книги из ГПНТБ / Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник

Стабилизация управляемых колес является очень сложным процессом. Особенно трудно исследование стабилизации колес при прямолинейном движении, так ■как невозможно аналитически определить значения п частоты приложения сил, которые воспри­ нимают колеса при их взаимодействии с неровностями дороги. Поэтому ниже рассмотрена лишь стабилизация колес при выходе автомобиля из поворота. Измерителем стабилизации в этом слу­ чае служит угловая скорость рулевого колеса при возвращении его в нейтральное положение. Во время испытаний при равно­ мерном движении автомобиля по окружности водитель отпускает рулевое колесо, вследствие чего управляемые колеса вместе с ним

возвращаются в нейтральное положение. Изменение угла 0Р поворота рулевого колеса по времени фиксируют с по­ мощью самописца. Чем боль­ ше угловая скорость управ­ ляемых колес при возвраще­ нии их в нейтральное по­ ложение, тем лучше их стабилизация.

Скорость возвращения управляемых колес зависит от стабилизирующего момен­ та, создаваемого реакциями дороги и вызванного про­ дольным и поперечным на­ клонами шкворней, а также поперечной эластичностью шин.

Определим реакции дороги, действующие на управляемые колеса. При повороте автомобиля, движущегося по горизонтальной дороге, па его переднюю часть действуют центробежные силы Р Ку1 подрессоренных и РНу1 неподрессоренных масс (рис. 97).

Составим уравнение моментов всех спл относительно точки О:

(Zm — Zla) 0,5В = РНу1г Рну! (^крх-Ьhi) -(- бвд$кр1- (261)

Пренебрегая малой величиной момента РПих>' и учитывая фор­

Если кузов автомобиля не деформируется, то углы крена пе­ редней и задней его частей равны между собой. Тогда для задней

где су2 — угловая жесткость задней подвески в Н-мУрад.

220

Приращения нормальных реакций, действующих на каждое переднее и заднее колеса (в Н):

Нормальные реакции при повороте автомобиля пропорциональ­ ны поперечной силе Р Ку, которая, в свою очередь, пропорцио­ нальна углу 0. Поэтому нормальные реакции при малых значе­ ниях 0, т. е. при движении по кривым с относительно большими радиусами кривизны, можно считать линейными функциями угла 0. .

Касательная реакция X для ведомого колеса при равномерном движении автомобиля представляет собой силу сопротивления качению и равна произведению fZ1.

Сумма поперечных реакций дороги на оба передних колеса равна силе Ру1. Если пренебречь влиянием вертикальной нагрузки, то можно считать, что жесткости в поперечном направлении у шин обоих передних колес одинаковы. Поперечные деформации пх также равны между собой, так как колеса жестко связаны передней осью. Следовательно, поперечные силы, воспринимаемые каждым из передних колес, а также реакции дороги на них при­ мерно равны между собой, и можно считать, что поперечная сила

где У1Н и У1В — поперечные реакции дороги, действующие соот­ ветственно на внешнее и внутреннее передние колеса.

Сила Ру1 прямо пропорциональна углу 0, .а следовательно, и силы Yln и У1В также прямо пропорциональны его величине.

Z1B = G1 — Zu, = 8500 - 5630 = 2870 Н.

221

Касательные реакции на передние колеса

-Гщ=/21П= 0,0255630= 141 Н; Х1В= 0,025 ■2870 72 Н.

Поперечные реакции на передние колеса

У1В«У 1В= 0,5 ^ = 0,5-5000-^** 1200 Н.

Зная величины реакций/можно определить и стабилизирую­ щий момент. На рис. 98 пока­ зано переднее внутреннее колесо автомобиля, повернутое на угол 0 от нейтрального положения (от оси Оу). Шкворень наклонен в про­ дольном направлении под углом уш, а в поперечном — под углом (Зш и образует с вертикальной линией угол рш, причем

Проекция оси шкворня на пло­ скость дороги образует с осью Оу угол Яш. Так как углы рш и уш невелики, то

Для определения момента силы относительно какой-либо оси нуж­ но найти момент этой силы отно­ сительно любой точки оси, и вектор полученного момента спроек­ тировать на направление оси. Однако вследствие малых значе-

*ний углов рш и уш можно огра-

ничиться определением момента относительно точки А пересечения оси шкворня с плоскостью дороги.

