Основы конструкции автомобилей
Свежие записи
Назначение и основные части подвески.
Подвеска осуществляет упругую связь рамы (кузова) автомобиля с мостами или непосредственно с колесами, смягчая толчки и удары, возникающие при наезде колес на неровности дороги.
Подвеска автомобиля состоит из упругого, направляющего и гасящего устройств. Некоторые подвески включают также стабилизатор поперечной устойчивости.
Схема подвески автомобиля
Упругое устройство подвески служит для уменьшения динамических нагрузок, обусловленных главным образом действием части веса автомобиля Ga’ (рис.), приходящегося на колеса. При наезде колеса на неровность дороги упругое устройство 10 подвески сжимается, значительно смягчая удар, передаваемый от колеса на кузов. Разжимаясь, оно сообщает кузову колебания, которым подбором соответствующей характеристики упругого устройства можно придать желаемый характер. Применение упругого устройства позволяет исключить копирование кузовом профиля дорожных неровностей и улучшить плавность хода автомобиля, при этом создается возможность движения без неприятных ощущений и быстрой утомляемости людей и повреждений перевозимых грузов. Хорошей плавностью хода считается такая, при которой кузов совершает колебания с частотой 1 — 1,3 Гц.
Упругое устройство состоит из одного или нескольких упругих элементов, которые могут быть металлическими или неметаллическими. Металлические упругие элементы наиболее распространены на автомобилях, их выполняют в виде листовых рессор, спиральных пружин и торсионов (стержней, работающих на скручивание). Неметаллические упругие элементы делятся на резиновые, пневматические и гидравлические. Они обеспечивают упругость подвески за счет упругих свойств резины, воздуха и жидкости. Эти упругие элементы значительно меньше распространены, чем металлические.
В подвесках современных автомобилей стали широко использовать комбинированные упругие устройства, объединяющие два или более упругих элемента (металлических и неметаллических) и сочетающие их преимущества.
Для обеспечения движения автомобиля на его раму (кузов) необходимо передать от ведущих колес силу тяги Рт, которая возникает под действием момента Mk. Рассмотрим, каким образом происходит эта передача. Приложим к центру колеса две равные по величине Pt, но противоположные по направлению силы P’t и Pt». Сила Р’т не может быть передана на раму и кузов упругим устройством 10, выполненным в виде спиральной пружины. Для передачи этой силы предназначен рычаг 9, который называется направляющим устройством подвески. Направляющее устройство воспринимает также реактивный момент РтR (R — радиус колеса), стремящийся повернуть мост автомобиля в направлении, противоположном вращению колес. При торможении через направляющее устройство на раму от колеса передается тормозная сила, и им воспринимается тормозной момент, стремящийся повернуть мост в направлении вращения колес. Кроме того, через направляющее устройство передаются боковые силы, возникающие, например, при повороте автомобиля.
Направляющее устройство не только передает продольные и поперечные силы и их моменты. Оно определяет характер перемещения колес относительно рамы (кузова) автомобиля. По типу направляющего устройства подвески делят на две основные группы: зависимые и независимые. Отличительной особенностью зависимой подвески является наличие жесткой балки, связывающей левое и правое колеса оси (рис., а), вследствие чего перемещение одного из них в поперечной плоскости передается другому.
Независимая подвеска (рис., б) характеризуется тем, что колеса одной оси не имеют между собой непосредственной связи и подвешены одно независимо от другого. При применении независимой подвески перемещение одного колеса не вызывает перемещения другого. По направлению движения колеса относительно дороги и кузова автомобиля независимые подвески могут быть разделены на подвески с перемещением колеса в поперечной, продольной и одновременно продольной и по перечной плоскостях.
При движении автомобиля в результате наезда колес на неровности дороги возникают колебания кузова и колес. Эти колебания гасятся с помощью устройства 3 (см. рис.), называемого гасящим, или амортизатором. Принцип действия гидравлического амортизатора сводится к превращению механической энергии колебаний за счет жидкостного трения в тепловую энергию и последующему ее рассеянию.
Корпус амортизатора, заполненный амортизаторной жидкостью, прикреплен к балке моста 2. В корпусе находится поршень 4, в котором имеются отверстия и клапаны 5 и 6. Шток 7 поршня связан с рамой 8 автомобиля. В процессе колебаний кузова и колеса 1 поршень совершает возвратно-поступательное движение. При ходе сжатия (колесо и кузов сближаются) амортизаторная жидкость из полости под поршнем вытесняется в полость над поршнем, а при ходе отдачи (колесо отдаляется от кузова) перетекает в обратном направлении. При этом жидкость проходит через отверстия, прикрываемые клапанами, испытывает сопротивление и, в результате жидкостного трения обеспечивается гашение колебаний.
По принципу действия гидравлические амортизаторы подразделяются на амортизаторы одностороннего и двустороннего действия. Первые обеспечивают гашение колебаний только при ходе отдачи, а вторые — при ходах отдачи и сжатия. Сопротивление, создаваемое амортизатором двустороннего действия при ходе сжатия, обычно в 2-5 раз меньше, чем при ходе отдачи. Это необходимо для того, чтобы толчки и удары от дорожных неровностей в минимальной степени передавались на кузов автомобиля.
