. Характеристика амортизатора

Чтобы уменьшить энергию колебательного движения, автомобили оборудуются специальными устройствами, рассеивающими эту энергию и тем обеспечивающими быстрое затухание колебаний - амортизаторами.

Применяемые ныне гидравлические амортизаторы расходуют энергию на перетекание вязкой жидкости из одного объема в другой при значительном сопротивлении (через малые зазоры или калиброванные отверстия). Работа трения в конечном счете преобразуется в тепло и рассеивается.

При ходе сжатия сопротивление амортизатора и упругого элемента подвески складываются. Происходит как бы увеличение жесткости подвески. Если же сопротивление амортизатора велико, то при кратковременных импульсах сравнительно небольшой силы (движение с большими скоростями на дороге с мелкими неровностями) рессора не будет успевать деформироваться, а поэтому импульсы будут передаваться корпусу, вследствие чего возникает явление тряски - неупорядоченные колебания сравнительно высокой частоты.

При ходе отбоя усилия от рессоры и амортизатора направлены противоположно. Сопротивление амортизатора должно быть меньше усилия рессоры7 В противном случае колесо перестанет возвращаться в первоначальное положение или, как говорят, "зависнет". Нормальная работа подвески нарушится. В применяемых амортизаторах двухстороннего действия сопротивление при ходе сжатия делается значительно меньшим, чем при отбое, чтобы избежать тряски.

Характеристика такого амортизатора, выражающая графическую зависимость между силой (), приложенной к поршню и скоростью () перемещения поршня приведена на рис.14.

Характеристика - не линейная и имеет гистерезисную петлю. Зависимость между () силой и скоростью () определяется по формуле:

, (30)

где: - коэффициент сопротивления амортизатора (кг сек/см);

- коэффициент сопротивления амортизатора при сжатии

0,12…0,25 н с/м (1,2…2,4 кг сек/см)

коэффициент сопротивления амортизатора при отдаче.

0,12…0,25 н с/м (1,2…2,4 кг сек/см)

приведенный (средний) коэффициент сопротивления амортизатора, определяемый по формуле 

- скорость перемещения поршня, м/с;

i - показатель степени. В расчетах показатель степени "i" обычно принимают равным 1,0.

Для учета воздействия амортизатора на колебания корпуса автомобиля приводят амортизатор к расчетной схеме.

Приведенная характеристика при i = 1,0 выражается формулой

(31)

где - приведенный коэффициент сопротивления амортизатора;

- скорость вертикального перемещения корпуса автомобиля.

Рис.14

Характеристика ассиметрична (рис.15). Сопротивление сжатия в 2...4 раза меньше сопротивления отдачи.

Рис.15

2.4. Подвески с нелинейными и регулируемыми характеристиками

При рассмотрении плавности хода автомобиля основным допущением была линейность характеристики подвески

где - жесткость подвески ;

- ход колеса;

- нормальная реакция дороги на колесо.

У таких подвесок существенный недостаток: обеспечивают необходимую плавность хода автомобиля только при одной какой-то массе подрессоренной части.

В действительных условиях эксплуатации подрессоренная масса () у многих автомобилей может резко колебаться. А частота собственных колебаний зависит от подрессоренной массы ().

С уменьшением при этой же жесткости () подвески, собственные частоты () растут.

Поэтому, чтобы с изменением подрессоренной массы () оценочные параметры плавности хода , к которым относятся:

- поглощающая способность подвески;

- критическая скорость по пробою подвески;

- число пробоев на единицу пути;

- эффективность гашения колебаний корпуса;

- распределение вертикальных ускорений по длине корпуса их максимальное значение в отдельных точках, оставались на приемлемом уровне необходимо менять жесткость подвески.

Подвески с регулируемой (переменной) жесткостью называются нелинейными (). У таких подвесок с изменением нагрузки в нужном направлении меняется жесткость () упругих элементов подвески, в результате чего ускорения () и частоты () остаются постоянными. Такое свойство называется изохронностью. Изохронность подвесок достигается:

- автоматическим изменением длины рессоры (за счет скользящей опоры: ЗИЛ-131, МАЗ-200). Чем больше масса автомобиля (), тем короче рессора, тем больше ее жесткость ();

- автоматическим изменением числа участвующих в работе листов ( за счет их разной кривизны). Чем больше вес автомобиля, тем больше жесткость рессоры;

- применением корректирующих пружин (ЛАЗ-695, ЛАЗ-697) и подрессорников (ГАЗ-53, ЗИЛ-131);

- внедрением пневматических и гидропневматических подвесок, в которых упругие свойства газа или жидкости используются для поглощения энергии импульсов, воздействующих на колеса;

- внедрением регулируемых подвесок. Возможности подвесок с нелинейными характеристиками ограничены в силу широкого диапазона нагрузок, скоростей движения и дорожных условий, в которых приходится работать автомобилю.

Поэтому в последнее время все более пристальное внимание уделяется созданию подвесок с регулируемыми характеристиками. Регулирование подвесок позволяет изменять жесткость (), статический () и рабочий () ход колеса, дорожный просвет вплоть до полного его устранения ( посадка днищем корпуса на грунт) или посадка на жесткие упоры).

Регулирование подвески может быть принудительным или автоматическим. Желательно сочетать оба эти способа так, чтобы с изменением нагрузки жесткость менялась автоматически, и в то же время водитель имел возможность изменять дорожный просвет, перераспределять нагрузки между колесами. В этом отношении весьма перспективными являются пневматические, гидравлические и пневмогидравлические подвески.