1. Кинематика подвески

1.1.             Основные сведения

Для обеспечения надежного управления между проезжей частью, колесом и кузовом транспортного средства должна соблюдаться согласованность перемещений. В обеспечении надежного сцепления колеса с дорожной поверхностью немаловажное значение придается согласованным перемещениям колеса относительно кузова (рамы) транспортного средства (см. рис 1.1 и 1.2).

Относительные перемещения между колесом и кузовом могут появляться в результате воздействия движущих сил, сил торможения и боковых сил, причиной которых являются упругие деформации элементов конструкций (см. рис.1.3).

poyasneniya-rp005 -01

Рис. 1.1: В зависимости от конструктивных особенностей подвесок под действием внешних сил изменяется относительное положение колес и кузова автомобиля

Справа: При одинаковом прогибе пружин подвесок одной оси, вызванный дополнительной вертикальной нагрузкой, изменения положения кузова и колес симметричны.

Слева: При различном прогибе, вызванном боковой силой, происходит встречное изменение положения колес относительно кузова.

γ = развал колеса (угол наклона плоскости вращения колеса к вертикали)

Источник: Vogel

poyasneniya-rp005 -02

Рис. 1.2: Управление автомобилем производится преднамеренным изменением относительного положения между колесами управляемой оси и кузовом. Установка оси поворота колеса (шкворня) под углом к кузову вызывает перемещение управляемого колеса при его повороте в плоскости, наклонной к дорожному полотну (см. рис 1.15); Источник: Vogel

poyasneniya-rp005 -03 

Рис. 1.3: Движущая сила Fa вызывает упругие деформации элементов подвески. В результате деформации элементов подвески возникает поворот колеса относительно кузова, который следует учитывать при проектировании автомобиля; Источник: Vogel

 

Описанием перемещений колеса относительно кузова автомобиля занимается раздел теории механизмов машин, в котором изучается движение звеньев механизма независимо от приложенных к ним сил. В связи с возможным изменением взаимного положения элементов конструкций в результате приложения к ним внешних сил, последние десятилетия описанием согласованных перемещений колеса относительно кузова и опорной поверхности занимается новый раздел теории механизмов машин, именуемый эластокинематикой.

Связанная система между колесом и кузовом, образующих между собой кинематические пары, называется кинематической цепью. Кинематической парой называют соединение звеньев механизма, допускающее их относительное движение, а кинематической цепью – связанные системы звеньев механизмов, образующих кинематические пары.

Подвеска колес (осей) автомобиля представляет собой кинематическую цепь, так как колесо обладает возможностью связанных перемещений относительно кузова автомобиля.

При подвешивании колес или осей различают зависимую и независимую подвеску. Различие заключается в возможности взаимных перемещений колес относительно кузова. Если два колеса одной оси соединены через жесткую ось, подвеску называют зависимой. Независимой подвеской называют такую подвеску колес одной оси, при которой перемещение одного колеса данной оси не зависит от перемещения другого колеса этой же оси.

Подвешивание колес может происходить непосредственно к кузову автомобиля, либо через вспомогательные рамы, именуемые подрамниками, либо к поперечным балкам оси.

Крепление системы рулевых тяг и рычагов, производящих поворот управляемых колес, представляет собой звено отдельной кинематической цепи, которая оказывает существенное влияние на перемещение колеса относительно кузова и поверхности проезжей части.

 

1.2                               Мгновенный центр крена, ось поперечного крена кузова, полюс продольного крена.

 

poyasneniya-rp005 -04

Рис. 1.4: Центр поперечного крена W определяется кинематикой подвески колеса.

Каждое колесо перемещается относительно кузова автомобиля вокруг мгновенного полюса поворота D. Если придать колесу вертикальное перемещение относительно кузова, то нетрудно заметить, что в каждый момент времени колесо займет относительно поверхности дороги точку, определяемою длиной рычагов и расположением шарниров этих рычагов на кузове и колесе автомобиля. Мгновенный полюс поворота D определяется взаимным положением рычагов и лежит в точке пересечения осей, проходящих через рычаги подвески. Центр крена W находится в средней плоскости автомобиля, на пересечении этой плоскости с прямой, соединяющей мгновенный полюс поворота со средней точкой отпечатка шины на проезжей части.

