3             Подрессоривание

 3.1          Основные сведения

Подрессоривание необходимо для обеспечения удобств при поездке, улучшения безопасности движения и сохранности комплектующих деталей шасси.

Обеспечить высокий комфорт можно, снизив динамические качества автомобиля, в частности, его разгонные и тормозные характеристики, однако это противоречит условиям обеспечения безопасности движения. Улучшение динамических характеристик, напротив, снижают комфорт, так как приводят к возникновению значительных колебаний колес, и, вместе с тем, ухудшает условия безопасности дорожного движения (см. рис 3.1).

poyasneniya_pkio40_01

Рис. 3.1: Амплитуда колебаний колеса, и ускорения, возникающие в деталях конструкции шасси, при неизменной жесткости упругого элемента зависят от демпфирования этих колебаний. При снижении демпфирования, возникшей, например, из-за неисправности амортизаторов, увеличивается амплитуда колебаний колеса и деталей подвески, при этом значительно снижается безопасность движения.

 

Возможные перемещения кузова в пространстве, в том числе и колебательные движения, отображены на схеме, представленной на рисунке 3.2.

poyasneniya_pkio40_02

Рис. 3.2a

Возможные колебания конструкций транспортного средства. Подрессоривание производится установкой упругих конструктивных элементов и гашением колебаний автомобильным колесом за счет упругой деформации шин. Подрессоривание за счет упругой деформации шин происходит в основном как составляющая возможных колебаний в направлении z, но за счет шин происходит и частичное гашение возможных колебаний в направлениях x и y.

1             Шатание

Поступательно поперечные (перемещения вдоль поперечной оси y)

2             Подергивание

Поступательно продольные (перемещения вдоль продольной оси x)

3             Подпрыгивание

Поступательно вертикальные (перемещения вдоль вертикальной оси z)

4             Рыскание

Крутильные колебания (вращательные движения вокруг оси z)

5             Раскачивание

Крутильные колебания (вращательные движения вокруг оси x)

6             Галопирование

Крутильные колебания (вращательные движения вокруг оси y)

 

Рис 3.2б

Возможные колебания подвески колес или подвески оси, в частности, крутильные колебания, возникающие в поперечной плоскости, а так же крутильные колебания (вибрация), возникающие вокруг вертикальной оси, например, оси поворота управляемого колеса.

1             Крутильное колебание в поперечной плоскости

Крутильные колебания жестких осей вокруг оси вращения, расположенной вдоль продольной оси кузова

2             Крутильные колебания вокруг шкворневой оси

Крутильные колебания управляемых колес вокруг рулевой цапфы вызывает «биение руля»

 

Подпрыгивание, галопирование и раскачивание должно гаситься упругими элементами подрессоривания. Подергивание, шатание и рыскание автомобиля должны гаситься упругостью шин и упругостью сайлент-блоков подвески.

Локальные колебания могут возникнуть из-за собственных колебательных движений колес.

Локальные колебания элементов могут привести к общим колебаниям конструкции (см. рис 3.2б).

 

3.1.1      Комфортабельность (удобство) езды

 

Движущееся по волнистым неровностям дороги транспортное средство воспринимает эти неровности колесами, и передают эти колебания на кузов (см. рис. 3.3). Идеальным удобством при поездке было бы такое подрессоривание, при котором колебания колеса не передавалось бы на кузов автомобиля.

При движении по волнистым неровностям дороги колебания конструкции происходят согласно графику, представленному на рисунке 3.4. При заданной длине волнистых неровностей частота возбуждаемых колебаний зависит от скорости движения транспортного средства. Чем больше скорость транспортного средства, тем выше частота возбуждения колебаний. Как правило, профиль дорожного полотна отличается беспорядочным чередованием неровностей, и это возбуждает разнородные колебания колес и элементов подвески (см. рис. 3.2).

poyasneniya_pkio40_03

Рис. 3.3: Движение кузова транспортного средства и колеса при движении по волнистым неровностям дороги.

mA = Подрессоренная масса

mR = Неподрессоренная масса

ZE = s Синусоидальные (волнистые) неровности дороги

poyasneniya_pkio40_04

Рис 3.4: Ускорения, возникающие в элементах конструкции, являются функцией частоты возбуждаемых колебаний и амплитуды ZE неровностей дорожного полотна. Ускорение – это изменение скорости за единицу времени, или первой производной скорости по времени. В соответствии с геометрическим смыслом производной, ускорение определяется наклоном касательной к кривой колебаний элементов подвески. Если наклон изменяется постепенно – ускорение невелико, если наблюдается резкое изменение наклона, ускорение большое. Если амплитуда возбуждающих колебания неровностей увеличивается в два раза, то вдвое увеличивается и ускорение в элементах подвески.

