Устройство легковых автомобилей

Одним из способов уменьшения крена кузова и улучшение показателей управляемости автомобиля является применение упругих дополнительных элементов, называемых стабилизаторами поперечной устойчивости. Применяются они в подвесках легковых автомобилей и автобусах. Стабилизатор поперечной устойчивости (рис. 117) представляет собой упругое специальное устройство торсионного типа, которое устанавливается поперек автомобиля. Он состоит из П-образного стержня круглого сечения, изготовленного из пружинной стали и плечей (стоек). Стержень подвижно (во втулках) крепится на раме или кузове, а плечами шарнирно соединяется с мостом или рычагами подвески. При боковых кренах и поперечных угловых колебаниях кузова концы (плечи) стержня стабилизатора перемещаются в разные стороны один опускается, другой поднимается. Вследствие этого средняя часть стержня закручивается и частично изгибается, уменьшая тем самым крен и поперечное раскачивание кузова автомобиля. Создавая сопротивление крену и поперечным колебаниям кузова, стабилизатор в то же время не препятствует его вертикальным и продольным угловым колебаниям. При вертикальных перемещениях кузова прогибы подвесок одинаковы, перемещения плеч стабилизатора также одинаковы и скручивания стержня не происходит: он только проворачивается в опорных втулках. В этом случае стабилизатор практически не влияет на характеристику подвески.

Гасители колебаний служат для гашения колебаний упругого элемента. При движении автомобиля в результате наезда колес на неровности дороги возникают колебания кузова и колес, которые гасятся с помощью устройства, называемого амортизатором. Его принцип действия сводится к превращению механической энергии колебаний путем трения жидкости в тепловую энергию с последующим ее рассеиванием. Применяемые на автомобилях амортизаторы делятся на телескопические (двухтрубные и однотрубные) и рычажные. Телескопические амортизаторы легче, чем рычажные, имеют развитую поверхность охлаждения, вследствие большого хода поршня при одинаковой энергоемкости работают при сравнительно невысоких давлениях рабочей жидкости (2,5—5 МПа), поэтому менее чувствительны к изнашиванию, утечкам, технологичны в производстве и хорошо компонуются на автомобиле. Двухтрубный телескопический амортизатор. Сопротивление колебаниям в нем создается в результате перекачивания жидкости через калиброванные отверстия в его клапанах. При увеличении скорости относительных перемещений моста и несущей конструкции автомобиля резко возрастает сопротивление амортизатора. Амортизаторы заполняют специальной жидкостью, вязкость которой мало зависит от температуры окружающей среды. Колебания несущей конструкции состоят из хода сжатия, когда несущая конструкция и мост сближаются, и хода отдачи, когда несущая конструкция и мост расходятся. Сопротивление амортизатора имеет двухстороннее действие. Ходы сжатия и отдачи неодинаковы. Так, сопротивление при ходе сжатия составляет 20—25 % сопротивления хода отдачи, так как необходимо, чтобы амортизатор гасил в основном свободные колебания подвески при ходе отдачи и не увеличивал жесткость упругого элемента при ходе сжатия. Рабочий цилиндр амортизатора (рис. 115 и 116) и часть окружающего его корпуса резервуара заполнены жидкостью. Внутри цилиндра помещен поршень со штоком, к концу которого приварена проушина крепления с балкой моста или рычагами колеса. Сверху рабочий цилиндр закрыт направляющей штока, а снизу днищем, являющимся одновременно корпусом клапана сжатия. В поршне по окружностям разного диаметра равномерно расположены два ряда отверстий. Отверстия на большом диаметре закрыты сверху перепускным клапаном отдачи. Отверстия на малом диаметре закрыты снизу дисками клапана отдачи, поджатого пружиной. В нижней части цилиндра запрессован корпус клапана сжатия, состоящий из перепускного клапана сжатия, дисков клапана и пружины. В корпусе клапана сжатия, аналогично клапану отдачи, имеются два ряда отвер- стий, расположенных по окружностям большого и малого диаметра. Отверстия на большом диаметре закрыты сверху перепускным клапаном, а отверстия на малом диаметре закрыты снизу дисками клапана сжатия. Во время плавного хода сжатия подвески шток и поршень, опускаясь вниз, вытесняют основную часть жидкости из подпоршневого пространства в надпоршневое через перепускной клапан отдачи, имеющий слабую пружину и незначительное сопротивление. При этом часть жидкости, равная объему штока, вводимого в рабочий цилиндр через отверстия клапана сжатия, перетекает в полость резервуара. При резком ходе сжатия и большой скорости движения поршня от большого давления жидкости клапан сжатия открывается на большую величину, преодолевая сопротивление пружины, вследствие чего уменьшается сопротивление протеканию жидкости. Во время хода отдачи поршень движется вверх и сжимает жидкость, находящуюся под поршнем. Перепускной клапан отдачи закрывается, и жидкость через внутренний ряд отверстий и клапан отдачи перетекает в пространство под поршнем. Необходимое сопротивление амортизатора создается жесткостью пружины дискового клапана отдачи. При этом часть жидкости, равная объему штока, выводимого из цилиндра, через отверстия наружного ряда и перепускной клапан сжатия из резервуара перетекает в рабочий цилиндр. При резком ходе отдачи жидкость открывает клапан отдачи на большую величину, преодолевая сопротивление своей пружины. Сопротивление амортизатора определяется размерами отверстий в корпусах клапанов отдачи и сжатия и усилиями их пружин. Однотрубный амортизатор. В отличие от двухтрубного однотрубный амортизатор не имеет отдельного цилиндрического корпуса, его функции выполняет рабочий цилиндр. Поскольку шток, перемещающий поршень, вдвигаясь в цилиндр при ходе сжатия и выдвигаясь из него при отбое, изменяет объем пространства, предназначенный для жидкости, для ком

Направляющее устройство определяет характер движения колес, передает продольные и поперечные усилия. На раму и кузов передается от ведущих колес тяговая сила. Для этого предусмотрено направляющее устройство подвески, которое также воспринимает и момент, стремящийся повернуть мост автомобиля в направлении, противоположном вращению колес. При торможении автомобиля через направляющее устройство на раму от колеса передается сила торможения и им же воспринимается момент, стремящийся повернуть мост в направлении вращения колес. Кроме того, через направляющее устройство передаются боковые усилия, возникающие при повороте автомобиля. По типу направляющего устройства подвески делят на две группы -зависимые и независимые. Отличительной особенностью зависимой подвески является наличие жесткой балки, связывающей левое и правое колеса, вследствие чего перемещение одного колеса в поперечной плоскости передается другому. В независимой подвеске колеса одной оси не имеют между собой непосредственно связи и подвешены одно независимо от другого. При применении независимой подвески перемещение одного колеса не вызывает перемещения другого. В качестве направляющего устройства могут использоваться рычаги (штанги). Рычаги направляющих устройств можно разделить на две группы:

• работающие на растяжение, сжатие и изгиб;
• испытывающие также значительные скручивающие нагрузки.

Рычаги первой группы входят в состав независимых подвесок на двух продольных или поперечных рычагах и типа «качающаяся свеча». Наиболее просты и технологичны стальные штампованные сварные конструкции открытого профиля. В случае, когда нагрузки на рычаг высоки, могут применяться и коробчатые сечения, а также кованые или литые вильчатые рычаги. Рычаги, работающие и на кручение, — одинарные продольные, косые или поперечные рычаги обычно независимых подвесок задних колес испытывают сложное нагружение, воспринимая не только силы в различных режимах качения колеса, но и реактивные моменты колеса в тормозном режиме работы двигателя автомобиля. Для уменьшения изменения плоскости вращения колес под действием нагрузок они должны быть достаточно жесткими как на изгиб, так и на кручение. Поэтому такие рычаги имеют замкнутые (кольцевые или коробчатые) сечения в наиболее нагруженных местах. Изготовляются они чаще всего из трубчатых или штампованных заготовок, соединяемых сваркой, либо выполняются литыми.

Упругие элементы подвесок смягчают толчки, снижают вертикальные ускорения и динамические нагрузки, передаваемые на несущую конструкцию при движении автомобиля. В результате работы упругого элемента исключается «копирование» кузовом профиля дорожных неровностей и улучшается плавность хода автомобиля. Хорошей плавностью хода считается такая, при которой кузов совершает колебания частотой 1—1,3 Гц. Применяют следующие типы упругих элементов подвески:

• металлические: листовые рессоры, спиральные пружины, торсионы (стержни, работающие на скручивание);
• неметаллические: пневматические, гидропневматические и резиновые (обеспечивают упругость подвески за счет упругих свойств резины, воздуха и жидкости).

