Как работает подвеска?

 

Основой любой системы подрессоривания автомобиля является подвеска. Через системы подрессоривания реализуются рекомендации и требования к параметрам колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс автомобилей и вибронагруженности их экипажа.

Подвеска автомобиля обеспечивает упругую связь между колёсами автомобиля и его кузовом (рамой). Если бы автомобиль не имел подвески, водитель, пассажиры и груз подвергались бы постоянным воздействиям от неровностей дороги, ощущали бы постоянные толчки, удары и вибрации, возникающие при движении автомобиля. Таким образом, подвеска автомобиля обеспечивает необходимый комфорт водителю и пассажирам и сохранность грузов.

От конструкции подвески (кинематической схемы и характеристики направляющего устройства, нагрузочных характеристик упругих элементов и демпфирующих устройств) в значительной степени зависит поведение автомобиля на дороге, возможность достижения высоких скоростей движения и безопасность при совершении манёвров.

Подвеска снижает величину силового воздействия на элементы конструкции автомобиля от дороги, уменьшая тем самым вероятность отказов и неисправностей.

Подвеска, служащая соединительным звеном между кузовом (рамой) автомобиля и дорогой, должна иметь минимальную массу и обеспечивать не только возможно высокую комфортабельность, но и постоянный контакт колёс с дорогой, и достаточную безопасность движения.

Широко используемые в системах подрессоривания пневматические и пневмогидравлические упругие элементы позволили не только повысить плавность хода автомобиля, но дали возможность создать адаптивные системы подрессоривания, которые автоматически приспосабливаются к конкретным условиям движения по различным типам дорог.

 

1. Общие сведения

Автомобильная подвеска – это совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между несущей системой (несущим кузовом или рамой) и колесами или мостами автомобиля.

Подвеска состоит из направляющего, упругого и демпфирующего (амортизаторов) устройств (элементов) и деталей крепления.

Направляющее устройство воспринимает силы и моменты, воздействующие на колеса, и передает их на несущую систему автомобиля, задает траекторию перемещения его колес при движении по неровным дорогам, а также полностью или частично разгружает упругие элементы от продольных и боковых сил.

Упругие устройства (элементы), как правило, воспринимают и снижают вертикальные силы, действующие со стороны колес на несущую систему. В некоторых конструкциях подвесок они также частично или полностью воспринимают и передают на несущую систему продольные и боковые силы. За счет упругих свойств подвески исключается повторение несущей системой дорожных неровностей и существенно повышается плавность хода автомобиля.

Амортизаторы обеспечивают демпфирование (гашение) колебаний подрессоренной массы и колес автомобиля.

Для уменьшения поперечного крена кузова применяют дополнительные упругие устройства – стабилизаторы поперечной устойчивости.

В отдельных подвесках упругие элементы и (или) амортизаторы могут отсутствовать. В то же время один элемент может выполнять сразу несколько функций. Например, многолистовая рессора в классической рессорной подвеске заднего моста воспринимает одновременно как нормальную реакцию дороги (является упругим элементом), так и боковые и продольные силы (является и направляющим элементом), а также за счёт межлистового трения выступает в качестве несовершенного фрикционного амортизатора.

Конструкции подвесок различаются в зависимости от того, для каких колес их применяют:

  • управляемых или неуправляемых,
  • ведущих или ведомых.

Роль элементов подвески может быть проиллюстрирована реакцией кузова автомобиля на проезд единичной неровности высотой 100 мм при различной связи колеса с кузовом.

При жестком креплении колеса к кузову удар, возникающий при наезде на неровность, лишь в малой степени смягчается упругой шиной. На рисунке 1.1 показано, как перемещается кузов в таком случае. Колебания имеют большую амплитуду и существенное вертикальное ускорение. Водитель и пассажиры испытывают при этом неприятные толчки.

poyasneniya-rp001 -01

Рисунок 1.1 – Жесткое соединение колеса с кузовом:

t – время; Z – амплитуда колебаний

 

