 |
 |
 |
 |
Рис. б.Ю
Приведенная схема с учетом упругости шин (а) и характером колебаний неподрессоренной и подрессоренной масс (б)
Для упрощения исследований высокочастотные колебания часто не учитывают вовсе, а при определении низкой частоты в формулы (5.19) или (5.23) подставляют взамен действительной жесткости подвески приведенную жесткость Сп, учитывающую упругость шин:
Сп =
(5.26)
При принятом нами Сщ = 4с получим Сп = 0,8с, т. е. на 20% ниже; частота при этом будет на 10% меньше, чем при подстановке вместо с„ жесткости с.
5.4. ГАШЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ КОРПУСА
При определенных условиях движения автомобиля амплитуды колебаний его корпуса могут значительно возрастать. Следствием этого может быть увеличение ускорений корпуса и даже пробивание подвески.
Чтобы уменьшить энергию колебательного движения, современные автомобили оборудуются специальными устройствами, рассеивающими эту энергию и тем обеспечивающими быстрое затухание колебаний или уменьшение амплитуд при периодических импульсах. Эти устройства называются амортизаторами.
Применяемые ныне гидравлические амортизаторы расходуют энергию на перетекание вязкой жидкости из одного объема в другой при значительном сопротивлении (через малые зазоры или калиброванные отверстия); работа трения в конечном счете преобразуется в тепло, и энергия рассеивается.
Рис. 6.11
Характеристика амортизатора двухстороннего действия
Работа амортизатора при перемещении колеса вверх по отношению к корпусу (ход сжатия) и при ходе вниз (ход отбоя) имеет определенные различия.
При ходе сжатия сопротивления амортизатора и упругого элемента подвески складываются, происходит как бы увеличение жесткости подвески. Если сопротивление амортизатора велико, то при кратковременных импульсах сравнительно небольшой силы (движение с большой скоростью на дороге с мелкими неровностями) рессора не будет успевать деформироваться. Импульсы будут передаваться корпусу, вследствие чего возникнет явление тряски - неупорядоченные колебания сравнительно высокой частоты.
При ходе отбоя усилия от рессоры и амортизатора направлены противоположно. Сопротивление амортизатора во всяком случае должно быть меньше усилия от рессоры. В противном случае колесо перестанет возвращаться в первоначальное положение или, как говорят, зависнет. Нормальная работа подвески нарушится.
В применяемых в настоящее время амортизаторах двухстороннего действия* сопротивление при ходе сжатия делается значительно меньшим, чем при отбое, чтобы избежать тряски. Характеристика такого амортизатора, выражающая зависимость между усилием Ра, приложенным к поршню, и скоростью Vn перемещения поршня, приведена на рис. 5.11. Как видно из рисунка, характеристика имеет типичную гистерезисную петлю; пунктирная кривая соответствует средним значениям усилий.
Характеристика амортизатора нелинейная; зависимость между ее параметрами (по средним величинам) определяется выражением
Амортизаторы одностороннего действия, оказывающие сопротивление только при ходе отбоя, сейчас не применяются иэ-.эа малой эффективности гашения колебаний.
Pa = ка Vi,.
(5.27)
Коэффициенты сопротивления ка различны при прямом и обратном ходе; в табл. 5.4 приводятся значения этих коэффициентов. Как видно из таблицы, при обратном ходе коэффихщент может возрастать от трех до семи раз.
Таблица 5.4
Ко.эфф1Шиенты сопротивления амортизаторов автомобилей
Модель аЬ1х>мобнля
Кш<1<[1ИЦИент сопротивления, кгс -сек/см
при прямом ходе (сжатии)
при с<братном ходе (отбое)
зи.д-1:п | 1----1 | 11,й | |
Урал-.Ч75 | |||
МАЗ-.5()2 | |||
При расчетах берут некоторое среднее значение коэффициента сопротивления ка. Что касается показателя степени i, то у современных амортизаторов он изменяется в пределах от 1 до 2. Расчетное значение показателя обычно принимается равным 1.
Для учета воздействия амортизатора на колебания корпуса автомобиля необходимо привести его к расчетной схеме. Приведение осуществляется так же, как и для подвески, т. е. устанавливается связь между скоростями поршня и оси колеса (относительно корпуса), с одной стороны, и между усилиями, действующими на поршень и на ось, - с другой. Приведенная характеристика при i=l будет выражаться формулой
Рп = кп Z,
(5.28)
где кп - приведенный коэффициент сопротивления амортизатора;
2 - скорость вертикального перемещения корпуса.
Выше, на рис. 5.4,а, было показано действительное расположение амортизатора, на рис. 5.4,е - его положение в приведенной схеме.
