Угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса
Угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса (SAI = SteeringAxisInclination = наклон управляемой оси) – фронтальная проекция угла между осью поворота управляемого колеса и вертикальной плоскостью при наблюдении спереди или сзади автомобиля. Угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса может иметь только положительные значения.
Рис. 1: угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса.
SAI = угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса; IA = включенный угол; γ = угол развала колеса; r = плечо обката; rц = поперечное смещение оси поворота.
Если угол поперечного наклона оси поворота отсчитывать не от вертикальной плоскости, а от плоскости вращения колеса (то есть включить в него угол развала), получится так называемый включенный угол (IA = Include Angle = Включённый (присоединенный) угол). Включенный угол является неизменный конструктивным параметром автомобиля. Он определяет взаимную ориентацию оси поворота и цапфы колеса.
Рис. 2: В 2-рычажной подвеске включенный угол определяется только геометрией цапфы
Угол поперечного наклона оси поворота совместно с углом развала колеса формирует очень важный параметр подвески – плечо обката. Плечо обката – это расстояние от центра пятна контакта колеса с опорной поверхностью до точки пересечения оси поворота управляемого колеса. Плечо обката считается положительным, если точка пересечения оси поворота управляемого колеса находится на внутренней части пятна контакта (то есть – ближе к кузову автомобиля). Плечо обката считается отрицательным, если точка пересечения оси поворота управляемого колеса находится на внешней части пятна контакта колеса с дорогой (то есть – дальше от кузова автомобиля).
Рис.3: Формирование плеча обката углом развала и поперечного наклона оси поворота управляемого колеса
а – положительный угол развала (+γ) при малом значении угла поперечного наклона оси поворота (σ);
б – нулевой угол развала (γ = 0) при среднем значении угла поперечного наклона оси поворота (σ);;
в – отрицательный угол развала(-γ) при большом значении угла поперечного наклона оси поворота (σ);
1 – поворотный кулак;
2 – рычаг подвески;
3 – шаровые опоры;
γ – угол развала колеса;
σ – угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса;
Угол поперечного наклона образуется вертикалью и осью поворота колеса на виде спереди
(рис. 3). Наряду с другими факторами поперечный наклон оси поворота управляемого колеса обеспечивает стабилизацию управляемых колес не только в движении, но и в статическом состоянии.
В автомобилестроении угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса принимает только положительные значения. Отсчитывается угол наклона оси поворота управляемого колеса не от продольной плоскости симметрии (середине) автомобиля, а от вертикали, поэтому позиция автомобиля при измерении углов играет решающее значение в достоверности результатов измерений.
Рис. 4: Измерение угла поперечного, как впрочем, и продольного наклона оси поворота управляемого колеса производится последовательным поворотом управляемого колеса вправо и влево на угол θ (на рисунке – позиции А и Б) Рекомендуемое значение угла поворота управляемого колеса при измерениях θ = 10° или θ = 20° – в зависимости от рекомендаций производителя транспортного средства)
5.3.6. Поперечный наклон оси поворота колеса
Рис. 5.62: Схематическое изображение поворотной цапфы
Поперечный наклон оси поворота определяется как угол между осью поворота колеса и плоскостью, перпендикулярной опорной поверхности и параллельной продольной плоскости автомобиля.
В передних подвесках легковых автомобилей направляющие функции возложены на верхний шаровой шарнир и нижнюю шаровую опору, поэтому ось поворота управляемого колеса будет проходить через центры E и G шаровых шарниров. Угол поперечного наклона σ оси поворота управляемого колеса зависит от длины рычагов подвески, а развал колеса γ задается конструктивно при изготовлении поворотной цапфы и не может быть изменен без соответствующего изменения угла σ.
Рис. 5.63. Схематическое изображение подвески McPherson
В подвеске McPherson осью поворота колеса E-G является линия, соединяющая верхнюю точку крепления E амортизаторной стойки и нижний шаровой шарнир G. Для получения отрицательного плеча обкатки потребуется смещать нижний шаровой шарнир G внутрь колеса, и большой угол поперечного наклона оси поворота колеса.
Поскольку величины развала γ и поперечного наклона оси поворота колеса σ взаимосвязаны и задаются при механической обработке поворотной цапфы, то задавать допуск на величину поперечного наклона оси поворота колеса излишне. Если на автомобиле при контроле геометрии ходовой части установлено, что развал находится в допустимых пределах, то это относится в равной мере и к поперечному углу наклона оси поворота колеса.
