Установка и стабилизация управляемых

Колес автомобиля

Оптимальный износ шин управляемых колес возможен только, если выдерживаются требуемые углы их у с т а н о в к и – схождение и развал (рис. 100а и 100б). С изменением этих углов в сторону увеличения или уменьшения износ шин резко возрастает.

Под действием сил сопротивления качению управляемых колес при движении автомобиля выбираются зазоры в соединениях деталей рулевой трапеции, могут деформироваться и сами детали рулевой трапеции, отчего управляемые колеса поворачиваются.

Действующий на колесо поворачивающий момент от силы сопротивления качению может быть определен:

M_пов = P_f × c, (72)

где М_пов – поворачивающий момент; P_f – сила сопротивления качению; с – расстояние от центра пятна контакта колеса с дорогой до оси его поворота.

Для компенсации этого поворота управляемые колёса заранее ставятся повернутыми в противоположную сторону. В таком положении они должны "сходиться", поэтому и углы эти называются углами схождения. При качении колёса занимают положение, при котором их продольные оси становятся параллельными между собой. Сопротивление качению и износ шин при этом будут наименьшие.

б)

Рис. 101 Установка управляемых колес автомобиля:

а – схождение колес; б – развал колес

Углы схождения передних колес некоторых отечественных автомобилей приведены ниже:

В А З - 2106 - 17'...1⁰ 08' Г А З - 24 - 10'...25'

В А З – 2110 - (0±1) мм Г А З - 53А - 14'...36'

А З Л К-2141 - 10' ± 3' З И Л – 130 - 16'...1⁰ 04'

Для удобства замеров углы схождения обычно контролируются по разности расстояний между боковинами покрышек или краями ободьев сзади и спереди колес управляемого моста. На заднеприводных легковых автомобилях эта величина составляет 1...3 мм, переднеприводных автомобилей ВАЗ – 0±1 мм. На грузовых она равна: ГАЗ-53А - 1...3 мм, ЗИЛ-130 - 2...5 мм, ЗИЛ-4331 - 1... 3 мм, КАМАЗ - 2...5 мм, УРАЛ-4320 - 3...8 мм, МАЗ-6422 - 3...5 мм, на автобусе ПАЗ-4230 производства КАВЗ - 2 мм.

Эпюры поперечных сил в зоне контакта колеса с дорогой при различных углах схождения показаны на рис. 94а.

Развал колес применялся на армейских телегах еще в прошлых веках, чтобы уменьшить вероятность поломки спиц. Располагаясь вертикально в зоне контакта колеса с дорогой, спицы образуют с наклоненным ободом балку равного сопротивления и работают при боковых нагрузках на сжатие-растяжение, что увеличивает их прочность.

По традиции развал колес делали и на первых автомобилях, колеса которых были спицевые. Наличие развала на современных автомобилях объясняется необходимостью обеспечения вертикального положения управляемых колес при износе втулок шкворней, а также деформации балки моста под нагрузкой, компенсации углов схождения и т.п. Ниже приведены углы развала управляемых колес некоторых отечественных автомобилей:

В А З - 2106 – 0⁰28' ±20' Г А З - 24 - 0⁰ ±30'

В А З - 2110 – 0⁰ ±30' Г А З - 53 - 1⁰

АЗЛК - 2141 - 0⁰30' ± 0 30' ГАЗ-3307 "Газель" – 1⁰ ± 15'

ПАЗ – 4230 - 1⁰ З И Л - 4331 - 1⁰

Из приведенных значений видно, что колеса автомобилей ГАЗ-24 и ВАЗ-2110 развала не имеют.

Под с т а б и л и з а ц и е й управляемых колес автомобиля понимается их свойство устойчиво двигаться прямо и возвращаться в это положение без приложения усилий со стороны водителя после пролезда поворота. Стабилизация делает управление автомобилем более удобным, исключает "рыскания" по дороге, способствует увеличению безопасности движения. Для стабилизации используются:

- поперечный наклон оси поворота управляемых колес;

- продольный наклон оси поворота управляемых колес;

- стабилизирующий эффект шины.

