1.1 Анализ проблемы
Подвеска является одной из важнейших частей любого автомобиля, так как, именно от ее конструкции зависит поведение автомобиля на дороге, возможность достижения автомобиля при высокой скорости, а также безопасность.
Подвеска –это совокупность элементов ходовой части, обеспечивающая упругую связь между колёсами и кузовом (рамой) автомобиля. Подвеска уменьшает динамические нагрузки, действующие на кузов автомобиля, груз и пассажиров, являясь промежуточным звеном между кузовом автомобиля и дорогой, должна быть легкой и наряду с высокой комфортабельностью обеспечить максимальную безопасность движения.
Подвеска выполняет следующий ряд функций:
- поглощение толчков, ударов, вибрации
- стабилизация движения транспортного средства, которая достигается обеспечением постоянного контакта колеса с дорожным покрытием
- сохранение положения колес в пространстве, благодаря которому возможно точное рулевое управление машиной
В прикладные функции подвески входит обеспечение связи и соединения между кузовом и колесами. Именно детали подвески дают колесам возможность перемещаться независимо от кузова, обеспечивая изменение направления движения автомобиля. Наряду с колесами, она является обязательным элементом ходовой части автомобиля.
Подвеска автомобиля – это технически сложный агрегат, имеющий следующее строение:
1. упругие элементы — металлические (пружины, рессоры, торсионы) и неметаллические (пневматические, гидропневматические, резиновые) детали, которые, в силу своей упругих характеристик, принимают нагрузку от неровностей дороги и распределяют ее на кузов автомобиля;
2. гасящие устройства (амортизаторы) – агрегаты, имеющие гидравлическое, пневматическое или гидропневматическое строение и предназначенные для гашения колебаний кузова, полученных от упругого элемента;
3. направляющие элементы – различные детали в виде рычагов (поперечных, продольных), обеспечивающих соединение подвески с кузовом и определяющих перемещение колес и кузова относительно друг друга;
4. стабилизатор поперечной устойчивости — упругая металлическая штанга, соединяющая подвеску с кузовом и препятствующая увеличению крена автомобиля при движении;
5. опоры колеса – специальные поворотные кулаки (на передней оси), воспринимающие нагрузки, исходящие от колес, и распределяющие их на всю подвеску;
6. элементы крепления деталей, узлов и агрегатов подвески – это средства соединения элементов подвески с кузовом и между собой: жесткие болтовые соединения; композитные сайлентблоки; шаровые шарниры (или шаровые опоры).
На рисунке 1 представлена диаграмма видов технических неисправностей автотранспортных средств, приводящих к дорожно-транспортным происшествиям (ДТП).
Рисунок 1 – Диаграмма видов технических неисправностей автотранспортных средств, приводящих к ДТП
Исходя из диаграммы видно, что на долю ДТП, произошедших по причине неисправности деталей ходовой части приходится 7,2% от общего количества, это является одним из факторов того, что подвеска АТС нуждается в модернизации.
На рисунке 2 изображены графики влияние жесткости подвески на колебания в области резонансов.
Рисунок 2– Влияние жесткости подвески на колебания в области резонансов:
а – перемещение кузова и колес; б – ускорения кузова
Если построить для резонансных частот кривые зависимости ускорений от жесткости подвески, то можно сделать вывод, что ускорение в области низкочастотного резонанса (кривая 4) убывает практически по линейному закону, тогда как ускорение в области высокочастотного резонанса (кривая 5) можно принять постоянным.
Таким образом, если снизить жесткостть подвески,то улучшится плавность хода автомобиля при низкочастотных колебаниях, наиболее заметно уменьшится ускорение кузова, а также перемещение кузова и колеса. Плавность хода улучшается также потому, что низкочастотный резонанс смещается в область меньших частот, при которых вероятность наступления условий резонанса на дороге снижается. Уменьшение жесткости подвески отрицательно сказывается на колебаниях в высокочастотной области, где перемещения колеса могут существенно возрастать.
На рисунке 3 приведена упругая характеристика независимой подвески легкого автомобиля.
Рисунок 3 – Упругая характеристика независимой подвески легкого автомобиля: I – линия нагрузки;II – разгрузки
Вертикальная упругая характеристика подвески автомобиля выражает зависимость между вертикальной нагрузкой Tк на подвеску и ее деформацией sк, измеренной над осью колеса. Линии I и II упругой характеристики, соответствуют нагрузке и разгрузке, не совпадают. Расстояние между ними по вертикали с учетом масштаба сил равны удвоенной величине сухого трения. Средняя линия является упругой характеристикой без учета трения.
На рисунке 5 представлен график максимальных амплитуд отклонений кузова в зависимости от начальной скорости и постоянных коэффициентов сопротивления амортизаторов.