Рис.5.64: Варианты способов регулировки развала колеса
а) – смещением шаровой опоры относительно нижнего рычага; б) – поворотом эксцентриковой опоры крепления поворотной цапфы к телескопической стойке; в) установкой прокладок под ось верхнего рычага; г) поворотом асимметричной верхней опоры телескопической стойки;
1. – нижний рычаг; 2. – шаровая опора; 3. – цанговая опора поворотной цапфы; 4. – телескопическая стойка; 5. – эксцентриковый болт; 6. – вставные прокладки; 7. – верхний рычаг; 8.- верхняя опора телескопической стойки; 9. – опорный столб передней подвески; 10. – шток амортизатора поворотной стойки.
Исключением из этого правила является подвески McPherson, у которой поворотная цапфа кулак 3 (см. рис. 5.64б) соединен с амортизаторной стойкой 4 посредством цангового зажима с эксцентриковым болтом 5, допускающим регулировку развала колеса отдельно от поперечного угла наклона амортизаторной стойки. Такая схема применена на отечественных переднеприводных автомобилях семейства ВАЗ.
Для подвесок такого типа присуще следующее: хотя развал колеса можно отрегулировать с высокой точностью, при измерениях часто фиксируется, что углы наклона амортизаторной стойки разнятся на величину более 1 .
Это может привести к боковому уводу автомобиля при прямолинейном движении, особенно при езде по неровной поверхности, так как непосредственная зависимость наличествует между изменениями развала и поперечного наклона оси поворота колеса и в процессе ходов подвески.
Угол поперечного наклона оси поворота колеса совместно с развалом колеса можно отрегулировать, перемещая шаровую опору 2 (рис.5.64а) вдоль нижнего рычага 1 подвески, либо меняя количество прокладок 6 (рис. 5.64в) под осью вращения рычага 7.
На ряде автомобилей возможно изменение угла наклона амортизаторной стойки поворотом верхней опоры 8 (рис. 5.64г) относительно кузова 9 автомобиля. В этом случае амортизаторная стойка 10 может быть наклонена относительно кузова на угол 1°30’.
Рис. 5.65. Схема поворота управляемого колеса.
E-G – ось поворота (шкворневая ось); R3 – плечо действия вертикальной силы Fn; f – средняя точка пятна контакта (точка приложения сил к колесу); J – проекция точки приложения сил на ось поворота колеса; a – высота смещения проекции; ΔH – высота поднятия передней части автомобиля при повороте управляемого колеса; r – плечо обката; β – угол поворота управляемого колеса; σ – угол поперечного наклона оси поворота (шкворневой оси).
Во время поворота рулевого колеса в случае наклона оси поворота колеса и плече обкатки, не равному нулю, передняя часть автомобиля приподнимается на некоторую величину ΔH рис. 5.65. При повороте рулевого колеса точка контакта колеса с дорогой на виде сбоку описывает траекторию, близкую к эллиптической, точка f переместится и займет новое положение на эллипсе. Если продольный наклон оси поворота отсутствует, автомобиль приподнимается на высоту
Где:
r – плечо обкатки, м;
σ – угол поперечного наклона оси поворота колеса, град;
β – угол поворота управляемого колеса, град.
Для расчета высоты подъема правой и левой части кузова в формулу необходимо подставлять значения угла поворота внутреннего и наружного колес управляемой оси. Однако возврат рулевого колеса происходит не за счет подъема верхней части кузова, а под действием составляющей Fn*sinσ, показанной на рисунке 5.61б, приложенной на плече R3.
При повороте управляемых колес направление действия силы Fn*sinσ составляет с осью вращения колеса угол β (рис. 5.65в), а её составляющая Fn*sinσ*sinβ создает стабилизирующий момент, приблизительное значение которого в диапазоне малых углов поворота для обоих колес переднего моста можно определить по формулам:
Относительно большие углы σ0 при отрицательном плече rS требуется для того, чтобы получить достаточный стабилизирующий момент в диапазоне малых значений продольного наклона оси поворота. Недостатком в этом случае является положительный развал наружного колеса во время поворота; преимущество заключается в достижении более близким к оптимальным значениям изменения колеи и развала.
Все легковые автомобили для обеспечения возврата рулевого колеса имеют большое значение плеча R3, а плечо продольной силы R2 по возможности короткое, чтобы ограничить воздействие дорожных неровностей на рулевое управление.
Во время движения в повороте плечо R3 изменяется в значительной степени, в то время как плечо R2 практически не меняется.