Пояснения к тестовому заданию про листовые рессоры

 

Раздел 7. Упругие элементы (устройства) подвесок

Глава 7.1. Рессоры

Рессорная подвеска имеет простую конструкцию, но значительную массу. Листовые рессоры являются наиболее технологичным упругим элементом, который применяют в подвесках автомобилей. Они использовались еще на гужевых экипажах и первых автомобилях и продолжают применяться в настоящее время, но в основном на грузовых автомобилях, прицепах и полуприцепах.

Основным преимуществом рессор является их способность выполнять одновременно функции упругого и направляющего устройств подвески. Кроме того, они просты в изготовлении и обладают хорошей ремонтопригодностью. Однако по сравнению с другими металлическими упругими элементами рессоры имеют значительную массу, что предопределяет низкую плавность хода автомобиля, малую энергоемкость, обладают сухим трением, менее долговечны и требуют смазки в процессе эксплуатации.

Типичная многолистовая рессора состоит из набора скрепленных между собой листов (рисунок 7.1) одинаковой ширины, но различной длины и кривизны. Чем меньше длина листа, тем больше должна быть его кривизна. При такой конструкции уменьшается нагрузка на самый длинный и наиболее нагруженный лист рессоры – коренной, который воспринимает большую часть нагрузок как основной элемент направляющего устройства подвески. Существенное снижение нагрузки на коренной лист обеспечивает установка одного или двух подкоренных листов, но это приводит к повышению жесткости и массы рессоры. Сохранение же прежней жесткости рессоры может быть достигнуто только путем увеличения ее длины, но это также приводит к увеличению ее массы.

poyasneniya_pkio42_01

Рис. 7.1: Много-листовая рессора

1 – болт; 2 – хомуты; 3 – ушки

poyasneniya_pkio42_02

Рисунок 7.2: Высадки, обеспечивающие взаимное положение листов в собранной рессоре

 

Взаимное положение листов в собранной рессоре обычно обеспечивается стяжным болтом 1, а иногда посредством специальных высадок, сделанных в средней части листов (рисунок 7.2). Кроме того, листы скреплены хомутами 2, которые исключают относительный боковой сдвиг листов и передают нагрузку от коренного листа на другие листы при обратном прогибе рессоры. В скрепленном состоянии рессора имеет форму эллипса. С помощью коренного листа она шарнирно прикрепляется обоими концами к несущей системе автомобиля и может передавать силы и моменты между колесами и несущей системой. Форма концов коренного листа определяется способом крепления рессоры к несущей системе (рисунок 7.3) и необходимостью обеспечения компенсации изменения ее длины в процессе работы. Для этого один из концов рессоры (или оба) устанавливается подвижно относительно кузова (рамы) автомобиля.

Одним из наиболее распространенных способов крепления рессоры к несущей системе является крепление с помощью ушек, причем подвижным концом рессоры является ушко, расположенное в серьге 1 (рисунок 7.3 , д). Серьга устанавливается на заднем конце рессоры. При этом рессора смягчает продольные удары от наезда колесом на препятствия, так как упруго деформируется и, поворачиваясь относительно переднего ушка, позволяет колесу немного приподниматься. При относительно небольших нагрузках на рессору ее ушки образуются одним коренным листом (см. рисунок 7.1), а следующий лист для уменьшения жесткости рессоры делают короче коренного.

poyasneniya_pkio42_03

Рисунок 7.3: Способы крепления рессоры к несущей системе

а – с загнутыми ушками; б – на резиновых подушках; в – с накладным ушком и шарниром скольжения; г – с качающейся металлической опорой с опорным сухарем; д – с загнутым ушком в серьге и шарнирами с резиновыми втулками

 

При больших нагрузках ушки усиливают вторым листом, который загибают почти до вертикальной оси ушка (рисунок 7.4, а) или даже по всей окружности (рисунок 7.4, б), оставляя зазор между листами, необходимый для деформации рессоры. На рессорах большегрузных грузовых автомобилей применяют накладные ушки (рисунок 7.4, в), которые прикрепляют к коренному листу болтами, стремянками или заклепками. Такое решение удешевляет конструкцию, так как гибка ушка из толстого листа пружинной стали связана с технологическими сложностями.

