Основные требования к конструкции ходовой части

ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

МИРОВОЙ АВТОМОБИЛИЗАЦИИ

Часть 2. Эволюция ходовой части (шасси) автомобиля

Методические указания для самостоятельной работы

студентов очной и заочной форм обучения

специальностей 240100, 240400, 150200 и 552100

Екатеринбург 2005

Печатаются по рекомендации методической комиссии лесомеханического факультета, протокол № от 2005 года

Рецензент – кандидат технических наук доцент кафедры автомобильного транспорта Сидоров Б.А.

Редактор А.Л.Ленская

Подписано в печать Формат 60х80 1/16

Плоская печать Печ.л. 2,09 Тираж 250 экз.

Поз. 97 Заказ Цена руб. коп.

Редакционно-издательский отдел УГЛТУ

Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ

Введение

Ходовая часть (шасси) автомоби­ля предназначена для преобразования вращательного движения от коленвала двигателя и трансмиссии в посту­пательное движение автомобиля, пере­дачи веса на опорную по­верхность, восприятия действия сил при взаимодействии колес с дорогой. Ходовая часть включает несущую конструкцию (раму или несущий кузов), мосты и подвеску, колеса и шины, рулевое управление и тормозные системы.

Первые автомобили имели рамную конструкцию (две продольные балки соединялись различ­ными пересекающимися поперечинами), к которой крепился кузов. Многие современные автомобили 4х2 или 4х4 не име­ют рамы - она начала ис­чезать в 1920-е годы с появлением несущего кузова.

Мост автомобиля - силовое устройство, воспринимающее усилия, действующие между колесом и кузовом. Различают веду­щие мосты, в которых размещаются главная передача и дифференциал, передающие крутящий момент веду­щим колесам, и мосты в виде силовых поперечных балок, к которым крепят­ся узлы подвески ведомых или управ­ляемых колес.

Подвеска - система элементов, связывающих колеса с ку­зовом, обеспечивающая сниже­ние динамических нагрузок и стабилизацию кузова относительно дороги, устойчи­вость и безопасность движения.

Колеса преоб­разуют вращательное движение в посту­пательное движение автомобиля за счет взаимодействия шины с поверх­ностью дороги.

Таким образом, ходовая часть автомобиля обеспечивает на­дежное сцепление колес с дорогой, высокую плавность хода автомобиля, устойчивость и безопасность движе­ния, повышение экономичности за счет снижения потерь мощности на качение колес, необходимую проч­ность и длительность эксплуатации автомобиля.

Основные требования к конструкции ходовой части

От конструкции шасси зависят такие свойства автомобиля, как «управление», «управляемость» и «устойчивость». Управление подразумевает команды водителя. Устойчивость определяется сцеплением между шинами и дорогой, особен­но на поворотах. Управляемость, определяемая устойчивостью на курсе и на покрытии при управлении водителем, зави­сит не только от конструкции элемен­тов подвески, но и от распределения веса в автомобиле, внутреннего давления в шинах и их конструкции. В истории автомобилестроения имели место автомобили с хорошей устойчивостью, но плохой управляемостью (Citroen 2CV), с отличной управляемостью, но ограниченной ус­тойчивостью (Ford Lotus Cortina Mkl).

Суще­ствует как недостаточная, так и из­быточная поворачиваемость. При недостаточной поворачиваемости угол увода передних колес (угол между направлением движения и плоскостью колеса) больше угла увода задних колес, поэтому автомобиль стремится пройти поворот с большим радиусом поворота. При избыточной поворачиваемости угол увода задних колес больше угла увода перед­них колес, поэтому автомобиль на повороте стремится пройти траекторию с меньшим радиусом поворота.

Причем, наибольшая безопасность движения дос­тигается при небольшой недостаточной управляемости, воз­можной во всех условиях движения.

Эффективность сцепления с доро­гой задних шин на мощных автомобилях с приводом на зад­ние колеса может уменьшаться при передаче чрезмерной мощности, поэтому избыточная поворачиваемость требует высоко­го уровня вождения и реакции. Переднеприводные требуют меньшего опыта вождения и концентрации внимания, поскольку чрезмерную недостаточную по­ворачиваемость можно устранить снятием ноги с педали акселератора, в то время как для контроля и коррекции избыточной поворачиваемости требу­ется одновременное действие акселератором и рулем.

Управляемость зависит от распределения веса между четырьмя ко­лесами при повороте автомобиля: чем больше нагрузка на шину, тем большую величину бо­ковой силы будет развивать шина. Таким образом, чем больше передается веса на передние ко­леса, тем больше недостаточная поворачиваемость, если наоборот, то увеличивается избыточная поворачиваемость (уменьшается недостаточная).

У большинства современных автомобилей больший вес приходится на передние колеса, поэтому обычно появляет­ся недостаточная поворачиваемость. Перераспределение веса в по­вороте с внутренней на наружную сторону зависит от компо­новки (геометрии) передней и задней подвесок и характера изменения геометрии, когда кузов наклоняется или «кивает».

Конструкция подвески зависит от соотношения между под­рессоренными и неподрессоренными массами. Подрессоренной массой автомобиля считается любая его часть, имеющая меж­ду собой и дорогой упругий элемент. К не­подрессоренным массам относят колеса, шины, ступицы колес, тормозные барабаны или диски. Поэтому возникла необходимость уменьшения величины неподрессоренных масс за счет перехода от зависимых подвесок (жесткая балка моста с главной переда­чей образуют часть неподрессоренной массы) к независи­мым подвескам, в которых только само колесо и все, что движется с ним, является неподрессоренным.

Чем тяжелее кузов от­носительно колеса, тем быстрее колесо возвращается на ме­сто постоянного контакта после отрыва от до­роги при наезде на неровность. Это положение применил Колин Чапмэн в конструкции Lotus. Однако этот принцип не был понятен на раннем этапе созда­ния автомобиля: некоторые из первых гонщиков привя­зывали к осям своих автомобилей дополнительные грузы, чтобы автомобиль лучше держал дорогу, но преус­пели только в их разрушении. Также сегодня посту­пают некоторые конструкторы автомобилей, устанавливая на автомобили более широкие и тяжелые колеса и шины с целью «улучшить» сцепление с дорогой. В результате - противоположный эффект и износ рулевого управлению.

Большинство конструкций подвесок разрабатывается под определенный размер и тип (или даже производителя) шины, и изменение специфика­ции колеса и шины может иметь непредсказуемый эффект.

Создатели первых ав­томобилей начинали с копирования рулевого управления кон­ными экипажами - его эволюция была медленной, но дошедшей в наше время до конструкции даже с усилителем.

Тор­мозные системы прошли долгий путь от дней, когда считалось нежелательным и даже опасным устанавливать тормоза на передние колеса. Первым конструкторам авто­мобилей обеспечение поворота и торможения одного и того же колеса представлялось огромным техническим вызовом. Поэтому они предпочитали поворачивать передние колеса, а тормозить задними, возможно, с дополнительным тормо­зом на карданной передаче.

Идея, что можно управлять торможением для предот­вращения блокировки колес, можно регулировать усилие в отдельных тормозных механизмах для улучшения процесса торможения, можно вообще из­бавиться от механической связи между тормозной педалью и самими тормозами, казалась странной автоконструкторам как минимум до конца 1940-х го­дов.