В подвесках легковых автомобилей и автобусов часто имеется еще одно устройство, которое называется стабилизатором поперечной устойчивости. Оно уменьшает боковой крен и поперечные угловые колебания кузова автомобиля.
Схема стабилизатора поперечной устойчивости
Стабилизатор (рис.) представляет собой специальное упругое устройство, которое устанавливают поперек автомобиля. Он состоит из стержня 1 и стоек 2. Стержень П-образной формы, круглого сечения, изготовляют из рессорно-пружинной стали. Средняя часть его закреплена в резиновых опорах 3 на раме или кузове, а концы его через стойки 2 и резиновые подушки 4 шарнирно соединены с мостом или рычагами подвески. В некоторых конструкциях стабилизаторов стойки отсутствуют, а концы стержня шарнирно прикреплены непосредственно к рычагам подвески.
При боковых кренах и поперечных угловых колебаниях кузова концы стержня стабилизатора перемещаются в разные стороны: один опускается, а другой поднимается. Вследствие этого средняя часть стержня закручивается, препятствуя тем самым крену и поперечным колебаниям кузова. В то же время стабилизатор не препятствует вертикальным и продольным угловым колебаниям кузова. При таких колебаниях стержень стабилизатора свободно проворачивается в своих опорах.
Основные типы упругих устройств.
Листовая рессора (рис., а) состоит из собранных вместе отдельных листов выгнутой формы. Стальные листы имеют обычно прямоугольное сечение, одинаковую ширину и различную длину. Кривизна листов неодинакова и зависит от их длины. Она увеличивается с уменьшением длины листов, что необходимо для их плотного взаимного прилегания в собранной рессоре. Вследствие различной кривизны листов также обеспечивается разгрузка листа 1 рессоры.
Взаимное положение листов в собранной рессоре обычно обеспечивается стяжным центровым болтом 2, а иногда посредством специальных выдавок, сделанных в средней части листов. Кроме того, листы скреплены хомутами 3, которые исключают боковой сдвиг одного листа относительно другого и передают нагрузку от листа 1 (разгружают его) на другие листы при обратном прогибе рессоры. Лист 1, имеющий наибольшую длину, называется коренным. Часто он имеет и наибольшую толщину. С помощью коренного листа концы рессоры крепят к раме или кузову автомобиля. От способа крепления рессоры зависит форма концов коренного листа. Они могут быть плоскими, отогнутыми под углом 90°, загнутыми в форме ушков, со съемными коваными или литыми ушками и т. д.
Упругие элементы подвески:
При сборке рессоры ее листы смазывают графитовым смазочным материалом, который предохраняет их от коррозии и уменьшает трение между ними. В рессорах легковых автомобилей для уменьшения трения между листами по всей длине или на концах листов устанавливают специальные прокладки 4 из неметаллических антифрикционных материалов (пластмассы, фанеры, фибры и т. п.). Для удержания смазочного материала между листами рессоры и предохранения рессоры от загрязнения на нее иногда надевают чехлы.
Концы рессоры шарнирно соединяют с рамой. Передний конец закрепляют обычно с помощью пальца, а задний делают подвижным (на серьге, скользящим и т. д.). При таком соединении концов рессоры с рамой ее длина может изменяться во время движения автомобиля. Для крепления концов рессоры применяют шарниры различных типов: гладкие, резьбовые, резинометаллические или выполненные в виде резиновых опор (подушек).
Основным преимуществом листовых рессор является их способность выполнять одновременно функции упругого и направляющего устройств подвески.
Листовые рессоры получили наибольшее распространение в зависимых подвесках. Обычно их располагают вдоль автомобиля.
Спиральные (витые) пружины изготовляют, как правило, из стального прутка круглого сечения. Обычно они имеют цилиндрическую форму.
В подвеске витые пружины воспринимают только вертикальные нагрузки и не могут передавать продольные и поперечные усилия и их моменты от колес на раму и кузов автомобиля. Поэтому при их установке требуется применять направляющее устройство. При использовании витых пружин также необходимы гасящие устройства, так как в пружинах отсутствует трение.
Торсион (рис., 6) представляет собой стальной упругий стержень, работающий на скручивание. Он может быть сплошным круглого сечения, а также составным — из круглых стержней или прямоугольных пластин. На концах торсиона имеются головки (утолщения) с нарезанными шлицами или выполненные в форме многогранника (шестигранные и т. д.). С помощью головок торсион одним концом крепится к раме или кузову автомобиля, а другим — к рычагам подвески. Упругость связи колеса с рамой обеспечивается вследствие скручивания торсиона.
Торсионы, как и пружины, требуют применения направляющих и гасящих устройств.