Гасящее действие на колебание, кроме сопротивления амортизаторов, оказывает трение в деталях подвески, особенно значительное при листовых рессорах. Сопротивление трения можно считать не зависящим от скорости взаимного перемещения деталей. Влияние трения существенно отличается от влияния амортизаторов; прежде всего, коэффициент сопротивления здесь примерно одинаков при сжатии и отбое, что увеличивает жесткость подвески и вызывает тряску, кроме того, амплитуды в этом случае убывают равномерно за каждое колебание (по арифметическому закону), тогда как при наличии амортизаторов амплитуды уменьшаются прогрессивно (по геометрическому закону). Поэтому трение в подвеске - отрицательное явление; его стараются уменьшать, применяя смазку деталей. При листовых рессорах удовлетворительная плавность хода (отсутствие тряски) может быть обеспечена, если максимальное сопротивление трения не превышает 5% статической нагрузки на колесо.
Декремент н коэффициенты затухания. Эффективность затухания колебаний может быть охарактеризована так называемым декрементом затухания. Декремент D показывает, во сколько раз уменьшается амплитуда А собственных колебаний за один период.
(5.29)
В свою очередь декремент затухания зависит от частоты собственных колебаний и от коэффициента затухания р. Эта зависимость определяется приближенно:
lnDz =
2 7t Pz
1 тч 2 71 Рф
(5.30)
Коэффициенты затухания вертикальных pz и угловых р,р колебаний определяются по формулам:
i = 111
I : i = 1
Pz =
Рф =
м •
i = m 1
(5.31)
где m - число амортизаторов одного борта.
Таким образом, эффективность гашения колебаний при данной массе (моменте инерции) зависит от сопротивления амортизаторов, их числа и расположения (для угловых колебаний). Более жесткая подвеска обеспечивает ускоренное затухание колебаний.
Значения коэффициентов затухания для современных автомобилей составляют: pz=l,15-bpa5/ce/c; Р(р=1,15н-2 рад/сек.
Чтобы учесть совместное влияние коэффициента затухания и жесткости подвески (частотысобственных колебаний), пользуются коэффициентами апериодичности v/:
Рф =к-
(5.32)
При Ц1 = 1 колебания будут апериодическими, т. е. затухнут в течение одного периода. Практически значения этого коэффициента не превышают 0,2-0,3.
Рис. 6.12
Запись колебаний корпуса с включенными (а) л отключенными (б) амортизаторами
На рис. 5.12 представлены опытные записи собственных колебаний автомобиля УАЗ-452 с включенными (а) к выключенными (б) амортизаторами. Верхние кривые показывают колебания корпуса, нижние - колебания колес, характеризуемые значительно более высокой частотой.
Как видно из рисунка, при включенных амортизаторах низкочастотные колебания затухают весьма быстро, приближаясь к апериодическим. Значительно уменьшается также продолжительность высокочастотных колебаний колес и их амплитуд.
Уже указывалось, что пределом увеличения сопротивления амортизаторов является возможность зависания колеса. Определим приближенно, каким может быть предельное значение коэффициента затухания угловых колебаний.
Для этого примем, что максимальное сопротивление амортизатора не должно превышать статическую нагрузку на колесо:
Ртах Gk.C. (а)
Рщах = kji Zn max , Gk.C. = С he.
Здесь z„ max - максимальная скорость вертикального перемещения крайнего (п-го) колеса, наиболее удаленного от центра тяжести; она равна
Zn max = ф1пах an = фтах кф йц.
Максимальную угловую амплитуду ф,„ах можно выразить через рабочий ход колеса
фтах = - an
Подставляя в выражение (а) значения всех величин, получим
кп hp,, кф < chcn. (б)
Примем сопротивление всех амортизаторов одинаковым, тогда из формулы (5.31)
Рф h
1 = п
21 af
i = 1
При одинаковой жесткости всех подвесок, с учетом формул (5.19), будем иметь
с = -
1 = 11
21 af i = 1
Тогда из формулы (б) найдем предельное значение Рф = Рф max:
i = 111
(5.33)
ъ- = 1 hen
Рфшах-кф . •
21 а? i= 1
В пределе, когда статистический и рабочий хода колеса равны, а амортизаторы установлены на все колеса.
(5.34)
Рф max - 2 •
Соответственно предельное значение коэффициента апериодичности при принятых допущениях будет
Чф inax0,5.
Фактические значения этого коэффициента в 1,5-2,5 раза меньше (0,2-0,3).
5.5. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ КОРПУСА АТС
В реальных условиях движения корпус АТС совершает вынужденные колебания, возникающие вследствие наезда колес на неровности дороги.
Параметры вынужденных колебаний зависят от сочетания конструктивных факторов и дорожных условий. Из числа последних основную роль играют число и форма (длина, высота, профиль) неровностей, расстояние между ними и скорость движения автомоби-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11