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

Если внешняя возмущающая сила Р приложена не к центру упругости (Ц. у), то возникают как линейное, так и угловое пере­ мещение стержня (положение 1). Если же сила Р приложена к центру упругости, то происходит только линейное его перемещение (положение 2). В последнем случае прогибы подвесок /х и /2 равны между собой, вследствие чего галопирование отсутствует.

Определим величину х, т. е. расстояние от центра упругости до центра тяжести (Ц. т). Из условия равновесия стержня имеем

2 Мц>т = Rxa — Рх — R2b = О,

где ilj и fls - реакции опор.

Решив найденное уравнение относительно х, получим

где величина х выражена в м.

Заменим реакции Rx и i?3 (в Н) произведениями жесткости на прогиб:

Подставляя в выражение для определения расстояния х най­ денные значения Rx, R2 и Р, получим

Кузов автомобиля чаще всего колеблется с частотой свободных колебаний. Для изучения свободных колебаний автомобиля в про­ дольной вертикальной плоскости заменим подрессоренную массу автомобиля, т. е. массу кузова тк (рис. 118, а), тремя массами: тпх, тп2 и ?п3, связанными между собой невесомым стержнем (рис. 118, б). Массы ?nx и пг.2расположены на расстояниях ап и Ь1{от цент­ ра тяжести кузова, а масса пг3 — в центре его тяжести. Чтобы система из трех масс соответствовала в динамическом отношении действительной массе подрессоренной части автомобиля, необ­ ходимо соблюдение следующих условий:

сумма всех масс системы должна быть равна подрессоренной массе автомобиля

центр тяжести системы должен совпадать с центром тяжести подрессоренной массы автомобиля, т. е.

момент инерции системы относительно горизонтальной осп г/г/, проходящей через центр тяжести и перпендикулярной к плоскости,

Л. = mgj.

Сила инерции создает момент относительно центра упругости

(в Н-м)

Ма= Рах = majx.

263

Чтобы избежать дальнейшего увеличения колебаний системы, момент М„ должен быть по возможности небольшим или равен

ак"к

кузова т1(пе может .быть равна нулю. Чтобы добиться этого равен­ ства, конструктор или соответствующим образом распределяет массы автомобиля, сдвигая, например, двигатель вперед, а багаж­ ник назад и обеспечивая тем самым необходимое значение рГ!, пли изменяет положение центра тяжести автомобиля, что, однако, не всегда возможно. Для современных легковых автомобилей

хорошую плавность хода.

Рассмотрим другой случай, когда, плечо х = 0, т. с. центр тяжести совпадает с центром упругости. В атом случае

х = w * - * 6" = 0

<4+<2

Следовательно, значения жесткостей подвесок необходимо выбирать таким образом, чтобы они были обратно пропорцио­ нальны координатам центра, тяжести. Тогда при одинаковых про­ гибах передней и задней подвесок кузов автомобиля будет пере­ мещаться вертикально без галопирования.

Приближенные значения вертикальных перемещений S7 опреде­ ляют, предварительно задавшись частотой колебаний п в реко­ мендуемых пределах (1,1—1,3 Гц).

Покачивание а с (см. рис. 116) возникает, например, под дей­ ствием силы ударов, воспринимаемых колесами одной из сторон автомобиля при наезде на единичную неровность. При этом воз­ никают и исчезают моменты, которые вызывают поперечные колебания кузова. Для уменьшения покачивания устанавливают стабилизатор поперечной устойчивости, увеличивающий угловую жесткость подвески.

Кроме колебаний от неровностей дороги, автомобиль воспри­ нимает также высокочастотные вибрации с малыми амплитудами, возникающие при рдботе двигателя, трансмиссии илшш. Вибра­ ции практически не оказывают влияния на плавность хода, но могут вызвать шум и разрушение соединений деталей и агрегатов. Устранить или уменьшить вибрации можно путем использования вибропоглощающих прокладок и специальных покрытий, повы­ шения качества изготовления, сборки и балансировки деталей,

264

что предотвращает возникновение резонанса. Для уменьшения колебании и вибраций, воспринимаемых водителем и пассажи­ рами, устанавливают сиденья и спинки специальных конструкций.

§ 5. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА ПЛАВНОСТЬ ХОДА АВТОМОБИЛЯ

Влияние шин

Пневматические шины дополняют упругие элементы подвески п оказывают большое влияние на плавность хода автомобиля. Обла­ дая значительной эластичностью, шина уменьшает или гасит шум, возникающий'при движении по дороге с неровной поверхностью, «поглощает» мелкие неровности дороги в результате деформации покрышки. Чем меньше давление воздуха в шине, тем больше деформации покрышки и меньше вертикальные перемещения центра колеса.

