Файл: Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник.pdf

Опытным путем установлено, что колебания автомобиля можно разделить на высокочастотные (5—13 Гц) и низкочастотные

(0,8—2 Гц). G высокой частотой в основном колеблются иеподрессоренные, а с низкой — подрессоренные массы (кузов).

Высокочастотные колебания, происходящие даже с малыми амплитудами (тряска, вибрация), вызывают неприятные ощуще­ ния. Однако и низкочастотные колебания тоже неприятны, так нак­ опи могут вызвать явление, похожее на морскую болезнь. Человек не ощущает колебаний, возникающих при ходьбе, так как еще с детства привык к их частоте, которая находится в пределах 1,17 — 1,66 Гц. Следует отметить, что и у современных легковых автомо­ билей частота колебаний'кузова находится приблизительно в тех же пределах (1—1,3 Гц).

Изменение частоты колебаний оказывает большее влияние на организм человека, чем изменение амплитуды. Поэтому прп оценке сильно ощутимых колебаний степенной показатель частоты коле­ баний больше, чем у их амплитуды. Так, например, совместное влияние амплитуды zmax и частоты колебаний п характеризуют параметром, равным произведению zmaxnfe. Величина показателя к в зависимости от интенсивности колебаний находится в пределах 1,5—2,7. При показателе к = 2,7 и амплитуде zmax = 0,0065 м допустимая величина параметра получается при частоте п = 3 Гц.

С увеличением скорости колебаний плавность хода автомобиля ухудшается. Ниже приведена характеристика колебаний в зави­ симости от их скорости (в м/с):

Влияние знакопеременных ускорений на организм человека в большей степени зависит от частоты колебаний. С увеличением частоты даже небольшие ускорения колебаний могут вызвать неприятные или болезненные ощущения (табл. 12).

При частотах, с которыми колеблется кузов автомобиля, наи­ большее влияние на плавность хода оказывает скорость изменения

ускорений.Беспокоящие ощущения возникают прп25 м/с8, а непри­ ятные — при 40 м/с3. Таким образом, скорость нарастания ускоре­ ний не должна превышать 25 м/с3.

В табл. 13 приведены предельно допустимые значения уско­ рений для здоровых мужчин среднего возраста.

Немецким обществом инженеров предложена нормаль, по кото­ рой показателем, оценивающим ощущения, служит ускорение при колебаниях большой амплитуды и частоты 0,5—5 Гц и скорость при колебаниях малой амплитуды и частоты 15—80 Гц.

Установим связь между отдельными измерителями плавности хода автомобиля. С этой целью рассмотрим гармонические коле­ бания тела весом G (рис. 114) с одпой степенью свободы, которое расположено на пружине, имеющей

жесткость с (Н/м).

Если пружина находится в сво­ бодном состоянии, то тело запимает положение I. При равновесии си­ стемы возникает статическая дефор­ мация пружины под действием силы тяжести G, вследствие чего тело за­ нимает положение II, причем

тело начнет колебаться, перемещаясь вверх и вниз. Если с этим телом связать самопишущий прибор и протягивать с постоянной скоростью бумажную ленту, как показано на рис. 114, то на ней будет записана кривая колебаний тела. На полученной кривой отметим амплитуду zmax, равную наибольшему отклонению тела от положения равновесия, п период Т, равный промежутку вре­ мени, который соответствует двум ближайшим одинаковым поло­ жениям тела (например, крайним верхним).

Во время колебаний тело движется неравномерно, причем одно­ временно изменяются его положение, скорость, ускорение и нара­ стание ускорений. Характер кривых перемещения, скорости и ускорения примерно одинаковый.

Дифференциальное уравнение колебательного движения для данного случая имеет вид

258

Величина в уравнении (282) представляет собой угловую

частоту свободных колебаний со. Следовательно, уравнение (282) можно написать в следующем виде:

Z — ^шах S in СОi t

Из последнего уравнения найдем зависимости, связывающие между собой отдельные измерители плавности хода при гармони­ ческом колебании:

скорость колебаний (в м/с)

Частоту со и частоту колебаний п связывает между собой равен­ ство:

_ 1 _ со _ 1_ I

п ~ Т ~ 2я ~ 2п У m ‘

Подставляя в это выражение значение жесткости с из выражения (281), а также выразив массу тп через Gig, получим

Таким образом, чем больше статическая деформация (прогиб) подвески, тем меньше частота собственных колебаний. Поэтому, используя мягкие подвески, уменьшают частоты собственных коле­ баний кузова и повышают комфортабельность езды в автомобиле.

§ 4. КОЛЕБАНИЯ АВТОМОБИЛЯ

Упрощенная схема колебательной системы автомобиля показана на рис. 115, а, на котором буквами сх и с2 обозначены приведенные жесткости передней и задней подвесок. Приведенной жесткостью подвески называют жесткость такого упругого элемента, прогиб которого равен суммарному прогибу подвески и шин, восприни­ мающих ту же нагрузку. Для определения приведенной жесткости на рис. 115, б изображен груз весом G, установленный на упругом элементе подвески и шине, жесткости которых соответственно равны сп и сш.

Под действием веса G упругая система деформируется на вели­ чину, равную сумме прогибов упругого элемента подвески и

шины. Вместе с тем, суммарный прогиб этой системы, который определяют по изменению положения оси колеса (в м):

где спр — приведенная жесткость подвески и шины в Н/м. Тогда

G_ _ G_ G_

с1ф ь'п сш

Решив полученное равенство относительно жесткости спр (в Н/м), получим

Жесткость передней пли задней подвески современных автомо­ билей находится в пределах 20—G0 кН/м, а жесткость шин — в пре-

Рпс. 115. Упрощенная схема колебательной системы автомобиля и определение приведенной жесткости подвески:

а — упрощенная схема; б — схема для определения жесткости подвески

делах 200—450 кН/м. Меньшие значения жесткостей относятся к легковым, а большие — к грузовым автомобилям.

Кузов автомобиля имеет шесть степеней свободы (рис. 116) и может совершать шесть различных колебаний. Линейные переме­

ц a z.

Обычно из-за сложности исследования системы с шестью степе­ нями свободы с целью упрощения расчета подвески кузов автомо­ биля рассматривают как систему с двумя степенями свободы, т. е.

учитывают только подпрыгивание S2 н галопирование а у. Эти коле­

260

бания имеют первостепенное значение для комфортабельности, так как они вызывают наиболее болезненные ощущения в орга­ низме человека.

Вертикальные колебания кузова возникают после переезда колес автомобиля через неровности. Если на автомобиль установлена

мягкая подвеска, то после переезда вследствие значительных деформаций ее упругих элементов происходят медленно затуха­ ющие вертикальные колебания кузова. Иногда эти колебания, наоборот, усиливаются, что объясняется явлением резонанса, возникающим в тех случаях, когда частота приложения возмущаю­

системы.

Точку, в результате приложения к которой внешней возмущаю­ щей силы возникает только линейное перемещение системы, назы­ вают центром упругости системы. Для определения положения центра упругости рассмотрим стержень, который опирается на упругие элементы, как показано на рис. 117.

261