Резиновые, упругие элементы наиболее широко применяются в подвесках современных автомобилей в виде дополнительных упругих элементов, которые называются ограничителями или буферами. Часто внутрь буферов вулканизируют металлическую арматуру, которая повышает их долговечность и служит для их крепления.
Буфера подразделяют на буфера сжатия и отдачи. Первые ограничивают ход колес вверх, а вторые — вниз. При этом буфера сжатия ограничивают деформацию основных упругих элементов подвески и увеличивают ее жесткость. Буфера сжатия и отдачи совместно применяют обычно в независимых подвесках. В зависимых подвесках используют главным образом буфера сжатия.
Пневматические упругие элементы обеспечивают упругие свойства подвески за счет сжатия воздуха. Наибольшее применение в подвесках современных автомобилей получили пневматические упругие элементы, выполненные в виде двойных (двухсекционных) круглых баллонов.
Двойной круглый баллон (рис., в) состоит из эластичной оболочки 8, опоясывающего или разделительного кольца 7 и прижимных колец 6 с болтами J. Оболочка баллона резинокордовая, обычно двухслойная. Корд оболочки капроновый или нейлоновый. Внутренняя поверхность оболочки покрыта воздухонепроницаемым слоем резины, а наружная — маслобензостойкой резиной. Для упрочнения бортов оболочки внутрь их заделана металлическая проволока, как у покрышки пневматической шины. Опоясывающее кольцо 7 служит для разделения секций баллона и позволяет уменьшить его диаметр. Прижимные кольца б с болтами 5 предназначены для крепления баллона. Грузоподъемность двойных круглых баллонов обычно составляет 2 — 3 т при внутреннем давлении воздуха 0,3 — 0,5 МПа. Двойные круглые баллоны распространены в подвесках автобусов, грузовых автомобилей, прицепов и полуприцепов. Обычно их располагаю! вертикально в количестве от двух (передние подвески) до четырех (задние подвески).
Схема пневматической подвески
Схема пневматической подвески представлена на рисунке. Компрессор 1 нагнетает сжатый воздух в ресивер 8 через фильтр-водомаслоотделитель 10 и регулятор 9 давления. Из ресивера сжатый воздух поступает в регулятор 3 постоянства высоты кузова. Воздухоочистители 2 и 7 предохраняют регулятор от попадания в него пыли. Двойной круглый баллон J соединен с дополнительным резервуаром б, в который поступает воздух в случае увеличения его давления в упругом элементе при сжатии, что делает подвеску более мягкой.
Регулятор 3 постоянства высоты кузова обеспечивает при любой полезной нагрузке автомобиля одно и то же расстояние между мостом и кузовом. При возрастании нагрузки кузов автомобиля опускается и расстояние между ним и мостом уменьшается. Стойка 4 опускает поршень регулятора 3 вниз. Вследствие этого сжатый воздух проходит из ресивера 8 в дополнительный резервуар 6 и упругий элемент, увеличивая в нем давление, в результате чего расстояние между кузовом и мостом восстанавливается. При уменьшении полезной нагрузки автомобиля положение кузова также не изменяется вследствие уменьшения давления сжатого воздуха в упругом элементе. Регулятор постоянства высоты кузова имеет специальное устройство, которое замедляет его срабатывание. Поэтому регулятор действует только при изменении статической нагрузки и не реагирует на колебания автомобиля при движении по неровностям дороги. Воздухоочиститель 2 объединен с обратным клапаном, который исключает утечку сжатого воздуха из упругого устройства подвески при неисправном компрессоре или при падении давления в ресивере 8.
Пневматические упругие элементы обеспечивают высокую плавность хода автомобиля. В результате того, что высота кузова не изменяется, увеличивается устойчивость автомобиля, замедляется изнашивание шин и повышается безопасность движения, так как улучшается освещение дороги из-за постоянства положения фар. Кроме того, на грузовых автомобилях облегчается погрузка и разгрузка, а в автобусах обеспечивается удобство входа и выхода пассажиров вследствие сохранения постоянной высоты подножки. Во время стоянки автомобиля кузов остается горизонтальным и не испытывает поперечных и продольных кренов при любом расположении в нем грузов и пассажиров. Пневматические упругие элементы требуют применения направляющего и гасящего устройств.
Пневматические упругие элементы используют главным образом в подвесках тех автомобилей, у которых полезная нагрузка меняется в широких пределах (в грузовых автомобилях, автобусах, например, ЛиАЗ-677).
Комбинированные упругие элементы объединяют два или более металлических и неметаллических упругих элемента.
Материалы: http://www.autoplazma.ru/?p=108
В этой статье речь пойдет о рессорах и пружинах как наиболее распространенных видах упругих элементов подвески. Есть ещё пневмобалоны и гидропневматические подвески, но о них позже отдельно. Торсионы рассматривать не буду как мало подходящий для технического творчества материал.
Для того чтобы примерно измерить жесткость пружины или рессоры в гаражных условиях, можно например на неё встать и разделить свой вес на величину, на которую пружина/рессора продавилась под весом. Рессору удобнее класть ушками на пол и вставать на середину. Важно чтобы хотя бы одно ушко могло свободно скользить по полу. На рессоре лучше немного попрыгать прежде чем снимать высоту прогиба чтобы минизировать влияние трения между листами.
Количество колебаний в минуту для вашей подвески можно посчитать по формуле:
n – количество колебаний в минуту (желательно добиться чтобы было 50-70)
С — жесткость упругого элемента подвески в кг/см (Внимание! В этой формуле кг/см а не кг/мм)
F – масса подрессоренных частей, действующих на данный упругий элемент, в кг.
Характеристика вертикальной жесткости подвески
Характеристика жесткости подвески это зависимость прогиба упругого элемента (изменения его высоты относительно свободной) f от собственно нагрузки на него F. Пример характеристики:
Прямой участок это диапазон когда работает только основной упругий элемент (пружина или рессора) Характеристика обычной рессоры или пружины линейна. Точка fст (что соответствует Fст) — это положение подвески когда автомобиль стоит на ровной площадке в снаряженном состоянии с водителем, пассажиром и запасом топлива. Соответственно всё что до этой точки — ход отбоя. Всё что после — ход сжатия. Обратим внимание на то что прямая характеристики пружины уходит далеко за пределы характеристики подвески в минус. Да, Пружине не дают полностью разжаться ограничитель хода отбоя и амортизатор. Кстати про ограничитель хода отбоя. Именно он и и обеспечивает нелинейное снижение жесткости на начальном участке работая враспор пружине. В свою очередь ограничитель хода сжатия вступает в работу в конце хода сжатия и, работая параллельно пружине, обеспечивает увеличение жесткости и лучшую энергоёмкость подвески (усилие, которое способна поглотить подвеска своими упругими элементами)
Циллиндрические (спиральные) пружины
Преимущество пружины против рессоры в том что во-первых в ней полностью отсутствует трение, а во-вторых она несет только чисто функцию упругого элемента в то время как рессора так же выполняет функцию направляющего устройства (рычагов) подвески. В связи с этим пружина нагружается только одним способом и служит долго. Единственные недостатки пружинной подвески по сравнению с рессорной — сложность и высокая цена.
Циллиндрическая пружина фактически представляет из себя скрученный в спираль торсион. Чем длиннее пруток (а его длина увеличивается с увеличением диаметра пружины и количества витков), тем мягче пружина при неизменной толщине витка. Удаляя витки с пружины, мы делаем пружину жестче. Установив 2 пружины последовательно, мы получаем более мягкую пружину. Суммарная жесткость последовательно соединенных пружин: С=(1/С1+1/С2). Суммарная жесткость работающих параллельно пружин С=С1+С2.
Обычная пружина как правило имеет диаметр, гораздо больший чем ширина рессоры и это ограничивает возможность использования пружины вместо рессоры на изначально рессорном автомобиле т.к. не помещается между колесом и рамой. Установить пружину под раму тоже не просто т.к. У неё есть минимальная высота, равная её высоте со всеми сомкнутыми витками плюс при установке пружиины под рамой мы теряем возможность выставить подвеску по высоте т.к. Не можем двигать вверх/вниз верхнюю чашку пружины. Установив пружины внутри рамы мы теряем угловую жесткость подвески (отвечающую за крен кузова на подвеске). На Паджеро так и сделали но дополнили подвеску стабилизатором поперечной устойчивости для увеличения угловой жесткости. Стабилизатор — это вредная вынужденная мера, грамотно не иметь его вообще на задней оси, а на передней стараться либо его тоже не иметь, либо иметь но чтобы он был как можно мягче.
Можно изготовить пружину маленького диаметра для того чтобы она поместилась между колесом и рамой, но при этом для того чтобы она не выкручивалась, необходимо заключить её в амортизаторную стойку, которая обеспечит (в отличие от свободного положения пружины) строго параллельное относительное положение верхней и нижней чашек пружины. Однако при таком решении пружина сама становится гораздо длиннее плюс дополнительная габаритная длина необходима для верхнего и нижнего шарнира амортизаторной стойки. В результате рама автомобиля нагружается не самым благоприятным образом в связи с тем что верхняя точка опоры оказывается гораздо выше лонжерона рамы.
Амортизаторные стойки с пружинами бывают так же 2-ступенчатыми с двумя последовательно установленными пружинами разной жесткости. Между ними ползун, являющийся нижней чашкой верхней пружины и верхней чашкой нижней пружины. Он свободно перемещается (скользит) по корпусу амортизатора. При обычной езде работают обе пружины и обеспечивают низкую жесткость. При сильном пробое хода сжатия подвески одна из пружин смыкается и дальше работает только вторая пружина. Жесткость у одной пружины больше чем у двух работающих последовательно.
Существуют так же бочкообразные пружины. Их витки имеют разный диаметр и это позволяет увеличить ход сжатия пружины. Смыкание витков происходит при гораздо меньшей высоте пружины. Этого может оказаться достаточно для установки пружины под рамой.
