Устройство автомобилей



Теоретические предпосылки повышения плавности хода




Несущая система (кузов или рама) автомобиля при движении совершает сложное колебательное движение (рис. 1). При этом элементы несущей системы могут перемещаться поступательно (параллельно кузову или раме) вдоль трех взаимно перпендикулярных осей x, y, z, и одновременно иметь угловые перемещения (вращательные движения) относительно каждой из них.
За начало координат принимают центр тяжести автомобиля.
При этом кузов может совершать шесть различных колебаний, соответствующих шести степеням свободы:

  • поступательное вертикальное относительно вертикальной оси z (подпрыгивание);
  • поступательное продольное относительно оси x (подергивания вперед и назад);
  • поступательные поперечные относительно поперечной оси у (шатание из стороны в сторону);
  • угловые продольные (галопирование) относительно оси у;
  • угловые поперечные (покачивание) относительно оси х;
  • угловые боковые (рыскание) относительно оси z.
плавность хода автомобиля

Главное влияние на плавность хода и самочувствие человека в автомобиле оказывают два вида колебаний: поступательное вертикальное (подпрыгивание) и угловые продольные (галопирование). Другими колебаниями при расчетной оценке плавности хода автомобиля можно пренебречь для упрощения исследования данного явления, что позволит рассматривать колебания автомобиля, как плоской фигуры, имеющей форму боковой поверхности корпуса автомобиля в одной вертикальной плоскости, совпадающей со средней плоскостью автомобиля.

Колебания в вертикальной плоскости зависят от жесткости упругого элемента подвески и эластичности шин.
Так как упругий элемент подвески после наезда на препятствие продолжает совершать затухающие колебания, то для гашения этих колебаний в состав подвески вводят амортизаторы. Подбирая характеристику упругого элемента к конкретной модели автомобиля, добиваются искомой плавности хода в вертикальной плоскости.

Характеристикой упругого элемента подвески называется зависимость между нагрузкой Gг на упругий элемент и его деформацией f0 (прогибом, сжатием и т. п.).

плавность хода автомобиля

Более сложное влияние на плавность хода оказывает галопирование.
Если возмущающая сила Р приложена не к центру упругости, а в другой точке, то возникает как линейное, так и угловое перемещение (рис. 2).
Из условия равновесия системы относительно центра тяжести:

R1l1 – Px – R2l2 = 0,

где R1 и R2 – реакции опор;
х – расстояние от центра упругости до центра тяжести:

х = (R1l1 – R2l2)/P.

Заменив реакции на жесткость и деформации упругих элементов

R1 = c1f1     и     R2 = c2f2,

получим следующее уравнение:

Р = R1 + R2 = c1f1 + c2f2,

тогда

х = (c1f1l1 - c2f2l2)/(с1f1 + с2f2).

Если сила Р приложена к центру упругости, то f1 = f2, и в этом случае получим:

х = (c1l1 - c2l2)/(с1 + с2).

Заменив массу кузова mк тремя массами: m1 – приходящуюся на переднюю подвеску, m2 – приходящуюся на заднюю подвеску и m3 – находящуюся в центре тяжести, получим:

mк = m1 + m2 + m3,

m1l1 = m2l2.




Момент инерции системы I относительно горизонтальной оси у должен быть равен моменту инерции подрессоренной массы относительно той же оси:

m1l12 + m2l22 = I = mкρк2,

где ρк – радиус инерции подрессоренной массы автомобиля.

Тогда:

m1 = (mкρк2)/(l1L),

m2 = (mкρк2)/(l2L),

m3 = 1 – ρк2/(l1l2).        (1)

Во время колебаний появляется сила инерции Рц = m3j, которая создает момент относительно центра упругости:

Мц = Рцх = m3.

Момент Мц = 0, если масса m3 = 0 или плечо силы Рц равно нулю.

Из уравнения (1) следует, что масса m3 равна нулю, если ρк2/(l1l2) = 1.

Если плечо х = 0, т. е. центр тяжести совпадает с центром упругости, то

х = (c1l1 - c2l2)/(с1 + с2) = 0,

тогда либо     c1l1 = c2l2,     либо     с12 = l2/l1.

Следовательно, жесткость подвески необходимо выбирать таким образом, чтобы она была обратно пропорциональна расстояниям центра тяжести от передней и задней осей. Тогда при одинаковых прогибах передней и задней подвесок кузов автомобиля будет перемещаться без галопирования.

Тем не менее, выполнение этого условия не устраняет полностью угловые колебания кузова автомобиля. Они возникают при неодновременном наезде колес переднего и заднего мостов на неровности дороги. Сдвиг по времени между двумя воздействиями зависит от базы автомобиля и скорости его движения.
Амплитуда угловых колебаний уменьшается, если упругие элементы передней подвески имеют меньшую частоту собственных колебаний, чем упругие элементы задней подвески.

***

Способы повышения плавности хода автомобиля

Так как наряду с упругим элементом подвески на плавность хода оказывают влияние упругие свойства шины, то целесообразно устанавливать на автомобиль шины меньшей жесткости.

способы повышения хода автомобиля

На жесткость шины влияет ее конструкция, ширина профиля и давление воздуха в ней.

Использование независимых подвесок по сравнению с зависимыми также повышает плавность хода, так как в этом случае существенно уменьшается галопирование.

Другим важным условием обеспечения плавности хода автомобиля является оптимальная расстановка колес по длине кузова. Каждая неровность дороги передает на автомобиль не один, а серию импульсов, воздействующих последовательно на каждое колесо переднего и заднего моста. В зависимости от расстановки колес в одних и тех же дорожных условиях эти импульсы могут для одного автомобиля усиливать колебания, а для другого ослаблять.

Конструкция амортизаторов, их число и расположение оказывают влияние, как на плавность хода, так и на безопасность движения. Так, например, газонаполненные амортизаторы обладают большей жесткостью по сравнению с гидравлическими при движении по дорогам с большим количеством неровностей, в то же время при движении по дорогам хорошего качества с большими скоростями они обеспечивают лучший контакт колес с дорогой, а значит и устойчивость автомобиля.

Конструктивные факторы однозначно определяют плавность хода только при вполне определенных внешних условиях и режимах работы автомобиля, к которым относятся:

  • скорость движения автомобиля;
  • состояние дороги;
  • характер неровностей дороги.

***

Проходимость автомобиля



Главная страница


Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты