21. Назначение подвески автомобиля. Требования предъявляемые к подвеске.

П одвеска осуществляет упругую связь рамы (кузова) автомобиля с мостами или непосредственно с колесами, смягчая толчки и удары, возникающие при наезде колес на неровности дороги.

Подвеска автомобиля состоит из упругого, направляющего и гасящего устройств. Некоторые подвески включают также стабилизатор поперечной устойчивости.

Упругое устройство подвески служит для уменьшения динамических нагру­зок, обусловленных главным образом действием части веса автомобиля G'a (рис. 1), приходящегося на колеса.

П ри наезде колеса на неровность дороги упругое устройство 10 подвески сжимается, значительно смягчая удар, пере­даваемый от колеса на кузов. Разжи­маясь, оно сообщает кузову колебания, которым подбором соответствующей характеристики упругого устройства можно придать желаемый характер. Применение упругого устройства позво­ляет исключить копирование кузовом профиля дорожных неровностей и улуч­шить плавность хода автомобиля, при этом создается возможность движения без неприятных ощущений и быстрой утомляемости людей и по­вреждений перевозимых грузов. Хорошей плавностью хода считается такая, при которой кузов совершает колебания с частотой 1—1,3 Гц.

Упругое устройство состоит из одного или нескольких упругих элементов, которые могут быть металлическими или неметаллическими. Металлические упругие элементы наиболее распростра­нены на автомобилях, их выполняют в виде листовых рессор, спиральных пружин и торсионов (стержней, рабо­тающих на скручивание). Неметалличе­ские упругие элементы делятся на рези­новые, пневматические и гидравличе­ские. Они обеспечивают упругость под­вески за счет упругих свойств резины, воздуха и жидкости. Эти упругие эле­менты значительно меньше распростра­нены, чем металлические.

В подвесках современных автомоби­лей стали широко использовать комби­нированные упругие устройства, объединяющие два или более упругих эле­мента (металлических и неметалличе­ских) и сочетающие их преимущества.

Для обеспечения движения автомобиля на его раму (кузов) необходимо передать от ведущих колес силу тяги Рт, которая возникает под действием мо­мента Мк. Рассмотрим, каким образом происходит эта передача. Приложим к центру колеса две равные по величине Рт, но противоположные по направле­нию силы Р'_Т, и Р"_Т,. Сила Р_Т не может быть передана на раму и кузов упругим устройством 10, выполненным в виде спиральной пружины. Для передачи этой силы предназначен рычаг 9, ко­торый называется направляющим устройством подвески. Направляющее устройство воспринимает также реак­тивный момент Р_Тr(r — радиус колеса), стремящийся повернуть мост автомоби­ля в направлении, противоположном вращению колес. При торможении че­рез направляющее устройство на раму от колеса передается тормозная сила, и им воспринимается тормозной мо­мент, стремящийся повернуть мост в направлении вращения колес. Кроме того, через направляющее устройство передаются боковые силы, возникаю­щие, например, при повороте автомоби­ля.

Направляющее устройство не только передает продольные и поперечные силы и их моменты. Оно определяет ха­рактер перемещения колес относительно рамы (кузова) автомобиля.

По типу направляющего устройства подвески де­лят на две основные группы: зависимые и независимые. Отличительной особен­ностью зависимой подвески является наличие жесткой балки, связывающей левое и правое колеса оси (рис.2, а), вследствие чего перемещение одного из них в поперечной плоскости передается другому.

Рис. 2Основные типы подвесок:

а -зависимая; б независимая

Независимая подвеска (рис.2,6) ха­рактеризуется тем, что колеса одной оси не имеют между собой непосред­ственной связи и подвешены одно неза­висимо от другого. При применении не­зависимой подвески перемещение одно­го колеса не вызывает перемещения другого. По направлению движения ко­леса относительно дороги и кузова ав­томобиля независимые подвески могут быть разделены на подвески с переме­щением колеса в поперечной, продоль­ной и одновременно продольной и по­перечной плоскостях.

При движении автомобиля в резуль­тате наезда колес на неровности дороги возникают колебания кузова и колес. Эти колебания гасятся с помощью устройства 3 (см. рис. 1), называемого гасящим или амортизатором. Принцип действия гидравлического амортизатора сводится к превращению механической энергии колебаний за счет жидкостного трения в тепловую энергию и последующему ее рассеянию.

Корпус амортизатора, заполненный амортизаторной жидкостью, прикреплен к балке моста 2. В корпусе нахо­дится поршень 4, в котором имеются отверстия и клапаны 5 и 6. Шток 7 пор­шня связан с рамой 8 автомобиля. В процессе колебаний кузова и колеса / поршень совершает возвратно-посту­пательное движение. При ходе сжатия (колесо и кузов сближаются) амортизаторная жидкость из полости под порш­нем вытесняется в полость над порш­нем, а при ходе отдачи (колесо отда­ляется от кузова) перетекает в обратном направлении. При этом жидкость про­ходит через отверстия, прикрываемые клапанами, испытывает сопротивление и в результате жидкостного трения обеспечивается гашение колебаний.