Циллиндрические спиральные пружины бывают с переменным шагом витка. По мере сжатия, более короткие витки смыкаются раньше и перестают работать а чем меньше витков работает тем больше жесткость. Таким образом достигается увеличение жесткости при ходах сжатия подвески, близких к максимальным, при чем увеличение жесткости получается плавным т.к. виток смыкается постепенно.
Однако специальные виды пружин малодоступны а пружина — это по сути дела расходник. Иметь нестандартный, сложнодоступный и дорогой расходник не совсем удобно.
n – количество витков
С — жесткость пружины
H0 – высота в свободном состоянии
Hст — высота при статической нагрузке
Hсж — высота при полном сжатии
fcт – статический прогиб
Основная проблема рессор в том, что их очень сложно сделать достаточно мягкими. Чем они мягче, тем длиннее их нужно делать а при этом они начинают вылезать за свесы и становятся склонными к S-образному изгибу. S-образный изгиб это когда под действием реактивного момента моста (обратного крутящему моменту на мосту) рессоры наматываются собственно вокруг моста.
Так же рессоры имеют трение между листами, при чем не предсказуемое. Его величина зависит от состояния поверхности листов. При чем все неровности микропрофиля дороги, по величине возмущения не превосходящие величину трения между листами, передаются телу человека как будто подвески нет вообще.
Рессоры бывают многолистовые и малолистовые. Малолистовые лучше тем что раз в них меньше листов, то и трения между ними меньше. Недостаток — сложность изготовления и соответственно цена. Лист малолистовой рессоры имеет переменную толщину и с этим связаны дополнительные технологические сложности производства.
Так же рессора может быть 1-листовая. В ней трение отсутствует в принципе. Однако эти рессоры более склонны к S-образному изгибу и как правило применяются в подвесках, в которых реактивный момент на них не действует. Например в подвесках не ведущих осей или там где редуктор ведущего моста соединен с шасси а не с балкой моста, как пример — задняя подвеска «Де-дион» на заднеприводных автомобилях Вольво 300-ой серии.
С усталостным износом листов борятся изготовлением листов трапециевидного сечения. Нижняя поверхность уже верхей. Таким образом бОльшая часть толщины листа работает на сжатие а не на растяжение, лист служит дольше.
С трением борятся установкой пластиковых вставок между листами на концах листов. При этом во-первых листы не касаются друг друга по всей длине, а во-вторых скользят только в паре металл-пластик, где меньше коэффициент трения.
Другим способом борьбы с трением является густая смазка рессор с заключением их в защитные рукава. Такой метод применялся на ГАЗ-21 2-ой серии.
С S-образным изгибом борятся делая рессору не симметричной. Передний конец рессоры короче заднего и более стоек против изгиба. Между тем суммарная жесткость рессоры не изменяется. Так же для исключения возможности S-образного изгиба устанавливают специальные реактивные тяги.
В отличие от пружины, рессора не имеет минимального размера по высоте, что существенно упрощает задачу для самодеятельного строителя подвески. Однако, злоупотреблять этим нужно крайне осторожно т.к. Если пружина расчитывается по максимальному напряжению на полное сжатие до смыкания её же витков, то рессора на полное сжатие, возможное в подвеске автомобиля для которого конструировалась.
Так же нельзя манипулировать количеством листов. Дело в том, что рессора конструируется как единое целое исходя из условия равного сопротивления изгибу. Любое нарушение ведет к возникновению неравномерности напряжений по длине листа (даже если листы добавлять а не удалять) что неизбежно приводит к преждевременному износу и выходу из строя рессоры.
Всё самое лучшее что придумало человечество по теме многолистовых рессор есть в рессорах от Волги: они имеют трапециевидное сечение, они длинные и широкие, несимметричные и с пластиковыми вставками. Так же они мягче УАЗовских (в среднем) в 2 раза. 5-листовые рессоры от седана имеют жесткость 2.5кг/мм а 6-листовые рессоры от универсала 2.9кг/мм. Самые мягкие УАЗовские рессоры (задние Хантер-Патриот) имеют жесткость 4кг/мм. Для обеспечения благоприятной характеристики УАЗу нужно 2-3 кг/мм.
Характеристику рессоры можно сделать ступенчатой за счет применения подрессорника или надрессорника. Большую часть времени дополнительный элемент не действует и не влияет на характеристику подвески. Он включается в работу при большом ходе сжатия либо при наезде на препятствие, либо при загрузке машины. Тогда суммарная жесткость складывается из жесткостей обоих упругих элементов. Как правило если это надрессорник, то он закреплен серединой на основной рессоре и при ходе сжатия концами упирается в специальные упоры, расположенные на раме автомобиля. Если это подрессорник, то при ходе сжатия его концы упираются в концы основной рессоры. Недопустимо чтобы подрессорник упирался в рабочую часть основной рессоры. В этом случае нарушается условие равного сопротивления изгибу основной рессоры и возникает неравномерность распределения нагрузки по длине листа. Однако, существуют конструкции (как правило на легковых внедорожниках) когда нижний лист рессоры изогнут в обратную сторону и по мере хода сжатия (когда основная рессора принимает форму близкую к его форме) прилегает к ней и таким образом плавно включается в работу обеспечивая плавно прогрессивную характеристику. Как правило такие подрессорники расчитаны именно на максимальные пробои подвески а не для корректировки жесткости от степени загрузки машины.