Согласно рис. 98 при угле развала ар = 0 моменты реакций X и Y относительно точки А (в Н-м):

где 1п-— длина оси поворотной цапфы в м.

Для определения момента реакции Z разложим ее на силу Z', параллельную шкворню и поэтому не создающую момента отно-

222

сптельно его оси, и силу 2ц.ш, лежащую в плоскости дороги и параллельную линии АО. Тогда

и косинусы этих углов, с учетом выражений (269) получим для внутреннего колеса:

При повороте одного колеса в положительном направлении (внутрь) другое колесо поворачивается в отрицательном направ­ лении (наружу). Так как sin (—0) = — sin 0, то для определе-

Рис. 99. Силы п моменты, действующие на управляемые колеса

ния моментов, действующих на внешнее колесо, следует в послед­ них формулах изменить знаки у членов, содержащих sin 0. Таким образом, на оба управляемых колеса действуют шесть моментов реакции дороги (в Н-м). На внутреннее колесо действует сум­ марный момент

а на внешнее колесо суммарный момент

Ми = М ,н Мул -}- Мгя.

На рис. 99 показаны силы и моменты, действующие на управ­ ляемые колеса автомобиля. Точки пересечения осей шкворней с поверхностью дороги обозначены буквами Вв и Вн. Моменты касательных реакций дороги Хв и Хн относительно этих точек направлены в разные стороны и частично взаимно уравновеши­ ваются так же, как и моменты составляющих ZDp.m и Z„um верти­ кальных реакций. Поэтому влияние моментов этих сил иа стаби­ лизацию незначительно. Моменты поперечных реакций дороги Ув

223

я Y n направлены в одну сторону и, складываясь, оказывают боль­ шое влияпие па стабилизацию управляемых колес.

При качении колеса с уводом па его шину действуют также моменты М'х и Му, равные ХЬШи Ycm (см. рис. 89). Сумму моментов

М'х -)- Му = Мт называют стабилизирующим моментом шины.

На рис. 100, а приведены экспериментальные зависимости момента Мш от угла увода колеса для некоторых моделей оте­ чественных шип.. С возрастанием угла увода стабилизирующий момент шины вначале увеличивается, а затем, достигнув наи­ большего значения, уменьшается. Такое протекание ' кривых

Рис. 100. Стабилизирующий момент:

а — при установке шпн различных размеров; б — рассчитываемого автомобиля; 1 — 7, 50—16; S — 6,00—15; з — 7,00—15; 4 — 5,00—10

объясняется тем, что возрастание угла увода связано, с одной стороны, с увеличением поперечной силы 7 и ее момента Усш, а с другой стороны — с увеличением силы сопротивления качению и поперечного смещения шипы. Моменты ХЬШи Ycm направлены в разные стороны, что уменьшает момент Мт при больших углах увода.

к рычагу рулевой трапеции. На рулевой рычаг действует также момент Мру сил сопротивления в рулевом управлении, который противодействует движению деталей. При входе автомобиля в по­ ворот водитель должен создать на рулевом колесе момент такой величины, чтобы преодолеть суммарный момент Мст-(-МрУ.

224

Поэтому для облегчения управления автомобилем момент Л'/Ст не должен быть особенно большим.

При выходе автомобиля из поворота водитель отпускает руле­ вое колесо, и передние колеса под действием разности моментов Мст—МРу возвращаются в нейтральное положение. Следовательно, трение в рулевом управлении ухудшает стабилизацию.

Во время прямолинейного движения стабилизирующие моменты на правом и левом управляемых колесах взаимно уравновеши­ ваются и стабилизирующий момент на рычаге рулевой трапеции равен нулю. Стабилизацию колес в этом случае в основном обеспечивает момент М Р7, препятствующий их отклонению от нейтрального положения.

