В подвесках автомобилей используются (рис. 7.2) следующие упругие элементы: металлические (пружины, рессоры, торсионы), пневматические, гидропневматические комбинированные (например, рессорно-пневматические). Схемы упругих элементов приведены на рис. 7.6.
Рис. 7.6. Типы упругих элементов подвески: а – рессора . б – пружина . в – торсион . г – пневмобаллон . 1 – коренной лист . 2, 5 – болты . 3 – хомут . 4 — прокладка . 6, 7 – кольца . 8 — оболочка
7.4. Конструкция подвески
Конструкция подвески зависит от типа и компоновки автомобиля. На переднеприводных легковых автомобилях распространение получила рычажно-телескопическая подвеска, представленная на рис. 7.7. Такая подвеска включает в себя телескопическую стойку 1, закрепленную в верхней части к кузову автомобиля с помощью верхней опоры 13 на подшипнике 12. Для предохранения стойки от пробоев при динамических нагрузках имеется ограничитель сжатия 10. От попадания грязи шток амортизатора защищен кожухом 9. В нижней части стойка соединяется с поворотным рычагом 6. Между верхней опорной чашкой 11 и нижней опорной чашкой 7 закреплена пружина 8, являющаяся упругим элементом подвески.
|
|
|
Рис. 7.7. Рычажно-телескопическая подвеска переднеприводного автомобиля ВАЗ: 1 — телескопическая стойка . 2 – поворотный кулак . 3 — нижний рычаг . 4 — шаровая опора . 5 – ступица . 6 – поворотный рычаг . 7 — нижняя опорная чашка . 8 – пружина . 9 – защитный кожух . 10 – буфер сжатия . 11 – верхняя опорная чашка . 12 – подшипник верхней опоры . 13 – верхняя опора стойки
На шлицах поворотного кулака 2 закреплена ступица 5 переднего ведущего управляемого колеса. В нижней части к поворотному кулаку с помощью шарового шарнира 4 присоединен продольный рычаг направляющего устройства подвески. Достоинства такой подвески описаны выше.
Рис. 7.8. Передняя шкворневая независимая двухрычажная подвеска с рычагами разной длины легкового автомобиля ГАЗ: 1 – поворотный кулак . 2 – шкворень . 3 – вертикальная стойка . 4 – ограничитель сжатия . 5 – ограничитель отбоя
На легковых автомобилях классической компоновки чаще всего применяется независимая подвеска с поперечными рычагами разной длины (рис. 7.8). В изображенной на рисунке подвеске поворотный кулак 1 с помощью шкворня 2 соединен с вертикальной стойкой 3. Верхний рычаг имеет меньшую длину по сравнению с нижним. Для предохранения подвески от пробоев и межвитковых ударов пружины предусмотрены ограничители сжатия 5 и отбоя 4. Упругий элемент в виде спиральной цилиндрической пружины, внутри которой установлен амортизатор.
Рис. 7.9. Задняя рессорная подвеска легкового автомобиля: 1 – кронштейн . 2 – хомут . 3, 5 – ограничители сжатия . 4 – амортизатор . 6 – мост . 7 стремянка . 8 – рессора . 9 – накладка . 10 – болт . 11 серьга . 12 – палец . 13 — втулка . 14 – шарнир . 15 – подушка
|
|
|
На рис. 7.9 изображена зависимая рессорная подвеска легкового автомобиля ГАЗ. Полуэллиптическая рессора 8, листы которой стянуты центровым болтом 10 и зафиксированы хомутами 2, закреплена с нижней части ведущего моста 6 стремянками 7. Между длинными листами рессоры проложены полиэтиленовые прокладки, уменьшающие межлистовое трение. Передний конец рессоры закреплен в кронштейне 1 в резиновых втулках 13 пальцем 12.Задний конец рессоры с помощью пальца 12 и втулок 13 соединен с серьгой 11, которая в свою очередь втулками и пальцем соединена с рамой автомобиля. Для предохранения рессоры от разрушения служат ограничители сжатия 3 и 5. Амортизатор 4 установлен с наклоном и с помощью шарнира 14 соединен с накладкой 9 в нижней части и подушки 15 с рамой автомобиля. В таких подвесках рессора выполняет одновременно функции упругого элемента и направляющего устройства.
