Глава 5 Схождение и собственный поворот оси

 

Схождением (рис. 1) называется разница расстояния l1 – l2 между одними и теми же точками закраин ободьев колес одной оси, повернутых для измерения расстояния меду ними перед осью и позади неё. Схождение измеряется на высоте центров колес в их положении, соответствующем прямолинейному движению. Схождение считается положительным, если измеренное расстояние перед осью l1 меньше расстояния позади неё l2.

poyasneniya_pkio24_01

Рис. 1: Определение схождения колес управляемой оси в линейных и угловых мерах.

l1 – расстояние между внешними краями обода перед осью;

l2 – расстояние между внешними краями обода позади оси;

l2 – l1 = C – схождение управляемых колес;

δ – общее схождение управляемых колес, выраженное в угловой мере (градусах, угловых минутах, угловых секундах);

δ/2 – схождение одного из колес управляемой оси.

 

Возможно отображение общего схождения передних колес в угловой мере (градусах, угловых минутах, угловых секундах). Угол схождения колеса δ, выраженный в градусах (угловых минутах, секундах), соответствует углу увода шины αш, то есть при наличии схождения переднее колесо автомобиля катится с уводом шины.

Положительное схождение δ предназначено для уменьшения углового колебания (виляния) управляемых колес, так как положительное схождение частично компенсирует возникающее в результате приложения продольных сил напряжение в рулевом приводе. Момент сил, вызванный продольной силой тяги (для переднеприводного автомобиля), силой торможения или силой трения качения, будет равен произведению продольной силы на величину r, определяющей расстояние от оси поворота колеса до середины пятна контакта шины с дорожным покрытием.

poyasneniya_pkio24_02

Схождение необходимо рассматривать совместно с другими углами установки колес, в частности с развалом и углами наклона оси поворота колеса, по сути, схождение совместно с другими углами установки колес необходимо для улучшения устойчивости прямолинейного движения и снижения износа шин.

poyasneniya_pkio24_03

Рис. 2: Реакция на действие продольных сил, возникающих при разгоне  (правая часть рисунка)или торможении (левая часть рисунка)

FR – сила, действующая на свободно катящееся колесо;

FBr – сила, действующая на колесо при торможении

FA – сила, действующая на колесо при разгоне автомобиля

r – плечо обката (обкатки)

F – сила, действующая на рулевую тягу.

 

Продольная сила (рис. 2), действующая на колесо, создает момент, который в зависимости от направления действия продольной силы, оказывает растягивающее или сжимающее действие на тяги рулевой трапеции.

Наименьший износ шины происходит при точном прямолинейном качении колеса, однако при движении автомобиля в пятне контакта колеса с дорогой возникает направленная назад или вперед продольная сила Если на автомобиле установить нулевое схождение, то есть в стационарном положении управляемые (не ведущие) колеса расположить параллельно продольной плоскости автомобиля, то при движении вперед возникнет положительное схождение. Поворот колеса (см. рис. 2) возникает за счет упругой деформации сайлент-блоков рычагов подвески. Если установить первоначальный нулевое значение схождения на ведущих колесах передней оси, то возникающий момент за счет эластичности рулевого привода, а в особенности за счет деформации упругих элементов рычагов подвески, повернет колесо в сторону отрицательного схождения. Поэтому при назначении углов установки колес, в том числе и схождения, учитывается эластичность шарнирных элементов подвески и рулевого управления. При переднем приводе тяговое усилие на ведущих колесах стягивает колеса к передней стороне (см. рис. 2), поэтому на автомобилях такой компоновки уместным будет отрицательное схождение, однако на режиме принудительного холостого хода отрицательное схождение выразится явным недостатком, так как возросшая сила сопротивления качению будет выворачивать колеса в сторону отрицательного схождения. Несмотря на это отрицательное схождение довольно часто применяют на автомобилях с переднем приводом.

poyasneniya_pkio24_04

Рис. 3: Изменение схождения колес при действии на него продольной силы

1 – нижний рычаг подвески;

2 – рулевая тяга;

3 – продольная тяга;

G – U – рулевая сошка;

ξ – угол между нижним рычагом и рулевой тягой.

