Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

кой формуле

/=/о + №

-ю-

где f

—

начальный коэффициент сопротивления качению ведомого или ведущего

колеса, соответствующий сопротивлению качению при малой скорости; Х

—

ко-

эффициент, зависящий от конструкции ходовой части: для легковых автомобилей

4,0; для грузовых 5,5;

—

показатель ровности покрытия: для асфальтобетона

50...150;

—скорость качения колеса.

20.3.

Коэффициент сопротивления качению, полученный на барабанном стевде

для шин легковых и грузовых

автомобилей

Тип шины

Коэффициент сопротивления качению, не более

для легковых автомобилей для грузовых автомобилей

Диагональные 0,03 0,016

Радиальные 0,015

Радиальные комбинированные 0,013

Радиальные цельнометаллокордные 0,0095

При качении шины в результате трения происходит ее нагрев.

Тепловое состояние шины оценивают по ее размерам, геометрии

рисунка протектора, упругим, гистерезисным и тепловым характе-

ристикам шинных материалов, а также по параметрам качения:

внутреннему давлению, вертикальной нагрузке, скорости, темпе-

ратуре воздуха в камере либо по действительной температуре в за-

данной точке профиля шины.

Среднюю температуру шины можно вычислить по формуле

т = (7

/v/(12 900kD

B),

где

—

нагрузка на шину, H; £ —коэффициент теплопередачи от поверхности

шины; D

—

средний диаметр шины, м;

= D-B;

—ширина профиля шины,

приблизительно равная его высоте, м.

Температура шины до 100 °С считается оптимальной, от 100 до

120 °С

—

критической, а выше

—

опасной для шины.

Способность автомобильного колеса, нагруженного нормально

действующей нагрузкой, воспринимать или передавать касатель-

ные силы при взаимодействии с дорогой является одним из важ-

ных его качеств, обеспечивающих возможность движения автомо-

биля. Это качество принято оценивать коэффициентом сцепления

Ф, представляющим собой отношение максимальной касательной

реакции Р

тах

в пятне контакта к нормальной реакции или нагруз-

ке G

, действующей на колесо:

= Лпах/Gk-

Коэффициент сцепления считают характеристикой взаимо-

действия колеса с дорогой. Он зависит от типа покрытия и состо-

330

яния дороги (табл. 20.4), конструкции и материала шины, дав-

ления воздуха в ней, нагрузки на колесо, скорости движения,

температурных условий, степени скольжения или буксования

колеса.

20.4.

Коэффициенты сцепления различных шин с дорогой

Дорожное покрытое и его состояние

Коэффициент сцепления шин

Дорожное покрытое и его состояние

высокого давления низкого давления

высокой

проходимости

Асфальтобетонное:

сухое 0,50...0,70 0,70...0,80 0,70...0,80

мокрое 0,35...0,45 0,45...0,55 0,50...0,60

Булыжное сухое 0,40...0,50 0,50...0,55 0,60...0,70

Щебеночное сухое 0,50...0,60 0,60...0,70 0,60...0,70

Грунтовая сухая дорога 0,40...0,50 0,50...0,60 0,50...0,60

Целина летом:

песок сухой 0,20...0,30 0,22...0,40 0,20...0,30

суглинок сухой 0,40...0,50 0,45...0,55 0,40...0,50

Целина зимой:

снег рыхлый 0,20...0,30 0,20...0,40 0,20...0,40

снег укатанный 0,15...0,20 0,20...0,25 0,30...0,50

Обледенелая дорога при тем- 0,08...0,15 0,10...0,20 0,05...0,10

пературе воздуха ниже 0 'С

Сцепление элементов шины с дорогой существенно зависит от

увлажнения опорной поверхности. С увеличением толщины плен-

ки (или слоя) воды и скорости движения силы трения и сцепле-

ния шины с дорогой уменьшаются. Это происходит в результате

затрудненного удаления влаги из зоны контакта. При определен-

ном слое воды и скорости движения шина всплывает под действи-

ем гидродинамических сил. В этом случае сила сцепления колеса с

дорогой минимальная (определяется трением в жидкостном слое)

и колесо не способно передавать или воспринимать сколько-ни-

будь значительные внешние силы. Такое состояние шины на мок-

рой дороге принято называть аквапланированием, а скорость, при

которой оно возникает,

—

критической. При критической скорос-

ти движение автомобиля становится неустойчивым и незначи-

тельное внешнее воздействие (порыв ветра, наклон дороги) может

вызвать произвольное отклонение траектории движения автомо-

биля.