Шина оказывает небольшое влияние на низкочастотные коле­ бания, так как ее деформация под действием статической нагрузки невелика (всего 15—35 мм) по сравнению со статическим прогибом подвески, необходимым по условиям плавности .хода (100—250 мм). Наоборот, шина существенно влияет на высокочастотные колеба­ ния, так как при снижении жесткости шин уменьшаются верти­ кальные перемещения колес и ускорения кузова. Поэтому для улучшения плавности хода автомобиля целесообразно иметь шины возможно меньшей жесткости. В связи с этим тенденция развития конструкций современных автомобильных шин заклю­ чается в стремлении уменьшить их жесткость путем снижения давления воздуха в них и увеличения ширины' профиля.

Однако было бы ошибкой считать, что в результате установки мягких шин можно отказаться от упругих элементов подвески. Это объясияется тем, что для уменьшения потерь на качение и нагрев стремятся обеспечить минимальное внутреннее трение

вшине, снижение которого, в свою очередь, при отсутствии упру­ гих элементов подвески привело бы к весьма медленному затуха­ нию колебаний кузова. Кроме того, дорожные неровности под­ держивали бы начавшиеся колебания. Поэтому в среднем коле­ бания кузова при отсутствии упругих элементов подвески и при всех прочих равных условиях были бы более интенсивными, чем

вслучае их установки.

Преимущества независимой подвески

С точки зрения плавности хода независимая подвеска имеет зна­ чительные преимущества перед зависимой. Независимую подвеску в настоящее время в основном применяют для передних колес легковых автомобилей. Однако некоторые легковые и специаль­ ные автомобили имеют независимые подвески передних и задних

265

колес. Если при зависимой подвеске правое и левое колеса свя­ заны между собой балкой или кожухом моста щестко, то при неза­ висимой каждое колесо соединено с кузовом или рамой шарнирно с помощью одпого или двух рычагов. Поэтому в случае наезда одного из колес па неровность правое и левое колеса при зависи­ мой подвеске наклоняются в поперечной плоскости па одинако­ вый угол, что вызывает поперечный крен кузова. При независи­ мой подвеске вертикальное перемещение или поперечный наклон одного из колес не вызывает таких перемещений или наклонов другого колеса, в результате чего кузов практически не накло­ няется в поперечном направлении.

Применение независимой подвески передних колес позволяет получить больший статический прогиб, что, в свою очередь, обес­ печивает отношение статических прогибов передней и задней

автомобиля на препятствие галопирования практически не про­ исходит, так как кузов перемещается параллельно самому себе.

При независимой подвеске вследствие удаления балки перед­ ней оси и листовых рессор уменьшается вес ноподрессореиных частей автомобиля н увеличивается частота собственных колеба­ ний его кузова. В результате проведенных испытаний было уста­ новлено, что при увеличении частоты собственных колебаний уменьшается длина неровностей, вызывающих резонансиые коле­ бания колес. Чем короче неровность, том в среднем меньше се высота и интенсивность вызываемых ею колебаний. Следова­ тельно, уменьшение массы неподрессоренных частей является целесообразным. В этом случае уменьшается также нагрузка на амортизаторы, что улучшает условия гашения колебаний колес.

Необходимо отметить, что применение независимой подвески для передних колес не вызывает значительного повышения стои­ мости автомобиля. При применении независимой подвески для задних ведущих колес возрастает стоимость автомобиля, так как значительно усложняется конструкция привода колес. Поэтому, как правило, независимую подвеску применяют только для перед­ них колес. Использование ее для задних ведущих колес тоже несколько улучшает плавность хода автомобиля, однако при незна­ чительных преимуществах затраты на изготовление этого узла значительно увеличиваются. В настоящее время нет достаточно обоснованных доводов в пользу более сложной и дорогостоящей независимой подвески задних ведущих колес.

.Таким образом, применение независимой подвески передних колес является целесообразным. В качестве упругого ее элемента используют пружины, реже — торсионы, а в последнее время — пневматические упругие элементы. Задняя подвеска является обычно зависимой с листовыми рессорами. Преимуществами пру­ жин и торсионов по сравнению с листовыми рессорами являются меньшая масса, большая долговечность, работа практически без

266