По принципу действия гидравлические амортизаторы подразделяются на амортизаторы одностороннего и двустороннего действия. Первые обеспечи­вают гашение колебаний только при хо­де отдачи, а вторые — при ходах отдачи и сжатия. Сопротивление, создаваемое амортизатором двустороннего действия при ходе сжатия, обычно в 2—5 раз меньше, чем при ходе отдачи. Это необходимо для того, чтобы толчки и удары от дорожных неровностей в минимальной степени передавались на кузов авто­мобиля.

В подвесках легковых автомобилей и автобусов часто имеется еще одно устройство, которое называется стабилизатором поперечной устойчивости. Оно уменьшает боковой крен и попе­речные угловые колебания кузова авто­мобиля.

С табилизатор (рис. 3) представляет собой специальное упругое устройство, которое устанавливают поперек автомобиля. Он состоит из стержня 7 и стоек 2. Стержень П-образной формы, круглого сечения, изготовляют из рессорно-пружинной стали. Средняя часть его закреплена в резиновых опорах 3 на ра­ме или кузове, а концы его через стойки 2 и резиновые подушки 4 шарнирно со­единены с мостом или рычагами подве­ски. В некоторых конструкциях стабили­заторов стойки отсутствуют, а концы стержня шарнирно прикреплены непос­редственно к рычагам подвески.

При боковых кренах и поперечных угловых колебаниях кузова концы стержня стабилизатора перемещаются в разные стороны: один опускается, а другой поднимается. Вследствие этого средняя часть стержня закручивается, препятствуя тем самым крену и попе­речным колебаниям кузова. В то же время стабилизатор не препятствует вертикальным и продольным угловым колебаниям кузова. При таких колеба­ниях стержень стабилизатора свободно проворачивается в своих опорах.

Рис. 3Схема стабилизатора поперечной устойчивости

меньше, чем при ходе отдачи. Это необ­ходимо для того, чтобы толчки и удары от дорожных неровностей в минималь­ной степени передавались на кузов авто­мобиля.

Основные требования, предъявляемые к подвескам, следующие.

1. Упругая характеристика подвески должна обеспечить высокую плавность хода, отсутствие ударов в ограничители хода, противодействовать кренам при повороте, «клевкам» при торможениях и «приседаниях» при разгоне автомобиля.

2. Кинематическая схема должна создать условия для возможного минимального изменения колеи и углов установки шкворней и управляемых колес; соответствие кинематики перемещения колес кинематике рулевого привода, исключающее колебания управляе­мых колес вокруг шкворней.

3. Оптимальная величина затухания колебаний кузова и колес.

4 Надежная передача от колес кузову или раме продольных и поперечных усилий и их моментов.

5 Малая масса элементов подвески и особенно неподрессоренных частей.

6 Достаточная прочность и долговечность деталей подвески и особенно упругих элементов, относящихся к числу наиболее нагру­женных деталей автомобиля.

На организм человека влияют амплитуда, частоты, ускорения и интенсивность ускорений колебательного движения. В практике оценки общей интенсивности колебаний подрессоренной массы автомобиля широко применяется дисперсия ускорения при движении по заданной дороге. Данный критерий является интегральным и учитывает весь спектр воздействующих колебаний.

Дисперсия является статистически хорошо определяемой величиной, что позволяет сравнительными испытаниями или соответствующими расчетами оценить влияние на ее величину самых незначительных изменений в конструкции автомобиля и его подвеске.

Допустимые средне квадратические ускорения в диапазоне 1—80 Гц при продолжительности воздействия, равной 8 ч. Колебание автомобиля по неровной дороге происходит не со случайно меняющимися частотами, а с частотами собственных колебаний. Снижение этих частот способствует, понижению ускорений колебаний кузова при движении автомобиля по неровной дороге происходит не со случайно меняющимися частотами, а с частотами собственных колебаний. Снижение этих частот способствует понижению ускорений колебаний кузова при движении автомобиля по любой дороге и приводит к улучшению плавности хода автомобиля.

Физиологически наиболее привычными для человека являются колебания с частотами, свойственными нормальной ходьбе. При хорошем качестве подвески значение собственных частот составляет для легковых автомобилей 0,8—1,2 Гц, а для грузовых автомобилей и автобусов — 1,2—1,9 Гц Если собственные частоты лежат в указанных выше пределах, человеческий организм хорошо переносит колебания.