Критическую скорость аквапланирования шины с гладким ри-

сунком протектора можно определить по формуле

= 508C

/(5A

где Л

—

толщина слоя воды, мм; С

—

коэффициент подъемной силы гидроклина.

331

20.4. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ

И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

На колеса автомобиля должны быть установлены шины, соот-

ветствующие его грузоподъемности и размеру обода. В случае ус-

тановки шин, ранее находящихся в эксплуатации, на колеса одной

оси должны устанавливаться шины с одинаковым рисунком и

одинаковой степенью износа протектора. Разница в износе про-

тектора не должна превышать 5 мм по наружному диаметру по-

крышки.

При монтаже шин нельзя допускать защемления камеры, попа-

дания песка и грязи внутрь шин. Для монтажных работ следует

применять только специально предназначенный для этого инст-

румент. При установке шин следует учитывать рисунок их протек-

тора. Шины с направленным протектором надо устанавливать так,

чтобы направление рисунка протектора совпадало с направлением

движения автомобиля. С этой целью на боковинах шин имеется

стрелка. При правильном монтаже шин направление вращения

колес (движение вперед) и стрелки совпадают.

В шинах должно поддерживаться давление, устанавливаемое в

зависимости от нагрузки на колесо. Отклонение давления в от-

дельных шинах автомобиля должно быть не более 20 кПа.

В процессе работы автомобиля нельзя допускать перегрузки

шин, превышения установленной грузоподъемности, неравномер-

ного распределения груза в кузове и движения со спущенной ши-

ной.

Предметы, застрявшие между двойными шинами задних колес,

следует своевременно удалять. Для предупреждения разрушения

резины нельзя допускать попадания на шины бензина и мине-

ральных масел.

Состояние шин и их протекторов влияет на сцепление шин с

дорогой. Шины легковых автомобилей должны иметь остаточную

высоту рисунка протектора не менее 1,6 мм, грузовых автомоби-

лей и их прицепов не менее

мм, автобусов не менее 2 мм. Авто-

мобили следует оборудовать шинами, рекомендованными заво-

дом-изготовителем в соответствии с типом, размером и допусти-

мой нагрузкой. Нельзя устанавливать шины разной размерности,

разного типа (диагональных и радиальных) и с разным рисунком

протектора на одну ось, поскольку ухудшается управляемость ав-

томобиля.

Давление воздуха в шинах следует поддерживать в соответствии

с техническими условиями на их эксплуатацию и проверять при

полностью остывших шинах. Снижение давления в шинах на 25 %

уменьшает срок их службы в 2 раза. Кроме того, состояние про-

тектора шин и давление в них влияют на устойчивость и управля-

емость автомобиля. В автомобилях высокой проходимости, обору-

дованных шинами с малым числом слоев корда и системой цент-

332

рализованного изменения давления в них, допускается снижение

давления воздуха только для улучшения проходимости при пре-

одолении тяжелых для движения участков пути. Снижение давле-

ния в шинах ниже 0,05 МПа может привести к выходу их из строя.

Долговечность шин существенно зависит от технического со-

стояния автомобиля. В частности, повышенный износ шин вызы-

вают нарушение углов установки и величины схождения передних

колес, неправильная регулировка тормозов, дисбаланс колес, про-

висание рессор, течь смазки из сальников и ступиц колес.

С целью увеличения долговечности шин важно своевременно

устранить замеченные повреждения. Шины, имеющие механичес-

кие повреждения (проколы, порезы), должны быть сняты и отре-

монтированы. Незначительные повреждения устраняют с помощью

специальных аптечек, а более крупные

—

горячей вулканизацией.

Ободья колес должны иметь правильную внешнюю форму. Не

допускается наличие на ободе забоин, вмятин и погнутостей. Это

имеет особое значение при установке бескамерной шины, так как

может послужить причиной нарушения герметичности.

Контрольные вопросы

и задания

1. Какие требования предъявляют к шинам? 2. Назовите определяющие гео-

метрические размеры шины. 3. Как классифицируют шины в зависимости от ши-

рины профиля? 4. Из каких частей состоит автомобильная шина? 5. Как маркиру-

ют шины? 6. Какие требования предъявляют к колесам? 7. Как крепят сдвоенные

колеса? 8. Как влияет дисбаланс колес на свойства автомобиля? 9. Что такое ак-

вапланирование?

Глава 21

ПОДВЕСКИ

21.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ ПОДВЕСОК. ПЛАВНОСТЬ ХОДА

Подвеска соединяет раму или кузов с агрегатами ходовой час-

ти, воспринимает динамические нагрузки со стороны дороги,

обеспечивает плавность хода автомобиля.