Резиновые упругие элементы
Нам они однако интересны только в качестве дополнительных, в простонародии известных как «отбойники». Часто на форумах автомобилистов встречаются слова «подвеску пробивает до отбойников» с последующим развитием темы про необходимость увеличения жесткости подвески. На самом же деле для того там эти резинки и устанавливаются чтобы до них пробивало, и при их сжатии жесткость увеличивалась таким образом обеспечивая необходимую энергоёмкость подвески без увеличения жесткости основного упругого элемента, который подбирается из условия обеспечения необходимой плавности хода.
На более старых моделях отбойники были сплошные и как правило имели форму конуса. Форма конуса позволяет обеспечить плавную прогрессивную характеристику. Тонкие части сжимаются быстрее и чем толще оставшаяся часть, тем жестче резинка
В настоящее время наибольшее распространение получили ступенчатые отбойники, имеющие чередующися тонкие и толстые части. Соответственно в начале хода сжимаются все части одновременно, далее тонкие части смыкаются и продолжают сжиматься уже только толстые части жесткость которых больше.Как правило эти отбойники пустые внутри (с виду шире обычных) и позволяют получить больший чем обычные отбойники ход. Подобные элементы устанавливаются например на автомобилях УАЗ новых моделей (Хантер, Патриот) и Газель.
Отбойники или ограничители хода или дополнительные упругие элементы устанавливаются как на сжатие, так и на отбой. Работающие на отбой часто устанавливаются внутри амортизаторов.
Теперь о наиболее часто встречающихся заблуждениях
1) «Пружина просела и стала мягче»:
Нет, жесткость пружины не изменяется. Изменяется только её высота. Витки становятся ближе друг к другу и машина опускается ниже.
2) «Рессоры выпрямились, значит просели»:
Нет, если рессоры прямые, это не значит что они просевшие. Например на заводском сборочном чертеже шасси УАЗ 3160, рессоры абсолютно прямые. У Хантера они имеют едва заметный для невооруженного глаза изгиб 8мм, что тоже конечно же воспринимается как «прямые рессоры». Для того чтобы определить просели рессоры или нет, можно замерить какой-нибудь характерный размер. Например между нижней поверхностью рамы над мостом и поверхностью чулка моста под рамой. Должно быть порядка 140мм. И ещё. Прямыми эти рессоры задуманы не случайно. При расположении моста под рессорой, только таким образом они могут обеспечить благоприятную характеристику уплавляемости: при крене не подруливать мост в сторону избыточной поворачиваемости. Про поворачиваемость можно почитать в разделе «Управляемость автомобиля». Если же каким-то образом (добавив листы, проковав ресоры, добавив пружины итд) добиться того чтобы они стали выгнутыми, то автомобиль будет склонен к рысканью на большой скорости и другим неприятным свойствам.
3) «Я отпилю от пружины пару витков, она просядет и станет мягче»:
Да, пружина действительно станет короче и возможно при установке на машину, машина просядет ниже чем с полной пружиной. Однако, при этом пружина станет не мягче а наоборот жесче пропорционально длине отпиленного прутка.
4) «Я поставлю дополнительно к рессорам пружины (комбинированную подвеску), рессоры расслабятся и подвеска станет мягче. При обычной езде рессоры работать не будут, будут работать только пружины, а рессоры только при максимальных пробоях»:
Нет, жесткость в этом случае увеличится и будет равна сумме жесткости рессоры и пружины, что отрицательно скжется не только на уровне комфорта но и на проходимости (о влиянии жесткости подвески на комфорт позже). Для того чтобы таким методом добиться переменной характеристики подвески, необходимо изогнуть пружиной рессору до свободного состояния рессоры и через это состояние перегнуть (тогда рессора изменит направление усилия и пружина и рессора начнут работать враспор). А например для малолистовой рессоры УАЗа с жесткостью 4кг/мм и подрессоренной массе 400кг на колесо, это означает лифт подвески более чем на 10см. Даже если осуществить этот ужасный лифт пружиной, то помимо потери устойчивости автомобиля, кинематика изогнутой рессоры сделает автомобиль совершенно неуправляемым (см п. 2)
5) «А я (например дополнительно к п. 4) уменьшу количество листов в рессоре»:
Уменьшение количества листов в рессоре действительно однозначно означает снижение жесткости рессоры. Однако, во-первых это не обязательно означает изменение её изгиба в свободном состоянии, во-вторых она становится более склонна к S-образному изгибу (наматывание вокруг моста вод действием реактивного момента на мосту) и в-третьих рессора конструируется как «балка равного сопротивления изгибу» (кто изучал «СопроМат», тот знает что это такое). Например у 5-листовых рессор от Волги-седана и более жестких 6-листовых рессор от Волги-универсала одинаковый только коренной лист. Казалось бы в производстве дешевле все части унифицировать и сделать только один дополнительный лист. Но так нельзя т.к. при нарушении условия равного сопротивления изгибу нагрузка на листы рессоры становится неравномерной по длине и лист быстро выходит из строя на более нагруженном участке. (Сокращается срок службы). Изменять количество листов в пакете очень не рекомендую и тем более собирать рессоры из листов от разных марок автомбилей.
6) «Мне нужно увеличить жесткость чтобы не пробивало подвеску до отбойников» или «у внедорожника должна быть жесткая подвеска»:
Ну во-первых «отбойниками» они называются только в простонародии. На самом деле это дополнительные упругие элементы, т.е. они там специально стоят для того чтобы до них пробивало и чтобы в конце хода сжатия увеличивалась жесткость подвески и обеспечивалась необходимая энергоёмкость при меньшей жесткости основного упругого элемента (пружины/рессоры). При увеличении жесткости основных упругих элементов так же ухудшается проходимость. Казалось бы какая связь? Предел тяги по сцеплению, который можно развить на колесе, (помимо коэффициента трения) зависит от того, с какой силой это колесо прижато к поверхности по которой едет. Если автомобиль едет по ровной поверхности, то эта сила прижатия зависит только от массы автомобиля. Однако если поверхность не ровная, эта сила начинает зависеть от характеристики жесткости подвески. Например представим 2 автомобиля равной подрессоренной массы по 400кг на колесо, но с разной жесткостью пружин подвески 4 и 2 кг/мм соответственно, передвигающихся по одной и той же неровной поверхности. Соответственно при проезде неровности высотой 20см одно колесо сработало на сжатие на 10см, другое на отбой на те же 10см. При разжимании пружины жесткостью 4кг/мм на 100мм, усилие пружины уменьшилось на 4*100=400кг. А у нас всего 400кг. Значит тяги на этом колесе уже нет, а если у нас на оси открытый дифференциал или дифференциал ограниченного трения (ДОТ) (например винтовой «Квайф»). В случае же если жесткость 2 кг/мм, то усилие пружины уменьшилось только на 2*100=200кг, а значит 400-200-200 кг всё ещё давит и мы можем обеспечить по крайней мере половинную тягу на оси. При чем в случае если стоит ДОТ, а у большинства их коэффициент блокировки 3, при наличии какой-то тяги на одном колесе с худшей тягой, на второе колесо передаётся в 3 раза больший момент. И примерчик: Самая мягкая подвеска УАЗа на малолистовых рессорах (Хантер, Патриот) имеет жесткость 4кг/мм (и пружина и рессора), в то время как у старого Рэнджровера примерно такой же массы как Патриот, на передней оси 2.3 кг/мм, а на задней 2.7кг/мм.
7) «У легковых автомобилей с мягкой независимой подвеской пружины должны быть мягче»:
Совсем не обязательно. Например в подвеске типа «МакФерсон», пружины действительно работают напрямую, но в подвесках на двойных поперечных рычагах (передняя ВАЗ-классика, Нива, Волга) через передаточное число равное соотношению расстояния от оси рычага до пружины и от оси рычага до шаровой опоры. При такой схеме жесткость подвески не равна жесткости пружины. Жесткость пружины значительно больше.
8) «Лучше ставить жесткие пружины чтобы автомобиль был мене валким и следовательно более устойчивым»:
Не совсем так. Да, действительно чем больше вертикальная жесткость, тем больше угловая жесткость (отвечающая за крен кузова при действии центробежных сил в поворотах). Но перенос масс вследствие крена кузова значительно меньшим образом влияет на устойчивость автомобиля чем скажем высота центра тяжести, которым джиперы часто очень расточительно бросаются лифтуя кузов только ради того чтобы не пилить арки. Автомобиль должен крениться, крен это не зачит плохо. Это важно для информативности при вождении. При конструировании в большинство автомобилей закладывается стандартная величина крена 5 градусов при окружном ускорении 0.4g (зависит от соотношения радиуса поворота и скорости движения). Отдельные автопроизводители закладывают крен на меньший угол для создания иллюзии устойчивости для водителя.
Материалы: http://offroad38.ru/tuning_monstrohod_elementipodveski.php
В качестве упругих устройств в подвесках современных автомобилей используют металлические и неметаллические элементы. Наибольшее распространение получили металлические устройства: пружины, листовые рессоры и торсионы.
Пружина подвески автомобиля с переменной жесткостью
При сжатии пружины по вертикальной оси, ее витки сближаются и закручиваются. Если пружина имеет цилиндрическую форму, то при ее деформации расстояние между витками сохраняется постоянным и пружина имеет линейную характеристику. Это значит, что деформация цилиндрической пружины всегда прямо пропорциональна приложенному усилию, а пружина имеет постоянную жесткость. Если изготовить витую пружину из прутка переменного сечения или придать пружине определенную форму (в виде бочонка или кокона), то такой упругий элемент будет иметь переменную жесткость. При сжатии такой пружины вначале будут сближаться менее жесткие витки, а после их соприкосновения в работу вступят более жесткие. Пружины переменной жесткости широко применяются в подвесках современных легковых автомобилей.