Листовые рессоры. Рессорная подвеска является основной для грузовых автомобилей. Она содержит минимальное число структурных элементов — рессору с узлами крепления и амортизатор (не всегда). Рессора состоит из стальных листов, имеющих одинаковую ширину и различную длину выгнутой формы, собранных вместе. Кривизна листов не одинакова и зависит от их длины. Она увеличивается с уменьшением длины листов, что необходимо для плотного прилегания их друг к другу в собранной рессоре. Взаимное расположение листов в собранной рессоре обеспечивается стяжным центральным болтом или посредством специальных выдавок, сделанных в средней части листов. Кроме того, листы скреплены хомутами, которые исключают боковой сдвиг одного листа относительно другого и передают нагрузку от коренного (верхнего) листа на другие листы при обратном прогибе рессоры. Коренной лист имеет наибольшую длину. С помощью коренного листа концы рессоры крепятся к раме или кузову автомобиля. От способа крепления рессоры зависит форма концов коренного листа. Они могут быть плоскими, отогнутыми под углом 90°, загнутыми в форме ушков, со съемными коваными или литыми ушками. Рессора устанавливается вдоль автомобиля и по способу заделки и форме может быть полуэллиптическая, кантилеверная или четвертная. Полуэллиптическая рессора способна воспринимать и передавать на несущую конструкцию автомобиля не только нормальные, но и продольные и боковые реакции дороги, а также моменты от тормозного механизма или главной передачи (при ведущем мосте), следовательно, не требует специального направляющего устройства. Четвертная и кантилеверная рессоры плохо приспособлены для передачи толкающих усилий, т.е. требуют направляющих устройств.
В целях уменьшения напряжений растяжения применяют профили листов специальной несимметричной формы — трапециевидного или Т-образного сечения. Рессорные профили со специальной формой сечения не только повышают долговечность листов, но и обеспечивают экономию металла. Пружины. Спиральные (витые) пружины изготовляются из прутка круглого сечения и могут быть цилиндрическими, коническими или бочкообразными. Для изготовления пружин используются рессорно-пружинные стали (что и для листов рессор). Энергоемкость и долговечность пружины больше, чем у листовой рессоры, а масса меньше. Но возникает необходимость в направляющем устройстве подвески, поэтому значительного выигрыша в массе обычно не получается, хотя экономия пружинных сталей очевидна. В качестве основного упругого элемента спиральные пружины применяются главным образом для легковых автомобилей. Решающим фактором является удобство установки пружины соосно амортизатору или стойке подвески, либо между рычагом и кузовом. Торсионы применяются при независимой подвеске колес на многоосных автомобилях, прицепах и на некоторых легковых автомобилях. Торсион представляет собой стальной упругий стержень, работающий на скручивание. Он может быть сплошным круглого сечения, а также составным — из круглых стержней или прямоугольных пластин. На концах торсиона имеются головки (утолщения) с нарезанными шлицами или выполненные в форме многогранника. С помощью головок торсион одним концом крепится к раме или кузову автомобиля, а другим — к рычагам подвески. Упругость связи колеса с рамой обеспечивается скручиванием торсиона. Торсионы, как пружины, требуют направляющих и гасящих устройств. Упругие пневматические элементы целесообразно применять на автомобилях, масса подрессоренной части которых меняется значительно (грузовые автомобили), или требования к плавности хода которых высоки (автобусы). Путем изменения давления воздуха в пневматическом элементе можно регулировать жесткость подвески. При этом появляется возможность регулировать высоту пола (автобусы), грузовой платформы или прицепного устройства относительно дороги либо величину дорожного просвета (при независимой подвеске). Упругие пневматические элементы изготовляются обычно в виде резинокордных оболочек, содержащих прорезиненный каркас из двухслойного корда диагональной конструкции. Корд выполняется обычно из синтетических нитей (нейлон, капрон и т. п.). Наружный слой оболочки изготовляется из маслостойкой, а внутренний — из воздухонепроницаемой резины Толщина оболочки 3—5 мм. Пневмобаллоны тороидальной формы бывают одно- и двухсекционными. Односекционные встречаются редко. Наиболее распространенными являются двухсекционные (двойные) пневмобаллоны, которые состоят из оболочки с двумя бортами, усиленными стальными проволочными кольцами, которыми баллон присоединяется к опорным фланцам с помощью стальных фасонных колец. В средней части оболочка перетянута стальным бандажным кольцом. Максимальное давление внутри пневмобаллона не превышает 0,8 МПа, рабочее давление — 0,3—0,5 МПа, минимальное давление не ограничивается. Упругие гидропневматические элементы. В гидропневматических элементах, также как и в пневматических, рабочим телом является газ, но под более высоким давлением (до 20 МПа), которое обеспечивается жидкостью, поскольку герметизацию резервуара с жидкостью вследствие ее более высокой вязкости осуществлять проще. Основное достоинство упругих гидропневматических элементов определяется их характеристикой жесткости — при больших коэффициентах использования объемов пневмоэлемента и высоких давлениях газа характеристика жесткости может быть приближена к идеальной. Гидропневматический элемент включает в себя гидравлический цилиндр с поршнем и толкателем (штоком) и упругий пневматический элемент (пневмокамеру), который размещается в самом цилиндре или отдельно от него. Упругие резиновые элементы. Резина, особенно работающая на сдвиг, обладает большой энергоемкостью. Это ее свойство можно было бы использовать, применяя резину как рабочее тело упругих элементов. Однако из-за ряда существенных недостатков в настоящее время резина применяется для упругих вспомогательных элементов (буферов), шарниров и шумовиброизолирующих прокладок. Читать полностью »

