Упругая характеристика подвески

Упругая характеристика подвески представляет собой графическую зависимость вертикальной нагрузки R_Z на колесо от деформации подвески f, измеренной непосредственно над осью колеса.

Подвеска характеризуется статическим прогибом (f_СТ), динамическим прогибом (f_Д) и коэффициентами динамичности (К_ДР и К_Дf). Коэффициент динамичности нагрузки: , коэффициент динамичности прогиба: .

Упругая характеристика подвески должна проходить через точку а, соответствующую полной статической нагрузке и статическому прогибу. С другой стороны, для устранения опасности соприкосновения металлических деталей при максимальной деформации упругого элемента, эта характеристика должна проходить через точку b, определяемую коэффициентами динамичности нагрузки и прогиба, причем предварительно принимают 1,75...2,5, а 1,0, в зависимости от вида автомобиля. Выполнить это условие можно только при нелинейной характеристике. При линейной характеристике, проходящей через точку b, коэффициент динамичности нагрузки будет иметь заданное значение, но у автомобиля будет неудовлетворительная плавность хода. При линейной характеристике, проходящей через точку а, плавность хода автомобиля будет заданной, а коэффициент динамичности нагрузки недостаточен, что вызовет удары (пробои) подвески при наезде на неровности дороги, вызванные малой динамической ёмкостью подвески. Динамическую ёмкость можно увеличить за счет увеличения динамического прогиба подвески, но это приведет к значительному увеличению общего хода подвески.

Если характеристика подвески линейна, то ёмкость подвески: , где с_П – жесткость подвески, f_max – максимальная деформация подвески. В общем случае ёмкость подвески , где Ф(f) – аналитическое выражение характеристики подвески.

В любом случае ёмкость подвески ограничена ее жесткостью и максимальным ходом. При увеличении хода подвески снижается устойчивость автомобиля, повышаются требования к направляющему устройству подвески, усложняется условие работы рулевого управления (привода), увеличиваются пределы изменения дорожного просвета при независимой подвеске.

При предварительных расчета значения динамического прогиба по отношению к статическому определяется:

- для легковых автомобилей: ;

- для автобусов: ;

– для грузовых автомобилей: .

При построении упругой характеристики необходимо учитывать работу буфера сжатия и буфера отбоя. Первый дополнительно увеличивает жесткость подвески при максимальных деформациях подвески, второй – снижает ход отбоя подвески за счет, также, повышения жесткости.

При определении упругой характеристики проектируемой подвески необходимо учитывать, что расчетная масса подрессоренной части автомобиля, определяющая по условию требуемой плавности хода величину статического прогиба подвески, изменяется на передних подвесках легковых автомобилей на 10...30%, а на задних – на 45...60%. У автобусов эти изменения подрессоренной массы для задней подвески составляют 200...250%, а у грузовых автомобилей – 240...400%. Такие изменения подрессоренной массы при статическом прогибе подвески требуют учёта при выборе её упругой характеристики. Если требуемые условия плавности хода обеспечить при полной статической нагрузке автомобиля, то при движении порожнего автомобиля подвеска будет очень жёсткой. А если требуемые условия плавности хода обеспечить и при статической нагрузке порожнего автомобиля, то требуемую энергоемкость подвески можно будет обеспечить только за счет применения дополнительного корректирующего коэффициент динамичности нагрузки упругого элемента.

Идеальный график упругой характеристики подвески с постоянными условиями плавности хода () описывается кривой: . Это условие обеспечивает постоянную частоту собственных колебаний подрессоренной массы автомобиля независимо от нагрузки. Таким образом, упругая характеристика такой подвески должна изменяться по закону показательной функции.

Такую форму упругой характеристики при линейной зависимости нагрузки и деформации основного упругого элемента подвески можно получить за счет применения нескольких последовательных упругих элементов. Дополнительные упругие элементы могут применяться для увеличения ёмкости подвески, или для получения заданного её статического прогиба при значительной разнице в статических нагрузках. Для задних подвесок грузовых автомобилей для таких целей применяют дополнительную рессору (подрессорник). В некоторых случаях, достаточно применения специальных конструкций опор основной рессоры, уменьшающих при деформации ее длину. Кроме этого возможно применение рессор с большими радиусами кривизны дополнительных нижних листов основной рессоры, которые играют роль подрессорника. Обычно включение в работу подрессорника происходит при .