К подвескам предъявляют следующие требования: обеспечение

оптимальных частоты колебаний кузова и амплитуды затухания

колебаний; противодействие крену автомобиля при повороте, раз-

гоне и торможении; стабилизация углов установки направляющих

колес, соответствие кинематики колес при повороте кинематике

рулевого механизма, простота устройства и технического обслу-

живания, надежность.

Составные части подвески: упругие элементы, направляющие

устройства, амортизаторы. В автомобиле различают подрессорен-

ные массы: кузов (раму) и все, что к нему крепится, и неподрессо-

ренные массы: колеса, некоторые части подвески.

333

Упругие элементы воспринимают и гасят динамические нагруз-

ки со стороны дороги. Различают рессорные (листовые, витые пру-

жинные, торсионные), пневматические (резинокордные баллоны,

диафрагменные, комбинированные), гидропневматические и рези-

новые (работают на кручение или сжатие) упругие элементы.

Направляющее устройство воспринимает продольные и боковые

силы и моменты. Схема направляющего устройства определяет за-

висимую и независимую подвески.

При независимой подвеске каждое колесо может совершать ко-

лебания независимо от других. Такую подвеску чаще всего приме-

няют при разрезном мосте в легковых автомобилях и автомобилях

высокой проходимости.

Зависимая подвеска передает через мост колебания одного ко-

леса другому. Эту подвеску применяют для двух- и многоосных

грузовых автомобилей и прицепов. Зависимые балансирные под-

вески подрессоривают два близкорасположенных моста.

Амортизаторы поглощают энергию колебаний рессор, кузова и

колес. Различают гидравлические, газонаполненные и комбинирован-

ные амортизаторы. По конструктивному исполнению они бывают

рычажные и телескопические.

Плавность хода определяется частотой и амплитудой колебаний

кузова (рамы). Для получения хорошей плавности хода собственная

частота колебаний подрессоренной массы должна быть минималь-

ная. Собственную частоту со определяют исходя из статического

прогиба^ подвески: (здесь g —ускорение силы тяжес-

ти). Статический прогиб и динамический ход подвесок определя-

ются типом автомобиля. Так, для легковых автомобилей статичес-

кий прогиб составляет

10... 18

см, а динамический ход

— 10... 14

см.

Частота колебаний их подрессоренной массы 0,8...1,2 Гц. У грузо-

вых автомобилей статический прогиб и динамический ход одина-

ковые—6...

см, а частота ко-

лебаний 1,2...1,9 Гц. Характери-

стика подвески должна обеспе-

чивать оптимальную частоту

колебаний, близкую к частоте

колебаний человека при ходьбе.

На плавность хода суще-

ственно влияет упругая харак-

теристика подвески (рис. 21.1).

Рис.

21.1. Характеристики подвесок:

—постоянной жесткости; 2—переменной

жесткости; 3

—

прогрессивная; q

—

нагрузка;

—

прогиб

334

В подвеске с линейной характеристикой 1 статический прогиб

пропорционален нагрузке. Такую характеристику имеют металли-

ческие упругие элементы (рессоры). Пневматические элементы

имеют прогрессивную характеристику 3 (квадратичная зависи-

мость). Их жесткость и частота возрастают с увеличением нагруз-

ки. При регрессивной характеристике прогиб зависит от нагрузки

в степени

—

это

нижняя часть кривой 2. Преимущество регрес-

сивной характеристики

—

большое сопротивление крену (при

медленном перемещении кузова), прогрессивной характеристи-

ки

—

хорошее поглощение мелких неровностей и лучшее предотв-

ращение отрыва колеса от дороги при больших скоростях хода

рессор. Желательно иметь подвеску с прогрессивно-регрессивной

характеристикой. Тогда при прямом ходе (ход сжатия) подвеска

работает по прогрессивной характеристике, а при обратном (ход

отбоя)

—•

по регрессивной.

21.2. УПРУГИЕ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПОДВЕСОК

Упругие элементы подвесок. Наиболее распространены листо-

вые

рессоры.

Они просты в изготовлении и ремонте. В них нет ры-

чажных направляющих приспособлений в отличие от пружинных

и торсионных рессор. Листовые рессоры бывают трех типов (рис.

21.2, /): полуэллиптические (а), кантилеверные (б) и четвертные

(в). Форма набора листов соответствует эпюре изгибающих мо-

ментов, т. е. рессора представляет собой балку равного сопротив-

ления. Крепление рессор первых двух типов асимметричное, что

обеспечивает сопротивление крену и «клевкам» при торможении.