Подвеска осуществляет упругую связь рамы или кузова автомобиля с мостами или непосредственно с колесами, смягчая толчки и удары, возникающие при наезде колес на неровности дороги. Подвеска автомобиля (рис. 110—114) включает в себя:

• упругие элементы;
• направляющие устройства;
• гасители колебаний;
• стабилизаторы поперечной устойчивости.

Требования, предъявляемые к подвескам:

• оптимальная характеристика жесткости — зависимость между нормальной (перпендикулярно опорной поверхности) нагрузкой на колесо и деформацией (прогибом) подвески, измеряемая как нормальное перемещение центра колеса относительно кузова;
• оптимальная кинематика; работа направляющего устройства подвески при вертикальных перемещениях, крене либо галопировании (продольные угловые колебания) кузова автомобиля вызывает не только вертикальные перемещения колес, но также боковые и угловые перемещения как относительно дороги, так и относительно кузова;
• оптимальные характеристики демпфирования — гашение колебаний колес и кузова автомобиля, возникших в результате воздействия главным образом дорожных неровностей; может происходить вследствие трения в некоторых типах упругих элементов и в шарнирах направляющего устройства подвески;
• минимальное число неподрессоренных частей; к ним относятся колеса и шины, тормозные механизмы колес, поворотные кулаки, стойки подвески, мосты и т.п.;
• хороший контакт колеса с дорогой; при переезде автомобилем на большой скорости выпуклых неровностей (трамплинов) на дорожной
• поверхности из-за недостаточного хода отбоя подвески, либо большой ее инерционности, возможен отрыв колеса от дороги;

Читать полностью »