Для увеличения динамической ёмкости подвески обычно применяют дополнительные резиновые упругие элементы.

Кроме этого требуемый характер упругой характеристики можно получить за счет подбора параметров упругих элементов с нелинейной упругой характеристикой. К таким упругим элементам, в первую очередь, относится пневматический упругий элемент.

Необходимость установки корректирующего дополнительного упругого элемента определяется условием: .

При установке дополнительного упругого элемента, увеличивающего энергоемкость подвески, он работает сравнительно редко, поэтому его коэффициент приведенной жесткости значительно превышает приведенный коэффициент жесткости основного упругого элемента в статическом положении.

Значение приведенного коэффициента жесткости такого дополнительного упругого элемента можно определить по выражению:

,

где – прогиб дополнительного упругого элемента при ходе сжатия (ограничителя хода сжатия) подвески: – для легковых автомобилей и – для грузовых;

– эквивалентный статический прогиб, соответствующий собственной частоте колебаний (этот параметр имеет тот же смысл при нелинейной характеристике, что при линейной, т.е. он характеризует плавность хода и не должен зависеть от изменения полезной нагрузки).

Приведенный коэффициент жесткости ограничителя хода отбоя подвески определяется следующим образом:

,

где – сила, с которой начинает деформироваться ограничитель отбоя;

– прогиб ограничителя отбоя: .

Статический прогиб подвески следует принимать:

- для легковых автомобилей: ;

- для грузовых

При установке дополнительного упругого элемента, корректирующего плавность хода при постоянстве статического прогиба подвески (при большой разнице статических нагрузок на подвеску) он начинает работать в интервале нагрузок от до . Поэтому его приведенный коэффициент жесткости не должен быть значительным, чтобы статический прогиб подвески после начала работы дополнительного упругого элемента не превышал . Причём, чем раньше начинает работать дополнительный упругий элемент, тем меньше должен быть его приведенный коэффициент жесткости, заметнее становится уменьшение динамического хода подвески и уменьшается значении силового коэффициента динамичности . Из этого следует, что при начале работы дополнительного упругого элемента в указанном интервале нагрузок вблизи редко удается хорошую плавность хода автомобиля и высокий коэффициент при заданном .

Из условия сохранения плавности хода выражение для определения приведенного коэффициента жесткости дополнительного корректирующего упругого элемента:

,

где – нагрузка, при которой начинает деформироваться дополнительный корректирующий упругий элемент.

Обычно такой упругий элемент начинает работать при:

.

На таких подвесках кроме корректирующего дополнительного упругого элемента следует установить и ограничители хода сжатия и отбоя, коэффициенты приведенной жесткости которых определяются по приведенным выше формулам.

Если принятое по предыдущему условию значение приведенного коэффициента жесткости дополнительного корректирующего упругого элемента не обеспечивает требуемое значение коэффициента динамичности , то для его определения можно воспользоваться соотношение:

.

Необходимо обратить внимание на ряд обстоятельств:

1. Рассматриваемые в этом разделе нагрузочные характеристики подвесок приведены к колее (пятну контакта колеса), поэтому для определения нагрузочной характеристики упругого элемента подвески следует учитывать передаточное отношение направляющего устройства подвески.

2. Представленные на иллюстрациях нагрузочные характеристики в действительности являются более гладкими функциями на участках начала работы дополнительных упругих элементов.

3. Конструктивно возможно получить близкую к оптимальной нагрузочную характеристику подвески в случае небольших изменениях полезной нагрузки при использовании основной пневматической рессоры. В противном случае необходимо предусматривать регулирование и управление её параметрами.

4. Параметры основного и дополнительного упругих элементов следует определять раздельно, используя их нагрузочные характеристики.

Еще на один аспект следует обратить внимание: для автомобиля с переменной полезной нагрузкой и оптимальной нагрузочной характеристикой подвески для обеспечения плавности хода необходимо менять параметры демпфирующего устройства. Поскольку зависит только от статической нагрузки и исходная нагрузочная характеристика демпфирующего устройства кусочно-линейная, то для реализации этого достаточно изменить коэффициенты сопротивления при ходах сжатия и отбоя пропорционально действующей статической нагрузке:

,

где и приведенные коэффициенты сопротивления на ходах сжатия и отбоя при повышенной и минимальной статической нагрузке, причем .

Дата добавления: 2015-07-26