На рис. 100, б иоказаио изменение момента М сти его составляю­ щих в зависимости от угла поворота внутреннего управляемого колеса рассчитываемого легкового автомобиля (|3Ш== 6°; уш = 3,5°). При таком соотношении углов наклона шкворня наибольшее значение имеют момент М ти М у. Момент М г сравнительно неве­ лик, а момент М х настолько мал, что оказывает влияние на ста­ билизацию колес только во время движения по дороге с большим значепием коэффициента / или при торможении автомобиля, т. е. в тех случаях, когда касательные реакции имеют большие зна­ чения.

Таким образом, на стабилизацию управляемых колес в основ­ ном влияют поперечная эластичность шины и продольный наклон шкворня, изменение которых вызывает изменение моментов Мш и М у. От поперечного же наклона шкворня стабилизирующий момент практически зависит лишь при больших значениях угла 0, т. е. во время движения по кривым с малыми радиусами.

Управляемость автомобиля зависит от технического состояния его ходовой части и рулевого управления. Снижение давления воздуха в шине одного из управляемых колес увеличивает ее сопротивление! качению и уменьшает поперечную жесткость, что вызывает отклонение автомобиля в сторону шины с пониженным давлением. В результате износа шкворневых соединений и дета­ лей рулевой трапеции увеличиваются зазоры, нарушающие уста­ новленные кинематические связи и способствующие возникно­ вению произвольных колебаний колес. При больших зазорах виляние и подпрыгивание управляемых колес могут увеличиться настолько, что нарушится сцепление колес с дорогой. Причиной колебаний колес может быть их дисбаланс, который часто возни­ кает при установке шин, отремонтированных методом наложения манжет. Как правило, отремонтированное место имеет большую массу по сравнению с близлежащими участками шины и при ка­ чении колеса вызывает его виляние.

Увеличение зазоров в подшипниках колес и в шкворневых соединениях ухудшает стабилизацию управляемых колес как при прямолинейном движении, так и при выходе автомобиля из поворота. При увеличении зазоров между шкворнямп п втулками

Г л а в а X V

ПРОХОДИМОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

§ I. ПОНЯТИЕ О ПРОХОДИМОСТИ АВТОМОБИЛЯ

Автомобили работают не только па ровных дорогах с твердым покрытием, но и на грунтовых дорогах, а также в условиях бездорожья, поэтому они должны иметь достаточную проходи­ мость .

Проходимость автомобилей должна Соответствовать тем усло­ виям работы, для которых они в основном предназначены. Так, например, междугородные автобусы и легковые автомобили выс­ шего класса предназначены для работы на ровных дорогах с твер­ дым покрытием, и требования к ним с точки зрения проходпмостп минимальные. Грузовые автомобили и большинство легковых автомобилей, а также автобусы малой вместимости работают не только в городах и сельской местности на дорогах с твердым и мягким покрытиями, которые могут быть в хорошем и плохом состоянии, но и в условиях бездорожья. В особо тяжелых дорож­ ных условиях работают грузовые автомобили, используемые для вывозки урйжая сельскохозяйственных культур, а также на строи­ тельстве и в лесном хозяйстве. Поэтому проходимость таких авто­ мобилей должна быть значительно вьппе и должна являться одним из основных их эксплуатационных свойств. При движении по плохим дорогам и бездорожью автомобилю приходится преодоле­ вать различные препятствия и дополнительные сопротивления: крутые подъемы и спуски, мягкие и сыпучие грунты, сосредото­ ченные препятствия (камни, пни, ямы, канавы), водные преграды, скользкие дороги и др.

Единого критерия, позволяющего достаточно полно оценить проходимость автомобиля, до сих пор еще не существует. Уста­ новлено, что проходимость зависит от многих факторов, основ­ ными из которых являются опорно-тяговые свойства и геометри­ ческие параметры автомобиля, а также конструкция отдельных агрегатов трансмиссии (дифференциала, коробки передач и др.). Кроме того, на проходимость оказывают определенное влияние и такие эксплуатационные свойства автомобиля, как устойчи­ вость и маневренность.

Следует также отметить, что на проходимость существенно влияет качество вождения автомобиля. Очевидно, что более ква­ лифицированный водитель при всех прочих равных условиях

обеспечит лучшую проходимость автомобиля, чем менее квали­ фицированный.

