СХОЖДЕНИЕ И РАЗВАЛ КОЛЕС

Для повышения устойчивости автомобиля при движении, легкости управления и снижения износа шин служат углы установки передних управляемых колес. К таким углам относятся: схождение и развал колес, продольный и поперечный наклон геометрической оси поворота управляемого колеса.

Передние колеса автомобиля (а иногда и задние) устанавливают не параллельно, а под определенными углами друг к другу. Положение колеса относительно вертикальной плоско­ сти называется развалом колеса, а относительно горизонтальной — схождением. Схожде­ ние и развал бывают как положительными, так и отрицательными (рис. рис. 4.24).

Несмотря на то что наименьшее сопротивление движению и меньший износ шин будут в случае, когда колеса катятся в вертикальных плоскостях, параллельных продольной оси ав­ томобиля, их все же устанавливают с развалом и схождением. Дело в том, что при движении автомобиля его колеса нагружены силами взаимодействия с дорогой. Например, на передние колеса автомобиля с задним приводом большую часть времени действуют силы, направлен­ ные против движения и стремящиеся развернуть колеса наружу. В подвеске автомобиля имеются упругие элементы, которые имеют определенную эластичность и дают возможность колесам повернуться наружу. Для того чтобы при движении колеса катились параллельно продольной плоскости автомобиля, их предварительно устанавливают с небольшим положи­ тельным схождением. У автомобилей с передними ведущими колесами, у которых большую часть времени на эти колеса действует сила тяги, совпадающая с направлением движения, колеса устанавливаются с отрицательным схождением. Установка колес с развалом обуслов­ лена более сложными причинами. Колеса при движении автомобиля по возможности должны находиться в положении, когда они перпендикулярны дорожной поверхности (нуле­ вой угол развала). Если колесо катится под углом к вертикали, сцепление шины с дорогой уменьшается, а пятно контакта шины с дорогой изменяет свою форму, что приводит к появ­ лению боковой силы, которая стремится дестабилизировать движение автомобиля.

Можно создать такую независимую подвеску, в которой колесо будет перемещаться в вертикальной плоскости без наклона при движении по любой прямолинейной дороге. Гораз­ до труднее сохранить вертикальность колеса, когда кузов автомобиля, к которому присоеди­ нен направляющий элемент, накреняется при прохождении автомобилем поворота. Поэтому конструкторы современных подвесок выяснили, что лучше позволить изменяться развалу,

Рис. 4.24. Схождение (а) и развал (б) колес

но сделать его направленным противоположно крену кузова, поскольку это сохраняет вер­ тикальное положение колес при поворотах. Такой подход обеспечивает улучшение сцепных свойств при прохождении поворотов и, как следствие, улучшение устойчивости и управляе­ мости.

Для самовозврата колес к прямолинейному движению после поворота служит угол попе­ речного наклона шкворня. Наличие такого наклона приводит к возникновению стабилизиру­ ющего момента на управляемых колесах, который зависит от величины этого угла наклона и силы тяжести, приходящихся на управляемые колеса, но не зависит от скорости движения. Эти углы лежат в пределах 6-10°.

Наклон геометрической оси в продольной плоскости заключается в смещении нижнего конца этой оси относительно вертикали. Данный угол наклона служит для сохранения прямо­ линейного движения колес при движении с большими скоростями. Создаваемые реактив­ ные усилия на плечах, представляющих собой расстояния от точек касания с дорогой, стре­ мятся вернуть колеса в положение прямолинейного движения. Этот угол обычно равен 1-3,5° и зависит от боковой упругости шин.

УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

В качестве упругих устройств в подвесках современных автомобилей используют металличе­ ские и неметаллические элементы. Наибольшее распространение получили металлические устройства: пружины, листовые рессоры и торсионы.

Наиболее широко (особенно в подвесках легковых автомобилей) применяются витые пружины, изготавливаемые из стального упругого стержня круглого сечения (рис. 4.25).

При сжатии пружины по вертикальной оси, ее витки сближаются и закручиваются. Если пружина имеет цилиндрическую форму, то при ее деформации расстояние между витками сохраняется постоянным и пружина имеет линейную характеристику. Это значит, что дефор­ мация цилиндрической пружины всегда прямо пропорциональна приложенному усилию, а пружи­ на имеет постоянную жесткость. Если изготовить витую пружину из прутка переменного се­ чения или придать пружине определенную форму (в виде бочонка или кокона), то такой упру­

гий элемент будет иметь переменную жест­ кость. При сжатии такой пружины вначале будут сближаться менее жесткие витки, а после их соприкосновения в работу всту­ пят более жесткие. Пружины переменной жесткости широко применяются в подвес­ ках современных легковых автомобилей.