 

Если концы второго листа (рисунок 7,4, а) огибают ушко коренного листа без зазора, то при деформации рессоры он должен иметь возможность относительного перемещения в средней ее опоре. В этом случае (рисунок 7.4, г) лист 1 делают разрезным, а во избежание его затяжки центральным болтом 2 под него кладут обойму 3 с двумя прямоугольными вкладышами 4, более толстыми, чем сам лист.

Рессора с ушками присоединяется к несущей системе автомобиля посредством цилиндрических шарниров. В подвесках легковых, легких коммерческих автомобилей и автомобилей-пикапов применяются резинометаллические шарниры или шарниры, состоящие из двух резиновых втулок, плотно зажатых в ушке рессоры гайкой соединительного пальца (см. рисунок 7.3, д). Их достоинством является то, что они не требуют смазки и изолируют несущую систему автомобиля от высокочастотных вибраций, вызываемых неровностями дороги. Однако их несущая способность невелика и, кроме того, они предопределяют повышенную продольную и поперечную податливость подвески. В подвесках среднетоннажных и большегрузных автомобилей, как правило, применяются смазываемые металлические шарниры (см. рисунок 7.3, в), состоящие из пальца, закрепленного в кронштейне рессоры стяжными болтами, и сменной втулки, запрессованной в накладное ушко. Для смазки в торец пальца заворачивается пресс-масленка.

В собранной рессоре листы плотно прижаты и при прогибах скользят друг относительно друга (трутся). Совершающаяся при этом работа сил трения между листами способствует демпфированию колебаний подвески. Поэтому в тех случаях, когда не предъявляются высокие требования к плавности хода автомобиля (например, задние подвески большегрузных автомобилей-самосвалов), в рессорной подвеске амортизаторы могут не устанавливаться. Однако силы сухого трения в рессоре, зависящие от нагрузки на колесо, при определенных ее величинах могут вызвать блокирование подвески. Кроме того, эти силы зависят от условий эксплуатации автомобиля (например, загрязненности и влажности окружающей среды, периодичности обслуживания и т.п.) и могут изменяться в достаточно широких пределах, поэтому демпфирующие характеристики подвески оказываются нестабильными. Трение листов друг о друга приводит к изнашиванию поверхностного упрочненного слоя и преждевременному выходу их из строя, поэтому сухое трение в целом считается вредным.

poyasneniya_pkio42_04

Рисунок 7.4: Схемы рессорных ушек

а и б – усиленные ушки; в – накладное ушко; г – разрезной лист рессоры:

1 – лист рессоры; 2 – центральный болт; 3 – обойма; 4 – вкладыши

 

Для уменьшения сил сухого трения при сборке рессоры ее листы смазывают графитовой смазкой, которая также предохраняет их от коррозии. В рессорах легковых автомобилей для этого устанавливают специальные прокладки из пластмассы или вставки на концах листов из резины или пластмассы.

У большегрузных грузовых автомобилей, предназначенных для эксплуатации на разбитых дорогах, продольные нагрузки могут достигать больших величин, которые передаются на раму через ушки рессор. Поэтому на этих автомобилях рессоры могут разгружаться от передачи толкающих усилий продольными штангами, функции которых иногда выполняют дополнительные рессорные листы (рисунок 7.5). В этом случае оба конца рессоры присоединяются к раме при помощи серег, либо опираются на скользящие опоры.

poyasneniya_pkio42_05

Рисунок 7.5: Снятие продольных толкающих усилий, передаваемых рессорой, установкой толкающих штанг (а) или установкой дополнительных рессорных листов (б)

 

Для обеспечения хорошей плавности хода легкового автомобиля с зависимой задней подвеской применяют длинные рессоры. Их недостатками являются податливость в боковом направлении, что ухудшает устойчивость автомобиля при движении на поворотах, и S-образная деформируемость в продольном направлении (рисунок 7.6).

poyasneniya_pkio42_06

Рис. 7.6: S-образный изгиб рессоры, вызванный действием тормозных сил

 

Продольные силы Rx, возникающие в контакте ведущих колес с опорной поверхностью на режимах торможения и разгона, вызывают поворот балки заднего моста, что приводит к увеличению напряжений изгиба, действующих в центре рессоры. Для того чтобы воспрепятствовать появлению S-образного изгиба устанавливают, например, две продольные штанги над ведущим мостом, которые при торможении работают на сжатие и продольный изгиб, а при разгоне – на растяжение. Вследствие этого рессоры нагружаются практически только продольными силами, которые воспринимаются и передаются на несущую систему автомобиля коренными листами или 1-листовыми рессорами.

poyasneniya_pkio42_07

Рисунок 7.7 – Задняя зависимая подвеска, в которой функции реактивных штанг выполняют продольные плечи стабилизатора поперечной устойчивости

 

На рисунке 7.7 показана задняя зависимая подвеска легкового автомобиля со стабилизатором поперечной устойчивости, расположенным над балкой моста. Направленные вперед плечи стабилизатора выполняют функции продольных реактивных штанг подвески и разгружают рессоры от реактивного момента, действующего на мост, существенно снижая напряжения изгиба в них и предотвращая появление S-образного изгиба.

Многолистовые рессоры имеют листы постоянного поперечного сечения, формы которого показаны на рисунке 7.8.

poyasneniya_pkio42_08

Рисунок 7.8: Формы поперечного сечения листов рессор

а – трапецеидальная; б – прямоугольная; в – Т-образная; г – прямоугольная с канавкой

 

Трапецеидальную и Т-образную формы поперечного сечения листов применяют в целях уменьшения напряжений растяжения. Эти формы не только повышают долговечность листов, но и обеспечивают экономию металла.

poyasneniya_pkio42_09

Рисунок 7.9: Поперечная рессора: а – схема; б – установка в подвеске

 

В подвесках автомобилей рессоры могут располагаться поперечно и продольно. Поперечные рессоры ранее применялись в передних зависимых подвесках (рисунок 7.9). Рессора средней частью крепилась к поперечине рамы, а ее концы подвешивались на серьгах к передней оси автомобиля. Такая рессора не могла передавать продольные силы и реактивный и тормозной моменты.

В независимых передних подвесках легковых и лёгких коммерческих автомобилей поперечные рессоры вследствие простоты конструкции, технологичности изготовления и экономической целесообразности применяются и в настоящее время (см. рисунки 7.10, 7.11).

poyasneniya_pkio42_10

Рис. 7.10: Независимая подвеска колес автомобиля Chevrolet Corvette с поперечной листовой рессорой

poyasneniya_pkio42_11

Рис. 7.11: Подвеска McPherson с поперечной листовой рессорой

Продольные рессоры по конструкции и способу крепления подразделяются на полуэллиптические, кантилеверные и четвертные (рисунок 7.12). При установке кантилеверных и четвертных рессор требовалось направляющее устройство, так как они не приспособлены для передачи продольных усилий и реактивного и тормозного моментов, и в подвесках современных автомобилей не применяются.

poyasneniya_pkio42_12

Рисунок 7.12: Схемы продольных рессор

а – полуэллиптическая; б – кантилеверная; в – четвертная

 

Для уменьшения массы рессорных подвесок и улучшения плавности хода автомобилей применяют мало-листовые рессоры, состоящие из 2…3 листов

Одно-листовые рессоры, являющиеся балками равного сопротивления изгибу, лишены внутреннего трения и имеют большую жесткость в поперечном направлении. Однако применяются достаточно редко, так как имеют бóльшую длину и сложнее технологически. Кроме того, в процессе эксплуатации автомобиля поломка листа приводит к полному отказу в работе автомобиля.

При изготовлении много-листовых рессор, как правило, используют легированные стали 55ГС, 55С2, 60С2 и 50 ХГ, а мало-листовых – 50ХГ, 50ХГА, 60ХГ и 50ХГФА.

Оставить комментарий

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
  Подписаться  
Уведомление о