Рисунок 5 – График максимальных отклонений кузова в зависимости от начальной скорости (коэффициенты амортизаторов постоянные):
1) ?0 =0,03 - отклонения кузова в сторону при начальной скорости);
2) ?0=0,30 (то же); 3) ?0=0,90 (то же); 4) ?0=0,30 - отклонения кузова в сторону, противоположную направлению отклонения при начальной скорости; 5) ?0=0,03 (то же)
Как видно из графика, зависимость максимальных перемещений кузова при начальной скорости (с учетом связи подрессоренных и неподрессоренных масс) имеет линейный характер. При постоянных коэффициентах сопротивления амортизаторов с увеличением коэффициента ?0колебания кузова уменьшаются как по амплитуде, так и по числу отклонений. С увеличением ?0особенно быстро уменьшаются отклонения кузова в сторону, противоположную направлению отклонения при начальной скорости.
Классификация подвесок
1. По характеру связи между колёсами одной оси подвески бывают:
1. Зависимые;
2. Независимые.
2. По количеству рычагов направляющего устройства:
1. Однорычажные;
2. Двухрычажные на рычагах равной (продольные рычаги) и неравной длины (поперечные рычаги);
3. С многорычажным направляющим устройством.
3. По типу упругого элемента:
1. С металлическим упругим элементом;
2. С неметаллическим упругим элементом.
4. По конструкции металлического упругого элемента:
1. Рессоры;
2. Пружины;
3. Торсионы;
4. Комбинированные упругие элементы.
5. По конструкции неметаллического упругого элемента:
1. Резиновые;
2. Пневматические;
3. Гидравлические.
6. По типу гасящего устройства:
1. С фрикционным гасителем;
2. С гидравлическим амортизатором;
3. С пневматическим амортизатором.
Рассмотрим различные варианты подвесок легковых серийных автомобилей, которые активно используются или использовались ранее. В целом, все подвески делятся на два больших типа, имеющих принципиально различный характер работы — зависимые и независимые. Ни один из этих типов не имеет однозначного преимущества над другим.
В зависимой подвеске колеса одной оси так или иначе жестко связаны между собой, и перемещение одного колеса оси однозначно влияет на другое — как при их одноименных, так и при разноименных ходах. Это самый старый вариант подвески. Тем не менее, непрерывно совершенствуясь, зависимые подвески применяются вплоть до настоящего времени.
В независимой подвеске колеса одной оси не имеют жесткой связи, и перемещение одного из них либо никак не влияет на второе, либо имеет на него лишь небольшое влияние. При этом установочные параметры — такие, как колея, развал колес, а в некоторых типах и колесная база — меняются при сжатии и отбое подвески, иногда в весьма значительных пределах. Кинематические схемы независимых подвесок весьма ранообразны, что не позволяет дать им однозначной общей характеристики.
В настоящее время независимые подвески на двойных поперечных рычагах (включая так называемые «многорычажные») и типа «макферсон» наиболее распространены благодаря сочетанию сравнительной дешевизны и технологичности с хорошими кинематическими параметрами.
1.2 Анализ существующих конструкций
1.2.1 Зависимая подвеска «классическая»
Рисунок 6– Зависимая подвеска:
1 – редуктор заднего моста; 2 – колесо; 3 – пружина; 4 – амортизатор;
5 – реактивная штанга; 6 – ступица
Зависимая подвеска применялась с самого зарождения автомобилестроения до наших дней. Но постепенно она становится историей - мосты, жестко связывающие колеса, ныне используют разве что на классических внедорожниках, таких как Nissan Patrol, Jeep или УАЗ. Еще реже на легковых автомобилях, например, на Волгах и классических Жигулях, но эти машины были разработаны около полувека назад. Минусы конструкции очевидны - перемещение одного колеса передается другому, следствием чего являются резонансные колебания колёс в поперечной плоскости (эффект шимми), что вредит и комфорту, и управляемости. Выход один - надо «развязывать» правую и левую сторону.
1.2.2Подвеска «Де Дион»
Рисунок 7– Подвеска «Де Дион»:
1 – редуктор заднего моста; 2 – колесо; 3 – пневматическая камера;
4 – пневмостойка амортизатора; 5 – реактивная штанга; 6 – ступица
Задняя подвеска «Де Дион» изобретенная более ста лет назад (рисунок 7), используется до сих пор.На сегодняшний день является единственной в мире конструкцией, которая является неотъемлемой частью автомобиля, придуманной много лет назад королевским должностным лицом. Один из недостатков зависимой подвески ведущих колес большая неподрессоренная масса, отрицательно влияющая на такие показатели, как комфорт автомобиля, его устойчивость и управляемость. В тех случаях, когда по финансовым или компоновочным соображениям инженеры отказываются от независимой подвески, выручает старая система де Дион. В ней картер главной передачи закрепляется на поперечине рамы или на кузове, а привод колес осуществляется полуосями на шарнирах. При этом колеса соединяются изогнутой балкой. Подвеска остается зависимой, однако за счет крепления массивной главной передачи отдельно от моста неподрессоренная масса существенно уменьшается.
