Упругий элемент подвески

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.

 

Высокого давления

Двухтрубные

 

     

  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 P_а.сж = р_сжF_шт (F_шт – 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 р_от. Поскольку часть штока выходит из цилиндра, недостаток жидкости компенсируется пополнением жидкостью из полости, расположенной между цилиндрами. Сила сопротивления при отдаче будет определяться из соотношения: Р_а.от. = р_от (F_п – F_шт), где F_п – 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.