Для создания наименьшего сопротивления движению, уменьшения изнашивания шин и снижения расхода топлива управляемые колеса должны катиться в вертикальных плоскостях, параллельных продольной оси автомобиля. С этой целью управляемые колеса устанавливают на автомобиле с развалом в вертикальной плоскости и со схождением в горизонтальной плоскости (рис. 109). Углом развала управляемых колес называется угол, заключенный между плоскостью колеса и вертикальной плоскостью, параллельной продольной оси автомобиля. Угол развала считается положительным, если колесо наклонено от автомобиля наружу, и отрицательным при наклоне колеса внутрь. Угол развала необходим для того, чтобы обеспечить перпендикулярное расположение колес относительно поверхности дороги при деформации деталей моста под действием веса передней части автомобиля. Этот угол уменьшает плечо поворота — расстояние между точкой пересечения продолжения оси шкворня и точкой касания колеса с плоскостью дороги. В результате уменьшается момент, необходимый для поворота управляемых колес, и, следовательно, облегчается поворот автомобиля. Угол развала обеспечивается конструкцией управляемого моста путем наклона поворотного кулака на 0—2° В процессе эксплуатации угол развала колес изменяется главным образом из-за износа втулок шкворней поворотных кулаков, подшипников ступицы колес и деформации балки переднего моста. При наличии угла развала колес колесо стремится катиться в сторону от автомобиля по дуге вокруг точки пересечения продолжения его оси с плоскостью дороги. Так как управляемые колеса связаны жесткой балкой моста, то качение колес по расходящимся дугам сопровождалось бы боковым скольжением. Для устранения этого явления колеса устанавливают со схождением, т.е. не параллельно, а под некоторым углом к продольной оси автомобиля. Угол схождения управляемых колес определяется разностью расстояний между колесами, которые замеряют сзади и спереди по краям ободьев на высоте оси колес. Угол расхождения колес у разных автомобилей от 0°20′ до 1°, а разность расстояний между колесами сзади и спереди 2—12 мм. В процессе эксплуатации углы схождения колес могут изменяться из-за износа втулок шкворней поворотных кулаков, шарнирных соединений рулевой трапеции и деформации ее рычагов. Регулировку угла схождения колес производят изменением длины поперечной рулевой тяги. Установка управляемых колес с одновременным развалом и схождением обеспечивает их прямолинейное качение по дороге без бокового скольжения. Каждому углу развала должен соответствовать определенный угол схождения колес, при котором сила сопротивления движению, расход топлива и износ шин будут минимальными. Обычно оптимальный угол схождения управляемых колес составляет 15—20 % от угла их развала.
Читать полностью »

Управляемый мост (рис. 107 и 108) может быть неразрезным и разрезным. Неразрезной мост состоит из балки и поворотных кулаков, шарнирно соединенных посредством шкворней, обеспечивающих возможность поворота управляемых колес для изменения направления движения автомобиля (на цапфах поворотных кулаков на подшипниках устанавливаются управляемые колеса). Балка моста должна быть прочной, жесткой и как можно более легкой. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют стальные кованые балки двутаврового сечения. По краям балки двутавровое сечение плавно переходит в прямоугольное с отверстиями для установки шкворней поворотного кулака. Средняя часть балки выгнута вниз, с тем чтобы дать мосту свободу вертикального перемещения. Для крепления элементов подвески на балке предусмотрено наличие соответствующих опорных площадок. Шкворень поворотного кулака представляет собой стальной цилиндрический палец, неподвижно установленный в балке. Для его фиксации от поворота и осевого смещения обычно используются клиновые болты. Вертикальные нагрузки воспринимаются опорными подшипниками скольжения (подшипник качения). Для регулировки зазора между верхним торцом бобышки балки и поворотным кулаком устанавливают регулировочные прокладки. Поворот кулака относительно шкворня обеспечивается подшипниками скольжения, образованными поверхностью шкворня и запрессованными в отверстии поворотного кулака бронзовыми втулками. Разрезной передний мост устанавливают на легковых автомобилях. Он состоит из стойки, которая шарнирно соединена посредством шкворня с поворотным кулаком в средней части и шарнирно соединяется посредством верхнего и нижнего рычагов с балкой переднего моста. Для обеспечения стабилизации управляемых колес оси шкворней наклонены в продольной и поперечной плоскостях.
Читать полностью »

Тягово-сцепное устройство выполняется на усиленной задней поперечине рамы и служит для буксирования прицепов. Тягово-сцепное устройство грузовых автомобилей двустороннего действия позволяет смягчать осевые толчки, возникающие во время движения автопоезда в обоих направлениях. Тягово-сцепное устройство (рис. 106) представляет собой стальной крюк, проходящий внутри упругого резинового элемента, зажатого между двух опорных шайб. Опорные шайбы вместе с упругим элементом размещаются в массивном цилиндрическом корпусе, с одной стороны закрытом колпаком, а с другой — крышкой, которая болтами крепится к поперечине рамы. Упругий резиновый элемент смягчает ударные нагрузки при трогании автомобиля с прицепом с места при движении по неровной дороге. На крюке имеется защелка, которая застопорена собачкой и шплинтом с цепочкой, предотвращающими самопроизвольный выход дышла прицепа из зацепления с крюком. На автомобилях, не имеющих тягово-сцепного устройства, устанавливают петли, предназначенные только для кратковременного буксирования автомобиля, но исключающие работу с прицепом.
Читать полностью »