На рис. 7.10 приведена конструкция передней (а) и задней (б) подвесок грузового автомобиля ГАЗ. Передняя подвеска (а) зависимая, рессорная, с амортизаторами. Полуэллиптическая листовая рессора 7 двумя стремянками 8 крепиться к раме кронштейнами 1 и 4 через резиновые опоры 2, 11, 12. Резиновые опоры закрыты крышками 6, что облегчает снятие рессор с автомобиля. Все листы рессоры стянуты центровым болтом. Два коренных листа имеют торцы, отогнутые в разные стороны, что создает опорную поверхность. Передний конец такой рессоры неподвижен, т.к. упирается в торцовую пору 12 . задний конец подвижен, т.к. зажат т между двух резиновых опор и перемещается за счет их эластичности. Максимальный прогиб рессоры вверх ограничен резиновым упором 9. Амортизатор 8 обеспечивает гашение колебаний передней части автомобиля, в том числе кабины, и передних колес.
Задняя подвеска (б) зависимая, рессорная, без амортизатора и состоит из основной рессоры 16 и подрессорника 15. Основная рессора и подрессорник крепятся одними и теми же стремянками 14 к балке моста в верхней части накладками 13 и в нижней части накладками 17. Передний и задний концы основной рессоры закреплены в резиновых опорах по аналогии с передней подвеской. Подрессорник при нагрузке автомобиля соприкасается с резиновыми опорами (сечение Б-Б), обеспечивая дополнительную жесткость задней подвески. Гашение колебаний задней части автомобиля происходит за счет сил межлистового трения основной рессоры и подрессорника. Применение опор рессоры с эластичными резиновыми втулками уменьшает удары, передаваемые от неровностей дороги на раму или кузов автомобиля, и положительно влияет на плавность хода автомобиля.
Рис. 7.10. Подвеска передних (а) и задних (б) колес грузового автомобиля ГАЗ: 1, 4 — кронштейны . 2,11, 12 – опоры . 3 – амортизатор . 5, 10 – чашки . 6 – крышка . 7, 16 –рессоры . 8, 14 – стремянки . 9 – ограничитель сжатия . 13, 17 – накладки . 14 – основная рессора . 15 – подрессорник
Варианты конструкции передних и задних опор рессорной подвески приведены на рис. 7.11. Передние опоры таких рессор неподвижны, а задние имеют возможность перемещаться в продольном направлении поворотом серьги (а), за счет деформации резиновых опор (б) и продольного смещения конца рессоры, скольжением заднего конца рессоры по опоре (в).
. 
Рис. 7.11. Типовые конструкции переднего и заднего креплений рессоры: а – на металлических пальцах . б – на резиновых втулках . в – с накладным ушком передней опоры и скользящей задней опорой
На автобусах широко распространены пневматические подвески. На рис. 7.12 приведена конструкция задней подвески пневматического типа. Такая зависимая подвеска выполнена из четырех резино-кордовых баллонов. Продольные усилия и реактивные моменты передаются через штанги 2 и 9. Упругим элементом подвески являются сдвоенные круглые баллоны 7, снабженные дополнительными резервуарами 3 со сжатым воздухом. Баллоны закреплены между кузовом и кронштейнами 8. Подвеска имеет регулятор положения кузова 1, который связан через тяги и рычаги с кронштейном 8. регулятор обеспечивает постоянство расположения кузова по высоте при различной нагрузке автомобиля. С каждой из сторон этой подвески находятся по два амортизатора, обеспечивающие гашение колебаний кузова.
|
|
|
Рис. 7.12. Пневматическая подвеска автобуса: 1 – регулятор положения кузова . 2, 9 продольные штанги . 3 – резервуар воздуха . 4 – амортизаторы . 5, 6 – буферы . 7 – баллоны . 8 — кронштейн
Амортизаторы
Амортизаторами называют устройства, обеспечивающие гашение колебаний за счет превращения механической энергии в тепловую и рассеивание ее в окружающую среду.
В настоящее время преобладающее применение на автомобилях получили гидравлические амортизаторы телескопического типа (рис.7.14). Гидравлические амортизаторы гасят колебания кузова и колес за счет создаваемого ими повышенного сопротивления перетеканию жидкости из одной полости в другую через калиброванные отверстия и клапаны. Амортизаторы обеспечивают постоянный контакт колес с дорогой, предотвращая их отрыв опорной поверхности при движении по неровностям. Это свойство одновременно направлено на повышение безопасности движения автомобиля.
К амортизаторам предъявляются следующие требования:
• малые затухания при движении автомобиля по небольшим неровностям .
• рост затухания с увеличением скорости движения автомобиля .
• минимальная нагрузка от амортизатора на кузов .