К достоинствам пружин, применяемых в качестве упругих элементов подвесок, следует отнести их малую массу и возмож­ ность обеспечения высокой плавности хода автомобиля. В то же время пружина не мо­ жет передавать усилия в поперечной плос­ кости и ее применение требует наличия в под­ веске сложного направляющего устройства. Листовая рессораслужила упругим элементом подвески еще на гужевых экипа­ жах и первых автомобилях, но она продол-

Рис. 4.25. Пружина подвески автомобиляжает применяться и в наши дни, правда

Jaguar с переменной жесткостьюв основном на грузовых автомобилях. Ти-

пичная листовая рессора состоит из набора скрепленных между собой листов (рис. 4.26) различной длины, изготовленных из пружинной стали. Листовая рессора обычно имеет фор­ му полуэллипса.

Листы, из которых состоит рессора, имеют различную длину и кривизну. Чем меньше дли­ на листа, тем больше должна быть его кривизна, что необходимо для более плотного взаим­ ного прилегания листов в собранной рессоре. При такой конструкции уменьшается нагрузка на самый длинный (коренной) лист рессоры. Листы рессоры скрепляют между собой центро­ вым болтом и хомутами. С помощью коренного листа рессора прикрепляется шарнирно обо­ ими концами к кузову или раме и может передавать усилия от колес автомобиля на раму или кузов. Форма концов коренного листа определяется способом крепления его к раме (кузо­ ву) и необходимостью обеспечения компенсации изменения длины листа (рис. 4.27). Один из концов рессоры должен иметь возможность поворачиваться, а другой поворачиваться и пе­ ремещаться.

При деформации рессоры ее листы изгибаются и изменяют свою длину. При этом про­ исходит трение листов друг о друга, и поэтому они требуют смазки, а между листами рессор легковых автомобилей устанавливают специальные антифрикционные прокладки. В то же вре-

Рис. 4.26. Задняя рессорная подвеска:1 — проушина рессоры; 2 — резиновая втулка; 3 — кронштейн; 4 — втулка; 5 — болт; 6 — шайбы; 7 — палец; 8 — резиновые втулки; 9 — пру­ жинная шайба; 10 — гайка; 11 — кронштейн; 12 — втулка резиновая; 13 — втулка; 14 — пла­ стина серьги; 15 — болт; 16 — штанга стабилизатора; 17 — коренной лист; 18 — листы рессоры; 19 — резиновый буфер хода сжатия; 20 — стремянки; 21 — накладка; 22 — балка заднего моста; 23 — амортизатор; 24 — хомут; 25 — лонжерон рамы; 26 — кронштейн ста­ билизатора; 27 — серьга стабилизатора

Рис. 4.27. Способы крепления рессор: а — с ви­ тыми ушками; б — на резиновых подуш­ ках; в — с накладным ушком и скользя­ щей опорой

мя наличие трения в рессоре позволяет гасить колебания кузова и в некоторых слу­ чаях дает возможность обойтись без при­ менения в подвеске амортизаторов. Рессор­ ная подвеска имеет простую конструкцию, но большую массу, что и определяет наи­ большее ее распространение в подвесках грузовых автомобилей и некоторых лег­ ковых автомобилях повышенной проходи­ мости. Для уменьшения массы рессорных подвесок и улучшения плавности хода ино­ гда применяются малолистовые и однолис- товые рессоры с листом переменного по длине сечения. Довольно редко в подве­ сках применяются рессоры, изготовленные из армированной пластмассы. Например, в задней подвеске автомобиля Volvo 940 использовалась такая рессора, установ­ ленная поперечно.

Торсион— металлический упругий элемент, работающий на скручивание. Обычно торсион представляет собой сплошной металлический стержень круг­ лого сечения с утолщениями на концах, на которых нарезаны шлицы. Встречаются подвески, в которых торсионы изготовлены из набора пластин или стержней (авто­ мобили ЗАЗ). Одним концом торсион кре­ пится к кузову (раме), а другим к направ­ ляющему устройству. При перемещениях колес торсионы закручиваются, обеспечи­ вая упругую связь между колесом и кузовом. В зависимости от конструкции подвески

торсионы могут располагаться как вдоль продольной оси автомобиля (обычно под по­ лом), так и поперек. Торсионные подвески получаются компактными и легкими (рис. 4.28) и дают возможность регулировки подвески путем предварительного закручивания торсионов.