При введении в подвеску упругого элемента, например, пружины, толчки, передаваемые на кузов, за счет сжатия пружины значительно смягчаются, вертикальные ускорения уменьшаются. Однако после проезда неровности, пружина вместо того, чтобы вернуться к своей первоначальной длине, продолжает расширяться дальше из-за движения кузова вверх по инерции. Затем она вновь сжимается, и весь цикл повторяется. Колебания, как показано на рисунке 1.2, затухают постепенно за счет сил трения в подвеске до тех пор, пока пружина не придет в исходное состояние. Чем выше неровность, тем дольше и с большей амплитудой происходят колебания кузова. На неровной дороге автомобиль с такой подвеской раскачивается во всех возможных направлениях, делая управление автомобилем затруднительным, а движение – опасным. Кроме того, может возникнуть резонанс, проявляющийся в нарастающем увеличении колебаний автомобиля при совпадении вынужденных (от неровности дороги) и собственных частот колебаний. Резонанс зачастую сопровождается «пробоями» подвески – жесткими ударами в ее ограничители.

poyasneniya-rp001 -02

Рисунок 1.2 – Подвеска только с упругим элементом

 

Для исключения подобных негативных явлений в подвеску вводят амортизаторы. Они ограничивают скорость сжатия и расширения пружины, поглощая большую часть энергии колебаний и превращая ее в тепловую энергию. При проезде неровности, как и в предыдущем случае, пружина сжимается, а затем (после проезда неровности), когда она начинает расширяться, стремясь превзойти свою первоначальную длину, большую часть накопленной энергии поглощает амортизатор. Количество циклов колебаний, показанных на рисунке 1.3, до возвращения пружины в исходное состояние составляет при этом 0,5…1,5.

poyasneniya-rp001 -03

Рисунок 1.3 – Подвеска с упругим элементом и амортизатором

Необходимость обеспечения хорошей плавности хода автомобиля предъявляет, как известно, противоречивые требования к характеристике упругости подвески, представляющей собой зависимость вертикальной нагрузки на колесо Рк от прогиба (хода) подвески, измеренных в центре пятна контакта шины с опорной поверхностью (рисунок 1.4).

В статическом положении на колесо автомобиля действует статическая нагрузка Ркст , вызывающая статический прогиб подвески ƒст. При движении автомобиля по неровной опорной поверхности вертикальная нагрузка на колесо

poyasneniya-rp001 -04

Рисунок 1.4 – Характеристики упругости подвески: а – линейные (с1 > с2); б – линейная (1) и нелинейная (2)

 

Для исключения ударов в ограничитель сжатия подвески необходимо иметь запас потенциальной энергии

W = Рк max *ƒn ,

который может быть повышен увеличением полного хода подвески от fn1 до fn2 или жесткости подвески от C2 до C1, (рисунок 1.4, а). Увеличение полного хода подвески fn ограничивается возможностями компоновки автомобиля. Повышение же жесткости подвески приводит к увеличению воздействия ускорений на несущую систему автомобиля и, следовательно, к ухудшению его плавности хода.

Таким образом, для обеспечения хорошей плавности хода автомобиля жесткость подвески необходимо снижать, а из условия исключения ударов в ограничитель сжатия – увеличивать.

Этим условиям может удовлетворить нелинейная 2 характеристика упругости подвески (рисунок 1.4, б), которая по сравнению с линейной 1 при малых ходах подвески обеспечивает хорошую плавность хода автомобиля. При больших ходах подвески усилие на несущую систему резко возрастает, что исключает вероятность ударов в ограничитель сжатия.

Современные автомобильные подвески являются сложными механизмами, сочетающими механические, гидравлические, пневматические и электрические элементы. Как правило, они имеют электронные системы управления, что обеспечивает сочетание высокой комфортабельности, хорошей управляемости и необходимой безопасности движения.

 

2. Назначение подвески и предъявляемые к ней требования

Подвеска автомобиля предназначена:

  • для снижения интенсивности вибраций и динамических нагрузок, действующих на пассажиров, перевозимый груз и элементы конструкции автомобиля при его движении;
  • для осуществления передачи сил и моментов, возникающих от внешних воздействий, как на колеса, так и на несущую систему;
  • для демпфирования вертикальных колебаний колес и вертикальных и угловых колебаний несущей системы.

Таким образом, подвеска должна обеспечивать надежный контакт колес с дорогой, необходимый комфорт пассажирам и сохранность грузов, а также снижать вероятность возникновения отказов и неисправностей составных частей автомобиля. От конструкции (кинематической схемы) подвески в значительной степени зависит поведение автомобиля на дороге, возможность движения с высокой скоростью и безопасность при совершении маневров.

 

Подвеска должна обеспечивать:

  • рациональную компоновочную схему собственных устройств и элементов;
  • надежный контакт колес с дорогой;
  • хорошую плавность хода;
  • требуемую устойчивость и управляемость автомобиля;
  • правильную кинематику управляемых колес при их вертикальных перемещениях (минимальное изменение колеи и углов установки колес;
  • соответствие кинематики колес кинематике рулевого привода, исключающее колебания управляемых колес вокруг оси поворота);
  • надежность (долговечность, безотказность и ремонтопригодность) собственных устройств и элементов и бесшумность их работы.

Подвеска должна иметь благоприятную характеристику упругости собственных устройств и элементов и их малую массу (особенно массу неподрессоренных частей).

При необходимости, к подвеске могут быть предъявлены и дополнительные требования:

  • обеспечение регулирования положения кузова (платформы) автомобиля и дорожного просвета;
  • возможность изменения характеристики упругости с целью улучшения эксплуатационных свойств автомобиля.

По материалам учебного пособия “Автомобильные подвески”, авторский коллектив: А.В. Острецов, П.А. Красавин, В.В. Воронин, Л.А. Павлова, издательство МАМИ. Часть I

 

Теперь попроще…

Подвеска

Подвеска входит в несущую систему автомобиля, она связывает колеса с кузовом, воспринимает силы, действующие на движущийся автомобиль, и гасит колебания кузова.

Подвеска автомобиля обеспечивает упругую связь между колесами автомобиля и его кузовом (рамой). Если бы автомобиль не имел подвески, водитель, пассажиры и груз подвергались бы постоянным воздействиям от неровностей дороги, ощущали бы постоянные толчки, удары и вибрации, возникающие при движении автомобиля. Таким образом, подвеска автомобиля обеспечивает необходимый комфорт пассажирам и сохранность грузов.

Подвеска снижает величину силового воздействия на элементы конструкции автомобиля от дороги, уменьшая тем самым вероятность поломок, и обеспечивает постоянный контакт колес с дорогой. От конструкции подвески в значительной степени зависит поведение автомобиля на дороге, возможность достижения высоких скоростей и безопасность при совершении маневров.

Подвеска любого автомобиля состоит из направляющего, упругого, гасящего устройств и элементов крепления подвески (рис. 4). В конструкции подвесок большинства автомобилей применяют стабилизаторы поперечной устойчивости.

poyasneniya-rp001 -05

Рис. 4: Устройство подвески автомобиля

poyasneniya-rp001 -06

 

Рис. 6: Наезд колеса автомобиля на дорожную неровность

С помощью направляющего устройства подвески колесо автомобиля соединяется с кузовом или рамой автомобиля. Через элементы направляющего устройства на кузов автомобиля передаются все силы, возникающие в контакте колеса с дорогой. Кроме того, направляющее устройство определяет характер перемещения колес относительно кузова автомобиля.

При наезде колеса на неровность дороги оно приподнимается, и это перемещение воспринимается упругим устройством подвески, которое деформируется (см. рис. 2) и тем самым накапливает полученную энергию. Затем накопленная энергия передается кузову автомобиля, который, в свою очередь, приподнимается на некоторую высоту, а затем начинает опускаться.

За счет упругих свойств подвески исключается повторение кузовом автомобиля дорожных неровностей и существенно улучшается плавность хода автомобиля. Потеря энергии при работе упругого элемента незначительна, и поэтому возникающие колебания кузова могут продолжаться довольно долго, что неблагоприятно сказывается на комфортабельности движения. Для уменьшения амплитуды колебаний применяют гасящие устройства — амортизаторы, которые эффективно рассеивают энергию и приводят к быстрому затуханию колебаний. На самочувствие человека влияет не только амплитуда колебаний кузова, но и их частота. Поэтому при конструировании подвески с помощью подбора упругих и гасящих устройств разработчики стремятся обеспечить необходимые характеристики

 

 

 

Оставить комментарий

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
  Подписаться  
Уведомление о