 

В данной конструкции продольная тяга может располагаться и перед нижним рычагом подвески, однако это не оказывает существенного влияния на поворот колеса при действии продольной силы. При параллельном расположении нижнего рычага 1 и рулевой тяги 2 поворот колеса при действии продольной силы будет минимальным.

 

Второе объяснение назначения схождения демонстрируется рисунком 3. При действии продольной силы Fb рычаги подвески за счет эластичности сайлент-блоков меняют свое пространственное положение. Колесо под действием продольной силы не только подается назад, как это показано на рисунке, но и поворачивается относительно продольной линии кузова автомобиля.

В подрисуночной подписи описано поведение управляемого колеса, но аналогичное перемещение происходит и на ведомом колесе при торможении. Отличие лишь в том, что тяга 2 не является рулевой, а служит вторым поперечным рычагом подвески колеса.

Предварительная установка колеса с отрицательным схождением позволит под действием продольной силы довернуть его до прямолинейного положения.

Третье, наиболее распространенное объяснение схождения колес (рис. 4), заключается в том, что колесо, установленное под углом к опорной поверхности, катится подобно конусу, стремясь развернуться вокруг его вершины, и чем больше угол наклона (развала), тем сильнее будет стремление колеса отклониться от прямолинейного движения. Для компенсации этого отклонения вершины конусов сведены вперед, если развал положителен, и отведены назад при отрицательном развале. Напрашивается вывод, что существует определенная взаимосвязь между значениями развала и схождения, а именно: если развал положителен – положительно и схождение, и наоборот, если развал отрицателен – отрицательно и схождение. Нулевое схождение должно соответствовать нулевому развалу. Однако и это не всегда так. Часто при отрицательном развале должно устанавливаться положительное схождение.

poyasneniya_pkio24_05

Рис. 4: Демонстрация взаимного влияния развала и схождения колес одной оси

 

Стремление установленных с положительным развалом колес оси разъехаться в стороны, вызвано появлением боковых сил, действующих на колеса, и направленных к вершинам конусов. Боковые силы вызовут движение шин с небольшим уводом, который будет определяться углом увода (об этом подробно описано в главе 4).

Чтобы компенсировать стремление шин разъехаться в стороны, вершины конусов смещены вперед на такое расстояние, которое позволит направление движения каждого колеса совместить с вектором движения этого колеса с уводом.

В Главе 4 рассказывается о причинах возникновения увода, и приводятся графики величины увода колеса, как функции нормальной и боковой нагрузки. Так как углы увода зависят от типа шины, давления воздуха в ней и множества других факторов, схождение колес зависит от этих параметров.

Правильная регулировка схождения в стационарном положении необходима, но ещё важнее то, что происходит со схождением в дальнейшем при движении автомобиля и в ходе сжатия-отбоя подвески. Идеальным условием совместной работы подвески и рулевого управления будем считать такое, при котором в ходе сжатия-отбоя не будет происходить изменения схождения, однако развал для обеспечения устойчивости прямолинейного движения и передачи возросших боковых сил при движении автомобиля на повороте должен меняться.

poyasneniya_pkio24_06

Рис. 5: Изменение схождения управляемых колес в результате их вертикального перемещения

 

Увеличение нагрузки на переднюю ось приводит к просадке передней подвески. Это может происходить не только при загрузке автомобиля, но и при его торможении. Разгон автомобиля приводит к противоположному явлению. Снижение нагрузки на переднюю ось также приведет к изменению схождения, но в обратную сторону.

Просадка подвески вызовет изменение не только схождения, но и развала управляемых колес, причем эти изменения должны быть жестко увязаны между собой.

 

Согласно рисунку 5 вертикальное перемещение колес приводит к изменению схождения, но, как это было описано в подрисуночной подписи, изменению подвергаются не только схождение, но и развал. Крен кузова, возникший при прохождении поворота, или возникший в результате неравномерной загрузки автомобиля, вызовет изменение положения реечного рулевого механизма, прикрепленного к кузову автомобиля. Это вызовет как изменение развала на колесах одной оси, так и их схождение.

В ходе сжатия подвески (см. рис. 4) колесо автомобиля должно получить отрицательный развал, и, согласно приведенному выше описанию, это колесо должно получить отрицательное схождение. Однако, расположенное позади оси рулевое управление, увеличивает положительное схождение. Возникает некоторое недоумение, изменение углов установки колес получается несогласованным?