Коэффициент асимметрии

= (/2

—

/1)//= 0,1...0,3. Коэффициент

деформации полуэллиптической рессоры 5= 1,45...1,25.

Листовая рессора состоит из коренного листа, который соеди-

нен с рамой, и притянутых к нему хомутами остальных листов.

Перед сборкой листы имеют разную кривизну. Продольное сме-

щение листов ограничивают выступы, которые входят в углубле-

ния смежного листа, или центральный стяжной болт. Для сниже-

ния трения на листы наносят слой графитовой смазки или разме-

щают между ними неметаллические прокладки. Сечение рессор

бывает прямоугольным, Т-образным или трапецеидальным. Пос-

ледние обладают лучшими свойствами.

Рессору крепят к мосту стремянками с накладками, один конец

коренного листа крепят к кузову шарнирно, а другой

—

через

серьгу. Применяют также крепление рессор на резиновых подуш-

ках. Такое крепление не требует смазки и снижает скручивание

рессоры при перекосе рамы.

Спиральные

рессоры

(пружины) применяют на легковых автомо-

билях при независимой подвеске колес. Цилиндрические пружины

имеют линейную характеристику, а конические

—

прогрессивную.

335

' //W

"Yi

Рис. 21.2. Схемы

упругих элементов подвесок:

/— листовые рессоры: а

—

полуэллиптическая; б

—

кантилеверная; в

—

четвертная; II—

пневмоэлементы: а

—

двухсекционный; б, в

—

диафрагменные; г

—

рукавный

Торсионы представляют собой вал или пучок валов, скручиваю-

щийся во время воздействия дороги на подвеску. Их применяют

при независимой подвеске колес многоосных автомобилей, в при-

цепах и малолитражных автомобилях. Энергия упругой деформа-

ции торсионов в 2...3 раза больше, чем у листовых рессор.

Упругие пневматические элементы наиболее часто применяют

на автомобилях с меняющейся подрессоренной массой (автобусах,

контейнеровозах, трейлерах и т. п.). Характеристика пневматичес-

кой подвески нелинейная, параметры которой можно менять за

счет изменения давления воздуха. Высокая плавность хода может

быть получена при относительно малых перемещениях масс кузо-

ва и неподрессоренной части. Меняя давление воздуха, можно ре-

гулировать положение кузова относительно дороги, а при незави-

симой подвеске

—

дорожный просвет.

Баллонные и диафрагменные упругие элементы (рис. 21.2, II) из-

готовляют из двухслойных резинокордных оболочек. Для корда

используют капрон или нейлон, для наружного слоя баллона

—

маслобензостойкую резину, для внутреннего слоя

—

каучук. Для

баллонов (рис. 21.2, II, а) характерна высокая герметичность. Од-

336

нако для работы с ними на низкочастотных колебаниях применя-

ют дополнительные резервуары. Применяя диафрагменные и ру-

кавные элементы (рис. 21.2, II, б, в, г), можно получить низкую

собственную частоту подвески. Для работы этих элементов требу-

ется меньший объем воздуха. Однако вследствие трения их обо-

лочки о поршень они быстрее изнашиваются.

Гидропневматические элементы телескопического типа переда-

ют давление газовой подушке через жидкость. Эти устройства

компактнее пневматических, так как работают при давлении до

20 МПа.

Направляющие устройства определяются схемой подвески. При

зависимой подвеске (рис. 21.3, а) оба колеса жестко соединены с

балкой моста. При изменении положения одного из колес по вы-

соте меняется угол

В этом случае при вращении колеса возника-

ет гироскопический эффект, стремящийся вернуть ось в предыду-

щее положение, что приводит к износу шин и осей.

При независимой подвеске (рис. 21.3, б...д) каждое колесо под-

рессорено отдельно. При однорычажной подвеске (рис. 21.3, б) в си-

стеме также действует гироскопический эффект. При двухрычаж-

ной подвеске параллелограммной (рис. 21.3, в) и трапециевидной с

рычагами разной длины (рис. 21.3, г) углового перемещения коле-

са нет, но возникает боковое смещение А/, которое приводит к бо-

ковому износу колес.

337

Рис.

21.4. Схемы балансирных подвесок:

—

четырехрессорная с балансиром; б— двух-

рессорная с жесткой балансирной балкой; в

—

с балансирными рессорами и реактивными

штангами

На легковых автомобилях

широко применяют рычажно-

телескопическую подвеску «кача-

ющаяся свеча» (рис. 21.3, д). Она

обеспечивает незначительное из-

менение колеи и развала колес,

имеет малую массу, большое

расстояние между опорами пра-

вого и левого колес, большой ход

по высоте.

