Определение передаточного числа подвески

2.1 Цель работы: изучить методику определения передаточного числа подвески.

2.2 Теоретическая часть

В подвесках автомобилей сила, действующая в пятне контакта колеса с дорогой – вертикальная реакция колеса Rz и сила, непосредственного воздействия пружины на элементы подвески Pпр отличаются, причем иногда весьма сильно.

Для расчета пружины подвески вначале из расчетной реакции колес Rzст необходимо вычесть вес неподрессоренных масс Pzнм. Затем следует определить передаточное отношение подвески U. Под передаточным отношением подвески в данном случае понимается отношение перемещения колеса к соответствующему изменению прогиба пружины.

Определение передаточного отношения подвески в некоторых случаях затруднено. Поэтому для упрощения пользуются определением отношения величины силы действия пружины к величине R’z = Rz - Rzнм:

(2.1)

Рассмотрим определение величины U для некоторых типичных конструкций подвесок.

2.2.1 Подвеска на одном рычаге

Исходя из рисунка 2.1 для такой конструкции подвески передаточное отношение будет равняться:

(2.2)

Рисунок 2.1 – Подвеска автомобиля на одном рычаге

Среди независимых подвесок – то есть тех, в которых колеса не имеют жесткой связи друг с другом – подвеска этого типа самая простая. Каждое колесо здесь удерживается одним продольным рычагом, воспринимающим, соответственно, продольные и боковые усилия. Рычаг при этом должен обладать большой прочностью и иметь широкую опорную базу – обычно он крепится к кузову на двух шарнирах.

В процессе работы такой подвески колеса перемещаются сторого в продольной плоскости автомобиля, а их схождение и колея остаются неизменными. С одной стороны, это плюс – на прямой автомобиль стабилен и экономичен, но с другой – в повороте колеса четко наклоняются вместе кузовом, существенно уменьшая возможности шин в передаче боковых сил. И крены получаются немаленькие – центр поперечного крена располагается очень низко, на уровне дороги. Конструкция очень проста и компактна – подходит для коммерческих грузопассажирских моделей вроде Volkswagen Multivan. Перед поворотом нужно сбрасывать скорость, но зато автомобиль стабилен на прямой, адекватно управляется и весьма экономичен [3].

2.2.2 Подвеска на двух поперечных рычагах

Зная расчетную величину (Rz - Rzнм) можно построить в масштабе векторный треугольник (Rz - Rzнм), Рверх, Рнижн (рисунок 2.2, также показан пример подвески установленной на автомобиль Mercedes-Benz SLS AMG), где:

Рверх – сила, действующая вдоль верхнего рычага;

Рнижн – сила, действующая на наружный шарнир нижнего рычага.

(При определении направлений векторов Рверх и Рнижн трением в шарнирах можно пренебречь, ввиду его неизвестности).

Зная масштаб изображения величины R’z можно определить вычислением или непосредственным измерением на чертеже величину Рнижн:

где R’z - величина вертикальной реакции колес за вычетов Rzнм.

k - коэффициент масштаба изображения треугольника сил.

Далее по формуле определяется величина Рпр:

Затем определяем величину передаточного отношения по формуле (2.1).

Подвеска на двойных рычагах представляет собой классическую независимую подвеску, состоящую из двух рычагов, расположенных друг над другом, раздвоенные стороны которых крепятся к кузову, а противоположные концы с помощью шарниров к верхней и нижней частям поворотной цапфы.

Рисунок 2.2 – Подвеска автомобиля на двух поперечных рычага:

1 – верхний поперечный рычаг; 2 – амортизатор; 3 – пружина; 4 - приводной вал; 5 – рулевая тяга; 6 – нижний поперечный рычаг

2.2.3. Подвеска МакФерсон («качающаяся свеча»)

Подвеска МакФерсон (McPherson) является самым распространенным видом независимой подвески, который применяется на передней оси автомобиля. По своей конструкции подвеска МакФерсон (рисунок 2.3) является развитием подвески на двойных поперечных рычагах, в которой верхний поперечный рычаг заменен на амортизаторную стойку [4].

Благодаря компактности конструкции подвеска McPherson широко используется на переднеприводных легковых автомобилях, так как позволяет поперечно разместить двигатель и коробку передач в подкапотном пространстве. К другим преимуществам данного типа подвески относятся простота конструкции, а также большой ход подвески, препятствующий пробоям.

В общем случае линия действия пружины не совпадает с осью стойки (рисунок 2.3). В этом случае кроме известной величины R’z на стойку действуют три неизвестные: Рпр, Рнижн и Рверх. Тогда для простого графического решения надо составить и решить уравнение моментов сил R’z и Рпр относительно точки пересечения линий действия сил Рнижн и Рверх. Однако указанные линии действия почти параллельны, что чрезвычайно затрудняет, а иногда практически исключает такой вариант графоаналитического решения. Более сложный, но и более практичный вариант графоаналитического решения можно получить, если решить уравнение моментов сил, действующих относительно точки О – пересечения линий действия сил Рпр и Рнижн (рисунок 2.3).

Откуда

Получив величину Рверх нужно построить векторный многоугольник, при помощи которого можно найти величины сил Рпр и Рнижн (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Подвеска типа МакФерсон

Зная величину силы Рверх и величины плеч a и b, можно найти боковые силы, действующие между поршнем амортизатора и его штоком, с одной стороны, и корпусом амортизатора, с другой. Эти силы вызывают износ указанных пар трения и не позволяют подвеске из-за трения реагировать на малые изменения величины R’z. Для сведения этих сил к нулю необходимо, чтобы линия действия силы Рпр проходила через точку О – точку пересечения линий действия сил R’z и Рнижн (рисунок 2.4). Сила Рверх в этом случае отсутствует. Нахождение величины сил Рпр и Рнижн решается при помощи векторного треугольника (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Способ уменьшения силы P_верх в подвеске

Однако необходимо иметь в виду, что полное отсутствие силы Рверх будет иметь место только в одном положении подвески. При выходе подвески из этого положения сила Рверх будет возникать, однако её величина будет незначительна.

Во многих случаях из-за компоновочных соображений конструктор бывает вынужден совмещать ось пружины с осью стойки (рисунок 2.5). Нахождение величины силы Рпр в данном случае аналогично решению для схемы подвески, изображённой на рисунок 2.3.

Передаточное отношение подвески величина непостоянная, и в каждом положении подвески будет иметь своё значение. Однако, для автомобильных подвесок изменение величины передаточного отношения в зависимости от изменения прогиба обычно невелико, но не следует во всех случаях пренебрегать этим обстоятельством.

Рисунок 2.5 – Совмещение оси пружины с осью стойки в подвеске типа МакФерсона

2.3 Пример расчета.

В качестве примера рассмотрим определение передаточного числа подвески с нелинейной характеристикой упругости задней подвески для автомобилей класса «А».

Исходные данные по вариантам приведена в приложении (таблица 1).

Проведем расчет соответствующих вертикальных реакций без учета веса подвески:

Максимальная реакция подвески с учетом и без учета веса неподрессоренных масс соответственно:

Передаточное число подвески рассчитывается по формуле 2.2.

2.4 Содержание отчета

2.4.1 Кратко дать описание и изобразить кинематические схемы подвесок.

2.4.2 Согласно своему варианту (таблица 1, приложение) провести расчеты.

2.4.3 По окончании расчета сделать выводы о соответствии качества нормативам.

Практическая работа №3 (4 часа)