• стабильная работа при движении в различных дорожных условиях и при разной температуре воздуха.
Типы гидравлических телескопических амортизаторов приведены на рис. 7.13.
 |
|
|
Рис. 7.13. Типы гидравлических телескопических амортизаторов
|
|
|
Двухтрубные амортизаторы имеют рабочий цилиндр и резервуар. В таких амортизаторах жидкость и воздух соприкасаются между собой, а внутреннее давление воздуха может составлять 0,08…0,10МПа.
Рабочий процесс двухтрубного амортизатора показан на рис. 7.14.
При плавном сжатии перепускной клапан 1 под давлением перепускает жидкость из нижней полости в верхнюю . часть жидкости перетекает в компенсационную камеру и сжимает там воздух. Сила сжатия амортизатора Pа.сж = рсжFшт (Fшт – площадь штока).
При резком сжатии давление возрастет, что заставляет открыться разгрузочному клапану 3 и замедлить рост силы сжатия.
Рис. 7.14. Схема работы двухтрубного телескопического амортизатора: а – плавное сжатие . б – резкое сжатие . в – плавная отдача . г – резкая отдача . 1 – перепускной клапан сжатия . 2 – калиброванное отверстие . 3 – разгрузочный клапан сжатия . 4 – диск . 5 – пружина
При отдаче поршень перемещается вверх, клапан 1 закрывается, а жидкость перетекает через калибровочное отверстие 4, что сопровождается ростом давления жидкости в полости над поршнем до значения рот. Поскольку часть штока выходит из цилиндра, недостаток жидкости компенсируется пополнением жидкостью из полости, расположенной между цилиндрами. Сила сопротивления при отдаче будет определяться из соотношения: Ра.от. = рот (Fп – Fшт), где Fп – площадь поршня.
При резкой отдаче давление жидкости преодолевает силу пружины 5 разгрузочного клапана отдачи и диски 4 освобождают проход жидкости с меньшим сопротивлением.
В однотрубных амортизаторах имеется только рабочий цилиндр, поэтому в них жидкость и газ разделены между собой и не соприкасаются. Плавающий поршень 8 с сальником 9 перемещается в корпусе 7, разъединяет нижнюю полость 5, заполненную жидкостью, и верхнюю полость 6, заполненную газом, что исключает эмульсирование жидкости. Поршень 11, закрепленный на штоке 16 гайкой 10, имеет каналы К переменного сечения. а по внешней поверхности продольные щели. Каналы К перекрыты дисками 13, контактирующими с шайбой 14. Резиновая шайба 3 и сальник 1 штока опираются на направляющую штока 17, защищенные шайбой 4, которая при выдвинутом штоке 16 соприкасается с ограничительной шайбой. Весь этот узел удерживается запорным кольцом 2. При ходе сжатия (рис. 7.15, б) под давлением над поршнем отжимаются диски 13 от поршня и жидкость перетекает под поршневое пространство. При ходе отбоя под давлением под поршнем диски 13 отжимаются от шайбы 14 и жидкость через вырезы звездочки 12 перетекает в надпоршневое пространство.
При небольшой скорости перемещения поршня диски 13 занимают свое обычное положение и жидкость из одной полости в другую протекают через щели, имеющиеся между поршнем и цилиндром. В такой конструкции амортизатора клапан в поршне работает попеременно на сжатие и отбой.
Рис. 7.15. Однотрубный газонаполненный амортизатор и схема его работы: а – конструкция . б – схема работы при сжатии . в – схема работы при отдаче . 1 – сальник . 2 – запорное кольцо . 3 – резиновая шайба . 4 – фасонная шайба . 5 жидкость . 6 – газ . 7 – корпус . 8 -плавающий поршень . 9 – сальник . 10 – гайка . 11 – поршень . 12 – звездочка . 13 – диск . 14 – шайба . 15 – шайба . 16 — шток . 17 – направляющая штока
Расчет подвески
Расчет подвески состоит в определении конструктивных параметров упругого элемента, направляющего устройства и амортизатора, обеспечивающих необходимую плавность хода автомобиля. Приведенная жесткость передней и задней подвесок автомобиля, частоты колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, коэффициенты затухания колебаний получают при рассмотрении эквивалентной колебательной модели автомобиля.
Ниже приведены зависимости, связывающие жесткость, прогиб и напряжения. возникающие в упругом элементе с ее параметрами. Значения жесткости, прогиба и напряжения зависят от типа подвески, типа упругого элемента и направляющего устройства, нагрузок, действующих на подвеску.