К достоинствам пружин, применяемых в качестве упругих элементов подвесок, следует отнести их малую массу и возможность обеспечения высокой плавности хода автомобиля. В то же время пружина не может передавать усилия в поперечной плоскости и ее применение требует наличия в подвеске сложного направляющего устройства.
Задняя рессорная подвеска:
1 — проушина рессоры;
2 — резиновая втулка;
8 — резиновые втулки;
9 — пружинная шайба;
12 — втулка резиновая;
14 — пластина серьги;
16 — штанга стабилизатора;
17 — коренной лист;
18 — листы рессоры;
19 — резиновый буфер хода сжатия;
22 — балка заднего моста;
25 — лонжерон рамы;
26 — кронштейн стабилизатора;
27 — серьга стабилизатора
Способы крепления рессор:
а — с витыми ушками;
б — на резиновых подушках;
в — с накладным ушком и скользящей опорой
При деформации рессоры ее листы изгибаются и изменяют свою длину. При этом происходит трение листов друг о друга, и поэтому они требуют смазки, а между листами рессор легковых автомобилей устанавливают специальные антифрикционные прокладки. В то же время наличие трения в рессоре позволяет гасить колебания кузова и в некоторых случаях дает возможность обойтись без применения в подвеске амортизаторов. Рессорная подвеска имеет простую конструкцию, но большую массу, что и определяет наибольшее ее распространение в подвесках грузовых автомобилей и некоторых легковых автомобилях повышенной проходимости. Для уменьшения массы рессорных подвесок и улучшения плавности хода иногда применяются малолистовые и однолистовые рессоры с листом переменного по длине сечения. Довольно редко в подвесках применяются рессоры, изготовленные из армированной пластмассы.
Торсионная подвеска. В задней подвеске автомобиля Peugeot 206 используются два торсиона, соединенные с продольными рычагами. В направляющем устройстве подвески применяются трубчатые рычаги, установленные под углом к продольной оси автомобиля
Неметалические упругие элементы подвесок делятся на резиновые, пневматические и гидропневматические.
Резиновые упругие элементы присутствуют практически во всех конструкциях подвесок, но не в качестве основных, а как дополнительные, используемые для ограничения хода колес вверх и вниз. Применение дополнительных резиновых ограничителей (буферов, отбойников) ограничивает деформацию основных упругих элементов подвески, увеличивая ее жесткость при больших перемещениях и предотвращая удары металла по металлу. В последнее время резиновые элементы все чаще заменяются устройствами из синтетических материалов (полиуретан).
Упругие элементы пневматических подвесок:
а — рукавного типа;
б— двойные баллоны
К преимуществам пневматических упругих элементов подвесок следует отнести высокую плавность хода автомобиля, небольшую массу и возможность поддержания постоянным уровня пола кузова, независимо от загрузки автомобиля. Подвески с пневматическими упругими элементами применяют на автобусах, грузовых и легковых автомобилях. Постоянство уровня пола грузовой платформы обеспечивает удобство погрузки и разгрузки грузового автомобиля, а для легковых автомобилей и автобусов — удобство при посадке и высадке пассажиров. Для получения сжатого воздуха на автобусах и грузовых автомобилях с пневматической тормозной системой используются штатные компрессоры, приводимые в действие от двигателя, а на легковых автомобилях устанавливают специальные компрессоры, как правило, с электроприводом (Range Rover, Mercedes, Audi).
Пневмоподвеска. На новых автомобилях Mercedes Е-класса вместо пружин стали применяться пневматические упругие элементы
Гидропневматический упругий элемент:
5 — к амортизаторной стойке
Одна из полостей камеры заполнена сжатым газом (обычно азотом), а другая жидкостью (специальным маслом). Упругие свойства обеспечиваются сжатым газом, поскольку жидкость практически не сжимается. Перемещение колеса вызывает перемещение поршня, находящегося в цилиндре, заполненном жидкостью. При ходе колеса вверх поршень вытесняет из цилиндра жидкость, которая поступает в камеру и воздействует на разделительную мембрану, которая перемещается и сжимает газ. Для поддержания необходимого давления в системе используется гидравлический насос и гидроаккумулятор. Изменяя давление жидкости, поступающей под мембрану упругого элемента, можно изменять давление газа и жесткость подвески. При колебаниях кузова жидкость проходит через систему клапанов и испытывает сопротивление. Гидравлическое трение обеспечивает гасящие свойства подвески. Гидропневматические подвески обеспечивают высокую плавность хода, возможность регулировки положения кузова и эффективное гашение колебаний. К основным недостаткам такой подвески относится ее сложность и высокая стоимость.
Материалы: http://sibirtorsion.ru/articles/72230