На рисунке 5 приведены основные углы, которые также претерпевают изменения при просадке подвески. Это продольный и поперечный углы наклона оси поворота, углы поворота управляемых колес которые меняют свои значения при вертикальном перемещении каждого из колес, то есть в ходе сжатия-отбоя подвески. Это значит, что попытка описать взаимосвязь изменения углов установки колес, пользуясь только двумя понятиями «развал-схождение», не точна, да и некорректна.

Довольно распространенной ошибкой, допускаемой при регулировке схождения, является установка неравной длины рулевых тяг. Предполагая, что рулевой привод расположен позади управляемой оси, можно с уверенностью сказать, что при движении по неровностям дороги передние колеса автомобиля будут поворачиваться на разные углы, что приведет к «рысканью» автомобиля и необходимости постоянного контроля курсовой устойчивости.

poyasneniya_pkio24_07

Рис. 6: Влияние изменения схождения S колеса при изменении длины V рулевой тяги.

1. Слишком короткая тяга; 2. Нормальная длина рулевой тяги; 3. Слишком длинная рулевая тяга.

 

Рассмотрим рисунок 2. Если рулевая тяга 1 слишком короткая, то при условии расположения рулевого управления позади оси управляемое колесо в ходе отбоя и сжатия колеса стягиваются назад, поворачивая его в сторону отрицательного схождения. Слишком длинная тяга 3 разводит управляемое колесо, поворачивая их в сторону положительного схождения. Вышесказанное хорошо иллюстрируется приведенными на рисунке 042 справа графиками. Линия 1 соответствует изменению схождения при установке короткой рулевой тяги, а линия 3 – длинной тяги.

poyasneniya_pkio24_08

Рис. 7: Влияние изменения схождения S колеса при изменении высоты V шарнира рулевого механизма.

1. Штатное положение шарнира рулевого механизма; 2. Низкое положение шарнира рулевого механизма; 3. Высокое положение шарнира рулевого механизма.

 

При крене кузова наблюдается изменение положения внутреннего шарнира рулевой тяги (рис. 3) относительно поверхности дороги. В этом случае внутреннее колесо, расположенное ближе к центру поворота, в ходе отбоя будет получать отрицательное схождение, а внутренне – положительное схождение. Такое согласованное изменение схождения, наблюдаемое при крене в повороте, что приводит к некоторому уменьшению угла поворота колес, или, иными словами, к недостаточной поворачиваемости автомобиля. В этих случаях заднюю ось автомобиля проектируют с небольшой избыточной поворачиваемостью, которая возникает при крене автомобиля. Однако автомобиль будет вести себя «правильно», то есть так, как это задумано конструкторами, только при строгом соблюдении рекомендаций по регулировке углов установки колес и соответствии длин рулевых тяг.

У колес зависимых подвесок вследствие имеющейся между ними жесткой связи не происходит никакого изменения схождения, однако при изготовлении или в процессе эксплуатации возможна установка оси автомобиля с перекосом, то есть одно из колес автомобиля будет иметь положительное схождение, а второе – отрицательное схождение. В таких случаях автомобиль движется с некоторым смещением передней и задней части. В просторечье такое движение называют «собачьим ходом», так как это животное при беге ставит задние ноги не в след передним, а с некоторым смещением в сторону. Этот дефект довольно трудно устранить, так как большая часть измерительных стендов проверяет только параллельность колес зависимых подвесок.

poyasneniya_pkio24_09

Рис. 8: Несоответствие вектора тяги продольной оси автомобиля вызывает постоянное стремление задней оси отклониться от прямолинейного движения. Компенсация производится намеренной установкой колес передней оси с неравным схождением по каждому из колес управляемой оси

 

Если у автомобиля существует некоторый перекос задней оси (рис. 8), то направление силы тяги вынудит производить постоянное подруливание. Компенсацию этого явления обычно производят намеренным изменением регулировки схождения, как это показано на рисунке 8 справа, то есть изменение длин рулевых тяг со всеми вытекающими и описанными выше последствиями. Если задняя ось снабжена независимой подвеской, то довольно оригинальное решение этой проблемы предлагается производителями современных стендов.

Оставить комментарий

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
  Подписаться  
Уведомление о