Балансирные подвески (рис.

21.4) применяют на многоосных

автомобилях. Подвески с корот-

ким балансиром (рис. 21.4, а) ис-

пользуют на полуприцепах и ав-

томобилях с колесной формулой

6x2. В подвеске, изображенной

на рисунке 21.4, б, под листовой рессорой установлен большой ба-

лансир, а над ним

—

реактивные тяги (в автомобилях МАЗ). В схе-

ме на рисунке 21.4, в сама рессора является балансиром, а сверху и

снизу установлены реактивные штанги, ограничивающие про-

дольные перемещения мостов (в автомобилях ЗИЛ, КАЗ, КрАЗ,

УралАЗ).

Стабилизаторы. При повороте автомобиля под действием цент-

робежной силы кузов накреняется, положение центра масс изме-

няется, что может привести к опрокидыванию. Для компенсации

этого явления подвеска должна иметь угловую жесткость в попе-

речном направлении, что достигается установкой стабилизаторов.

Часто стабилизатор представляет собой торсион, который при на-

клоне кузова закручивается. На легковых автомобилях стабилиза-

тор устанавливают на переднем мосту и редко

—

на заднем. Иног-

да функцию стабилизатора на задней подвеске выполняет U-об-

разная задняя балка (в автомобилях ВАЗ).

21.3. АМОРТИЗАТОРЫ

Амортизаторы гасят колебания подрессоренной и неподрессо-

ренной масс автомобиля за счет дросселирования жидкости через

калиброванные отверстия в специальных шайбах. Образующаяся

338

теплота трения жидкости рассеивается через корпус амортизатора.

В независимых подвесках амортизатор часто используют как на-

правляющий элемент.

Требования к амортизаторам: обеспечение плавности хода ав-

томобиля, его устойчивости и управляемости; уменьшение крена

кузова при резком торможении и разгоне; предотвращение отрыва

колес от дороги при толчках. Различают амортизаторы односто-

роннего действия, которые гасят колебания при ходе отбоя рессо-

ры, и двустороннего действия, которые гасят колебания и при сжа-

тии, и при ходе отбоя рессоры. Сопротивление протеканию жид-

кости при ходе сжатия в 2...5 раз меньше, чем при ходе отбоя, т. е.

основную энергию колебания при ходе сжатия воспринимает рес-

сора, а при ходе отбоя

—

амортизатор.

По конструкции амортизаторы бывают рычажные и телескопи-

ческие, а по применяемому в них материалу сжатия

—

жидко-

стные, газонаполненные и комбинированные. В основном применя-

ют телескопические амортизаторы, так как у них небольшие дав-

ление (2,5...5 МПа по сравнению рычажными, у которых

10...20 МПа) и масса, значительный ресурс, а допустимый устано-

вочный угол наклона менее 45

Телескопический двухтрубный амортизатор состоит из рабочего

цилиндра 1 (рис. 21.5) и резервуара. Полость В между ними запол-

няется амортизаторной жидкостью, вытесняемой из полости рабо-

чего цилиндра. В верхней части амортизатора установлено уплот-

нение штока (сальник) из маслобензостойкой резины, поджатой

конической пружиной. Сальник имеет ряд кольцевых гребешков,

которые служат гидравлическим уплотнением.

При сжатии рессоры поршень 4 (рис. 21.5, а) движется вниз,

выжимая жидкость из полости А в полость Б через перепускной

клапан 3. При малой скорости поршня жидкость проходит через

отверстия перепускного клапана, а при большой

—

добавочно от-

крывается разгрузочный клапан 8. Проходя через отверстия кла-

панов, жидкость дросселируется, создавая сопротивление движе-

нию поршня. Объем жидкости, соответствующий объему штока,

вытесняется в корпус резервуара.

При ходе отбоя рессоры поршень перемещается вверх (рис.

21.5, б), жидкость закрывает клапан 3, открывает клапан отбоя 5,

создавая значительное сопротивление перетеканию жидкости из

полости Б в полость А. Освободившийся объем полости А, соот-

ветствующий объему штока, заполняется жидкостью из резервуара

через всасывающий клапан 7.

Характеристика амортизатора нелинейная (рис. 21.5, в). Основ-

ное количество энергии поглощается при ходе отбоя

—

гасятся ко-

лебания рессоры. У легковых автомобилей различие сопротивле-

ний сжатия и отбоя меньше, чем у грузовых.

Телескопический газонаполненный амортизатор имеет компенса-

ционную полость 6, составляющую примерно 1/3 общего объема.

339