AB = нижний рычаг независимой подвески переднего колеса;

AC = ось поворота управляемого колеса, проходящая (для подвески McPherson) через шаровую опору нижнего рычага (точка «A») и центр верхней опоры телескопической стойки;

CD = линия, перпендикулярная оси поворота управляемого колеса

ABD = линия, образующая продолжение нижнего рычага (ось нижнего рычага);

Точка «D» = мгновенный полюс поворота шарниров подвески переднего колеса;

xD = линия, проведенная из мгновенного полюса D к центру пятна контакта управляемого колеса;

Точка «W» = центр поперечного крена передней части автомобиля;

Точка «S» = проекция центра тяжести (центра масс) автомобиля на плоскость крена передней подвески;

h = расстояние от центра масс «S» до центра крена «W» передней подвески

 

Каждая подвеска колеса имеет мгновенную ось вращения, именуемую центром крена. Центр поперечного крена – это точка, расположенная в вертикальной плоскости, которая проходит через центры колес (см. рис 1.9 слева), и при крене автомобиля в каждый момент времени остается неподвижной. В теории механизмов машин такая точка называется мгновенным центром поворота. Таким образом, центр крена W есть точка, лежащая на вертикали, проходящей через середину линии, соединяющей центры колес, относительно которой кренится кузов при воздействии на него боковой силы.

Линия, соединяющая мгновенные центры крена передней и задней оси, определяет положение оси крена кузова автомобиля (см. рис. 1.5).

poyasneniya-rp005 -05

Рис. 1.5: Так как каждая из подвесок имеет сой мгновенный центр крена Wv и Wh, продольная линия WA, соединяющая эти точки, является осью поперечного крена кузова; Источник: Vogel

 

Кузов под действием боковой силы, приложенной к центру тяжести, получает поперечный крен, вращаясь вокруг продольной оси WA крена кузова. Под действием боковой силы Fs возникает момент, величина которого определяется произведением Fs * h. Если боковая сила Fs будет приложена к центру тяжести, расположенному на продольной оси крена WA, то поперечного крена кузова наблюдаться не будет.

Противодействие крену кузова оказывают пружины подвески и стабилизаторы поперечной устойчивости.

Ось поперечного крена кузова должна лежать параллельно проезжей части, чтобы получить приблизительно равные изменения нагрузки колес в передней и задней оси. Кроме того, неравные по высоте мгновенные центры крена подвесок передней и задней оси заставляют кузов автомобиля поворачиваться одновременно вокруг двух осей, вызывая скручивание кузова.

Чтобы уменьшить боковой крен кузова ось поперечного крена должна лежать как можно выше. Однако высокое расположение оси поперечного крена кузова при независимой подвеске колес автомобиля приводит к значительному изменению ширины колеи в ходе сжатия/отбоя подвески. Современная тенденция в автомобилестроении склоняется к применению низкорасположенной оси продольного крена автомобиля.

На виде сбоку можно определить положения мгновенных осей продольного крена подвески (Ov и Oh). Условно считается, то к этим точкам прилагаются продольные силы, действующие между мостами и кузовом, а также моменты, обусловленные действием тяговой Fa и тормозной Fb силы. Подвеска левого и правого колеса, как правило, симметричны, следовательно указанные центры продольного крена, определяемые мгновенным положением рычагов подвески, имеют одинаковое расположение с обеих сторон. Это предположение позволяет считать, что существуют передняя Ov и задняя Oh оси продольного крена подвесок.

poyasneniya-rp005 -06

 

Рис.1.6: В процессе торможения в передней подвеске осуществляется ход сжатия, а в задней подвеске – ход отбоя, то есть передняя часть кузова опускается, а задняя приподнимается. Каждая подвеска колеса имеет полюс продольного крена Ov(передняя ось) и Oh.(задняя ось). Продольный крен – это поворот кузова автомобиля вокруг поперечной оси.

Точка пересечения двух линий, соединяющих средние точки отпечатков шин передней и задней оси с соответствующими центрами продольного крена Ov и Oh этих осей, является полюсом продольного крена кузова автомобиля.

F2 = спереди – сжатие пружин подвески, сзади – обратный ход пружины (отбой подвески);

F1 = Спереди – отбой подвески (обратный ход пружин), сзади – сжатие пружин подвески;

F0 = отсутствие продольного крена кузова.

Источник: Vogel

 

Если ось Ov находится позади передней оси, то во время торможения механизмом, расположенном на колесе, происходит отжатие вверх передней части кузова. Ось Oh, расположенная перед задней осью, обеспечивает притягивание вниз поднимающейся части кузова.

Расположение этих осей продольного крена подвесок определяют положение оси продольного крена кузова автомобиля относительно дорожного полотна (см. рис. 1.6).

Кузов получает продольный крен, вращаясь вокруг оси продольного крена под влиянием момента F * h, который возникает при торможении или разгоне.

Противодействие продольному крену оказывают упругие элементы подвески и моменты, образованные тормозными механизмами на колесах передних и задних осей (это явление носит название подрессоривания).

 

Более подробный материал от Титаренко Дмитрия

 

Оставить комментарий

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
  Подписаться  
Уведомление о