Неметалические упругие элементы подвесок делятся на резиновые, пневматические и гидропневматические.

Резиновыеупругие элементы присутствуют практически во всех конструкциях подвесок, но не в качестве основных, а как дополнительные, используемые для ограничения хода ко­ лес вверх и вниз. Применение дополнительных резиновых ограничителей (буферов, отбой­ ников) ограничивает деформацию основных упругих элементов подвески, увеличивая ее же­ сткость при больших перемещениях и предотвращая удары металла по металлу. В последнее время резиновые элементы все чаще заменяются устройствами из синтетических материа­ лов (полиуретан).

В пневматическихупругих элементах используются упругие свойства сжатого воздуха. Упругий элемент представляет собой баллон, изготовленный из армированной резины, в ко­ торый подается под давлением воздух от специального компрессора. Форма пневмобалло- нов может быть различной. Получили распространение баллоны рукавного типа (рис. 4.29а) и двойные (двухсекционные) баллоны (рис. 4.296).

Рис. 4.28. Торсионная подвеска. В задней подвеске автомобиля Peugeot 206 используют­ ся два торсиона, соединенные с продольными рычагами. В направляющем устройстве подвески применяются трубчатые рычаги, установленные под углом к продольной оси автомобиля

К преимуществам пневматических упругих элементов подвесок следует отнести высокую плавность хода автомобиля, небольшую массу и возможность поддержания постоянным уровня пола кузова, независимо от загрузки автомобиля. Подвески с пневматическими уп­ ругими элементами применяют на автобусах, грузовых и легковых автомобилях. Постоянст­ во уровня пола грузовой платформы обеспечивает удобство погрузки и разгрузки грузового автомобиля, а для легковых автомобилей и автобусов — удобство при посадке и высадке пас­ сажиров. Для получения сжатого воздуха на автобусах и грузовых автомобилях с пневмати­ ческой тормозной системой используются штатные компрессоры, приводимые в действие от двигателя, а на легковых автомобилях устанавливают специальные компрессоры, как пра­ вило, с электроприводом (Range Rover, Mercedes, Audi). Использование пневматических уп­ ругих элементов требует применения в подвеске сложного направляющего элемента и амортизаторов. Подвески с пневматическими упругими элементами некоторых современ­ ных легковых автомобилей имеют сложное электронное управление (рис. 4.30), которое

Рис. 4.30. Пневмоподвеска. На новых ав­ томобилях Mercedes Е-класса вместо пружин стали применяться пневматиче­ ские упругие элементы

обеспечивает не только постоянство уровня кузова, но и автоматическое изменение жест­ кости отдельных пневмобаллонов на пово­ ротах и при торможении, для уменьшения крена кузова и клевков, что в целом повы­ шает комфортабельность и безопасность движения.

Гидропневматическийупругий элемент представляет собой специальную камеру, разделенную на две полости эластичной мембраной или поршнем (рис. 4.31).

Одна из полостей камеры заполнена сжатым газом (обычно азотом), а другая жидкостью (специальным маслом). Упругие свойства обеспечиваются сжатым газом, поскольку жидкость практически не сжима­ ется. Перемещение колеса вызывает пере­ мещение поршня, находящегося в цилинд­ ре, заполненном жидкостью. При ходе коле­ са вверх поршень вытесняет из цилиндра жидкость, которая поступает в камеру и воз-

Рис. 4.31. Гидропневматический упругий элемент:1 — сжатый газ; 2 — корпус; 3 — жид­ кость; 4 — к насосу; 5 — к амортизаторной стойке

действует на разделительную мембрану, которая перемещается и сжимает газ. Для поддержа­ ния необходимого давления в системе используется гидравлический насос и гидроаккумуля­ тор. Изменяя давление жидкости, поступающей под мембрану упругого элемента, можно изменять давление газа и жесткость подвески. При колебаниях кузова жидкость проходит через систему клапанов и испытывает сопротивление. Гидравлическое трение обеспечивает гасящие свойства подвески. Гидропневматические подвески обеспечивают высокую плав­ ность хода, возможность регулировки положения кузова и эффективное гашение колеба­ ний. К основным недостаткам такой подвески относится ее сложность и высокая стоимость. Она применяется на некоторых легковых автомобилях (Citroen, Mercedes, Rolls-Royce и др.) и реже на грузовых автомобилях (БелАЗ).