Рассмотрим как влияет на стабилизацию п о п е р е ч н ы й наклон оси поворота управляемого колеса. Ось поворота колеса наклоняется внутрь автомобиля (рис. 101). Это ведет к тому, что при повороте колеса должна подниматься часть автомобиля над этим колесом. Под действием веса автомобиля колесо смещаются в крайнее положение, соответствующее движению прямо. Такая стабилизация называется весовой. Углы поперечного наклона оси поворота управляемых колес некоторых автомобилей приводятся ниже :

В А З - 2105 - 6⁰ 10' ГАЗ-53А,-3307 - 8⁰ ПАЗ-4230 - 8⁰

В А З - 2106 - 6⁰ 06' З И Л - 130 - 8⁰

Г А З - 24 - 5⁰2'...6⁰ 10' М А З - 5335 - 8⁰

Угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса переднеприводных автомобилей ВАЗ величина переменная, она зависит от сжатия пружины подвески и потому не приводится.

Расстояние а (рис. 101) от точки пересечения оси поворота колеса с опорной поверхностью до середины пятна контакта колеса с этой поверхностью называется п л е ч о м о б к а т к и .

На грузовых автомобилях величина а равно 50...100 мм. На легковых автомобилях последних моделей плечо обкатки а близко к нулю или имеет небольшое отрицательное значение. Объясняется это тем, что в случае разрыва шины при высокой скорости колесо может быстро повернуться под действием появившегося большого сопротивления качению, создающего поворачивающий момент. Этот момент тем больше, чем больше плечо обкатки. Соединенное поперечной тягой поворачивается также противоположное колесо, что может вызвать быстрый съезд автомобиля с дороги. Поэтому стабилизация управляемых колес последних моделей легковых автомобилей достигается за счет продольного наклона оси поворота колеса и стабилизирующего эффекта шины.

Рис. 101. Поперечный наклон оси Рис. 102. Продольный наклон оси

поворота управляемого колеса поворота управляемого колеса

П р о д о л ь н ы й наклон оси поворота управляемого колеса влияет на стабилизацию следующим образом. Ось поворота колеса наклоняется назад по ходу автомобиля. Стабилизация происходит за счет действия силы сопротивления качению колеса, которая приложена за осью поворота и поэтому удерживающей колесо (рис. 102). Этот способ стабилизации широко используется на велосипедах и мотоциклах.

Расстояние в на рис. 102 от точки пересечения оси поворота колеса с опорной поверхностью до вертикальной оси колеса называется п л е ч о м с т а б и- л и з а ц и и управляемого колеса. Ниже приводятся углы продольного наклона оси поворота управляемых колес некоторых автомобилей:

В А З - 1111 - 2⁰ ±30' "Москвич"-2141 - 1⁰ 20' ±30'

В А З - 2105 - 3⁰30'…4⁰30' "Волга" ГАЗ-24,-3110 - 0⁰ ...1⁰

В А З - 2106 - 4⁰20' Г А З - 53А - 2⁰40'

В А З - 2110 - 1⁰30' ± 30' ГАЗ-3307 "ГАЗЕЛЬ" - 3⁰28' ±30'

"Москвич"-2140 - 0⁰20' ...1⁰20' З И Л - 4331 - 3⁰22'

Стабилизация управляемых колес, кроме того, происходит за счет

с т а б и л и з и р у ю щ е г о э ф ф е к т а ш и н ы. Как установлено, действующая на колесо на повороте поперечная реакция дороги, располагается за осью колеса на расстоянии е – рис. 102. При изменении направления качения колеса эта реакция создает момент, поворачивающий колесо в исходное положение: М_{ст. е} = P_j × е, где P_j - поперечная реакция со стороны дороги.

Если при движении автомобиля управляемое колесо повернется, то на него в зоне контакта с дорогой начинает действовать момент от силы сопротиввлня качению, возвращающий колесо в исходное положение:

М_ст.f = Р_f × В × sin θ , (81)

где Р_f - сила сопротиввлня качению;В - плечо стабилизации; θ - угол поворота колеса.

Стабилизирующий момент от поперечного наклона оси поворота колеса может быть выражен как

М_{ст .b} = G_к×tg b × В×соs g , (72)

где G_к - нагрузка на опорную поверхность от колеса; b - угол поперечного наклона оси поворота колеса; g - угол продольного наклона оси поворота колеса.

Каждый из рассмотренных моментов стабилизации увеличивает усилие на рулевом колесе. Чтобы снизить это усилие, углы наклона оси поворота управляемого колеса могут специально уменьшаться. Последнее характерно для легковых автомобилей с широкими мягкими шинами, стабилизирующий момент которых имеет большую величину. К тому же, стабилизация за счет поперечного наклона оси поворота, как уже говорилось, на последних моделях легковых автомобилей не делается, плечо обкатки равен или близок

а) б) к нулю.

Рис. 103. Стабилизация колес автомобиля:

а - стабилизирующий эффект шины;

б – действие стабилизации на два колеса