В качестве несущей конструкции системы грузового автомобиля чаще всего применяется рама (рис. 105). Различают лонжеронные и хребтовые рамы. Лонжеронная рама состоит из двух продольных штампованных балок швеллерного сечения — лонжеронов, связанных между собой несколькими поперечинами. Такая рама получила название лонжеронной. Поперечины обычно штампованные, служат не только для соединения между собой лонжеронов и придания всей конструкции необходимой жесткости, но и для крепления различных агрегатов автомобиля. Для изготовления элементов рамы обычно применяется низкоуглеродистая сталь. Соединение лонжеронов и поперечин чаще всего выполняется с помощью заклепок. В необходимых местах к лонжеронам и поперечинам, также заклепками или болтами, крепятся различные кронштейны и другие детали для установки агрегатов автомобиля. Сварка при изготовлении рам применяется довольно редко, поскольку лонжеронные рамы грузовых автомобилей относительно податливы на изгиб, и в особенности на кручение, и сварные швы в этих условиях являются источником образования трещин. Способность рамы деформироваться при скручивающихся нагрузках позволяет избежать излишне высокие напряжения в местах соединений. Кабина грузового автомобиля закрепляется на раме в трех, четырех точках с помощью упругих устройств, и деформации рамы при движении автомобиля по неровной дороге не вызывают соответствующих деформаций кабины. В редких случаях на грузовых автомобилях применяется так называемая хребтовая рама, представляющая собой стальную трубу большого диаметра, проходящую вдоль автомобиля по его продольной оси. В передней части рама раздваивается, образуя два продольных лонжерона, служащих для установки двигателя с коробкой передач. Внутри трубы размещается карданная передача. Ведущие мосты автомобиля в этом случае имеют подрессоренные редукторы, от которых крутящий момент подводится к колесам качающимися полуосями.

Несущей конструкцией автомобиля принято называть остов, который соединяет между собой все его части. Это может быть либо отдельная конструкция, рама, на которую устанавливаются кузов и агрегаты автомобиля (двигатель, механизмы трансмиссии, ведущие и управляемые мосты, подвеска и т.п.), либо сам кузов. Раму автомобиля с установленными на ней агрегатами называют шасси. Под словом «кузов» в автостроении в большинстве случаев понимают пространство для размещения основного объекта перевозок. Несущая конструкция автомобиля воспринимает различные виды нагрузок: нагрузки, связанные с массой узлов и агрегатов, установленных на ней, а также массой пассажиров и груза, и динамические нагрузки, возникающие при движении автомобиля по неровной дороге и при изменении режимов работы двигателя. В исключительных случаях, например при дорожно-транспортных происшествиях, несущая конструкция воспринимает нагрузки аварийного характера. Основное назначение несущей конструкции состоит в объединении в единое целое всех частей автомобиля в процессе его функционирования. Требования к несущим конструкциям. Из основного назначения несущей конструкции — объединение в единое целое всех частей автомобиля — вытекают главные требования, предъявляемые к ней, — прочность и жесткость. Под прочностью понимают способность несущей конструкции воспринимать эксплуатационные нагрузки без поломок системы в целом или ее элементов, а под жесткостью — ее способность сохранять свою форму без остаточных деформаций и без недопустимых упругих деформаций при воздействии тех же нагрузок. Классификация несущих конструкций. Несущие конструкции автомобилей могут быть классифицированы по различным признакам. По способу распределения функций несущие конструкции автомобилей могут быть:

• рамными (несущей конструкцией служит отдельная конструкция — рама, на которой монтируется кузов, полностью или частично освобожденный от функций несущей конструкции), такое конструктивное решение типично для грузовых автомобилей высокой проходимости;
• с несущими кузовами (функции несущей конструкции выполняет кузов), это типично для большинства легковых автомобилей и автобусов.

Несущие кузова легковых автомобилей могут быть:

• каркасные;
• полукаркасные (скелетные);
• оболочковые.
• Несущие кузова автобусов могут быть:
• каркасными или скелетными;
• с интегральным основанием.

Читать полностью »