В зависимости от проходимости автомобили условно делят на три группы. В основу классификации положено соотношение между общим числом колес автомобиля и числом его ведущих колес, которое выражают так называемой «колесной формулой». Эта формула состоит из двух цифр: первая цифра представляет собой общее число колес автомобиля, а вторая — число ведущих колес. Так, например, колесная формула автомобиля ЗИЛ-130

§ 2. ИСПЫТАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ НА ПРОХОДИМОСТЬ

Автомобили, предназначенные для испытаний на проходимость, должны быть технически исправными. Испытания автомобилей проводят с полной нагрузкой, установленной для данных дорож­ ных условий, причем нагрузка должна быть распределена таким образом, чтобы «осевые веса», т. е. вертикальные нагрузки, вос­ принимаемые осями, были номинальными. Перед началом испыта­ ний агрегаты автомобиля должны быть прогреты до нормальпой температуры. Агрегаты прогревают при движении автомобиля по дороге. Во время испытания давление воздуха в шинах поддер­ живают в соответствии с нормами. Автомобили, оборудованные централизованной системой регулирования давления воздуха в шинах, испытывают при различных значениях этого давления.

Испытания следует проводить на ровных участках, длиной не менее 50 м. Влажность, прочность, плотность и толщипа разрых­ ленного слоя грунта должны быть одинаковыми по всему участку. Перед началом испытаний для каждого участка определяют ха­ рактеристику грунта. В проведении испытаний автомобиля на проходимость обязательно должен участвовать специалист-до­ рожник .

Автомобили ограниченной проходимости (общего назначе­ ния) испытывают на боронованной пашне при глубине вспашки 15—20 см, на влажном песке, снежной целине при глубине снежного покрова 20—25 см и на плотной грунтовой дороге.

Автомобили повышенной проходимости испытывают на боро­ нованной пашне с глубиной вспашки 20—25 см и влажностью 50—60%, на сухом сыпучем песке с глубиной разрыхленного слоя 30—40 см, на заболоченных участках с несущей способностью (удельным сопротивлением грунта вертикальной нагрузке) 0,09— 0,11 МН/м2, на снежной целине с зернистым сыпучим снегом при

228

глубине снежного покрова 30—40 см и на размокшей грунтовой дороге со слоем грязи 10—15 см. ■

Автомобили высокой проходимости испытывают в еще более тяжелых условиях: иа сильно размокшей пашне при глубине вспашки 25—30 см и влажности 70%, на сухом песке с глубиной разрыхленного сыпучего слоя 40—50 см, иа заболоченных участ­ ках с несущей способностью 0,05—0,07 МИ/м2, а также на снежной целине с зернистым сыпучим снегом нрн глубине снежного покрова 50—60 см и на сильно размокшей грунтовой дороге со слоем скольз­ кой грязи 25—30 см.

При испытаниях автомобиля определяют геометрические и опорно-тяговые пЬказатели проходимости.

Рис. 101. Геометрические показатели проходимости автомобиля

Чтобы установить опорно-тяговые показатели проходимости автомобиля, определяют коэффициенты сопротивления качению и сцепления, а также удельную силу тяги на крюке, т. е. отношение наибольшей силы тяги, развиваемой на крюке автомобиля до начала буксования колес пли остановки двигателя, к полному весу авто­ мобиля. Эти показатели определяют с помощью динамометров путем буксировки автомобиля или посредством тензометрических датчиков для регистрации крутящих моментов и реакций на коле­ сах испытываемого автомобиля.

Автомобили, оборудованные централизованной системой регу­ лирования давления воздуха в шинах, испытывают при давлении, соответствующем минимальным потерям иа сопротивление каче­ нию.

Чтобы установить показатели геометрической проходимости автомобиля, определяют дорожные просветы h (рис. 101), перед­ ний аи и задний |3П углы проходимости, радиусы продольной рпр и поперечной рпоп проходимости и др.

Обычно, для того чтобы дать оценку проходимости автомобиля, наблюдают за его движением по плохим дорогам. При этом подсчи­ тывают число застреваний автомобиля по разным причинам (из-за недостаточной силы тяги, буксования, задевания за препятствия низко расположенных частей и др.). Одновременно фиксируют ско­ рость автомобиля и расход топлива прп различных нагрузках.

229