Если отсутствует демпфирование колебаний, при совпадении частоты возбуждающих колебаний с собственной частотой колебаний системы «шина – ось –пружина» ускорения в конструктивных элементах может вырасти до бесконечности, то есть, система может войти в резонанс.

ZE = 1 см. — без демпфирования

 

3.1.2      Безопасность движения

Для обеспечения хорошей управляемости транспортным средством необходим постоянный контакт колеса с дорогой. При волнистой неровности дорожного полотна колесо, так же как и кузов транспортного средства получает колебания с частотой, определяемой возбудителем этих колебаний. Колебательные движения возбуждаются в точке соприкосновения колеса с дорожным полотном (см. рис. 3.5). Суммарная масса колеса с тормозным механизмом и частью рычагов подвески относятся к неподрессоренной массе транспортного средства, и для обеспечения плавности хода эта масса должна быть маленькой. Таким образом, для обеспечения плавности хода важна большая разница между массой неподрессоренных деталей и массой подрессоренных деталей кузова.

poyasneniya_pkio40_05

Рис. 3.5: На волнистой поверхности проезжей части из-за раскачивания колеса могут возникнуть колебания нагрузки в колесе, которые могут трансформироваться в подскок колеса над поверхностью проезжей части. Колебания нагрузки в колесе – есть функция частоты возбуждающих сил, амплитуды неровностей на проезжей части и массы колеса.

ZE = 1 см. — без демпфирования

poyasneniya_pkio40_06

Рис 3.6

a)           При совершении наезда на выпуклость колесо совершает подскок и возвращается в контакт с дорожным полотном с некоторым запаздыванием, то есть, часть времени колесо движется без соприкосновения с дорожным полотном.

b)           При совершении проезда впадины колесо приподнято над дорожным полотном как в момент его въезда во впадину, так и при выезде из впадины.

 

Так же как и при определении колебаний конструкции, при передаче колебаний от неподрессоренных масс к подрессоренным массам нужно учитывать хаотичность расположения неровностей на дорожном полотне, которые вызывают разнородные колебания колес и деталей подвески. Колебания подвески могут быть вызваны и неоднородным распределением массы в шине (её дисбалансом), которые возбуждают колебательные нагрузки в самом колесе при его вращении. Если колесо, перемещаясь вдоль дорожного полотна, натыкается на одиночную неровность, в опорной площадке колеса возникает деформация, которая вызывает подскок колеса. Этот подскок завершается только после съезда колеса с неровности, то есть после исчезновения возмущающей силы (см. рис. 3.6а). На какое-то время колесо, продолжая движение по инерции, теряет контакт с проезжей частью. Аналогичная ситуация возникает и при проезде вмятины на дорожном полотне (см. рис. 3.6б).

 

3.1.3      Нагрузки в элементах шасси

 

При чисто вертикальном демпфировании подвеска колеса нагружается незначительно.

Если же колесо наезжает на помеху, то возникает две компоненты силы, горизонтальная составляющая ΔF, которая воспринимается деталями подвески колеса (см. рис. 3.7). Величина этой составляющей зависит от формы неровности, от модуля упругости колеса и упругого элемента подвески, а также от скорости движения транспортного средства. Продольная составляющая силы тем меньше, чем меньше модуль упругости пружины (мягкая пружина), чем меньше угол подъема профиля неровности дорожного полотна, и чем меньше скорость движения транспортного средства.

poyasneniya_pkio40_07

Рис 3.7

Уклон выпуклости проезжей части играет решающую роль в возбуждении нагрузки, воспринимаемой подвеской колеса, так как горизонтальная составляющая возбуждающей силы гасится деталями подвески, а не шиной. Детали подвески обладают меньшей эластичностью, поэтому на поверхности проезжей части не должно быть помех с крутыми уклонами, так как подобные помехи вызывают появление локальных нагрузки в колесе транспортного средства, передаваемых на подвеску в виде горизонтальных ударных нагрузок.

1             полный вектор силы удара колеса о невысокую неровность, направленный вдоль шкворневой оси, воспринимаемый пружиной подвески.

2             суммарный вектор силы удара о крутую и высокую неровность, который раскладывается на две составляющие: горизонтальную часть и часть, направленную вдоль шкворневой оси и воспринимаемый пружиной подвески.

Оставить комментарий

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
  Подписаться  
Уведомление о