Передняя подвеска легкового автомобиля

Шток амортизатора.cdw

ТВЧ h 4 5; 50 55 HRC
Сталь 40 ГОСТ 1050-88
Неуказаные радиусы скруглении R0
Покрытие поверхности В - Х
допускается наличие хрома на
остальных поверхностях.

Передняя подвеска.cdw

Направление движения
Положение подушек штанги перед установкой
стабилизатора поперечной устойчивости
опперечной устойчивости
привода передних колес
На чертеже показана левая сторона
относительно оси стабилизатора поперечной устойчивости
Подвеска показана в статическом положении на автомобиле с
максимально допустимой полезной нагрузкой 4660 Н (475 кгс)
Габаритные размеры для указанного положения подвески:
На левую сторону устанавливать телескопическую стойку поз. 1
с маркировкой "2110-2905003" и поворотный кулак в сборе поз. 9 с
а на правую сторону телескопичскую стойку -
10-2905002" и поворотный кулак в сборе - "14
В каждую переднюю подвеску с обеих сторон должны
устанавливаться пружины поз. 20 одной размерной группы
и передние гайки поз. 36
должны быть затянуты до выбора зазоров в сочленениях
и передние гайки поз. 36 окончательно
затягивать моментами
указанными в таблице
нагрузке 3136 Н (320 кгс) [4 человека и 392 Н (40 кгс) груза в
Гайку поз. 37 застопорить путем замятия буртика гайки в двух
местах в паз шаружного шарнира привода передних колес
Гайки поз. 38 устанавливать
Угол продольного наклона оси поворота регулировать
регулировочными шайбами поз. 15. Фаски на шайбах должны быть
обращены в сторону упорного конца растяжки поз. 28. Это же
правило соблюдается для шайбы поз. 16
когда полностью удалены
регулировочные шайбы.
Поворотом болта поз. 17 регулировать развал колес
Перед затяжкой задней гайки поз. 36
растяжку на специальное приспособление
расположение осей рычага и растяжки в одной плоскости.
При затягивании болтов поз. 28 использовать только торцевой
При установке защитных чехлов поз. 8 заложите в каждый
чехол 6 г стазки ШРБ-4
Перед установкой верхней опоры поз. 2 смочить её в
омыловочной жидкости
отслоения и следы утечки смазки на чехле поз. 8
При установке стабилизатора поперечной устойчивости поз. 4
не допускается продольное смещение подушек на штанге
* Размеры для справок
Моменты затяжки резьбовых соединений

Автомобиль ВАЗ-2110.cdw

Технические характеристики:
Максимальная снаряженная масса
Максимальная скорость
Максимальная мощность
Максимальный крутящий момент
при оборотах n=5600обмин
при оборотах n=3400обмин

Штанга стабилизатора.cdw

Штанга стабилизатора
Сталь 60С2Х ГОСТ 14959-79
валосовины и зазубрины не допускаются.
Длина штанги в развернутом состоянии l=1291
Покрытие - фосфатирующая грунтовка ВЛ-02 ГОСТ 12707-77
* Размеры для справок

Спецификация подвески.cdw

Опора верхняя стойки
Стабилизатор поперечной
Рычаг нижний в сборе
Стойка телескопическая
Шайба переднего шарнира
Шайба регулировочная
Кольцо уплотнительное
Колпак ступицы колеса

Шаровая.cdw

Сталь 12ХН3А ГОСТ 10702-78
Неуказанные радиусы скруглении R1
допускается цементация остальных

Болт верхней опоры.cdw

Сталь 35 ГОСТ 1050-88
Притупить острые кромки и убрать заусенцы

Пружина.cdw

Сталь 65С2ВА ГОСТ 14959-79
Модуль сдвига G=78000 МПа
Направление навивки пружины - правое
n=5 число витков рабочее
Длина пружины в развернутом состоянии l=2838
Покрытие - хлоркаучуковая эмаль
Пружины сортировать на две партии: "А" и "В". Партию
"А" комплектовать из пружин
контрольной нагрузкой от 182
"В" комплектовать из пружин
контрольной нагрузкой св. 189
партии "А" покрывать желтой эмалью
* Размеры для справок
Остальные требования по ГОСТ 16118-70

Силы в подвеске.frw

КП.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «АВТОМОБИЛИ»
ПЕРЕДНЯЯ ПОДВЕСКА ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина «Конструирование и расчет автомобиля и трактора»
Специальность 190201 «Автомобиле- и тракторостроение»
Анализ конструкции и обоснование выбора проектируемого узла4
1 Основные сведения о подвеске4
1.1 Понятие. Состав. Классификация. Требования4
1.2 Направляющие устройства6
1.3 Упругие устройства7
1.4 Гасящие устройства9
1.5 Стабилизирующие устройства10
2 Подвески легковых автомобилей11
3 Устройство передней подвески18
4 в конструкции передней подвески20
Определение основных параметров и расчет проектируемого узла22
2 Расчет параметров упругих элементов25
3 Расчет параметров направляющих элементов33
4 Расчет параметров гасящего элемента42
В настоящее время наша жизнь немыслима без автомобильного транспорта. Основной задачей автомобильного транспорта является полное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках при возможно меньших материальных и трудовых затратах при обеспечении высокого уровня безопасности дорожного движения и экологичности. Около 80% всех перевозимы грузов и 90% пассажиров перевозятся автомобилями.
Одни из наиболее важных элементов автомобиля является его подвеска поскольку от качества их выполнения зависит не только надежность и долговечность автомобиля но и сохранность перевозимого груза и комфортабельность перевозки пассажиров.
Подвеска – совокупность устройств обеспечивающих упругую связь между подрессоренной и неподрессоренными массами. Она уменьшает динамические нагрузки действующие на подрессоренную массу. Подвеска состоит из трех основных устройств: упругого направляющего и демпфирующего. В некоторых случаях для уменьшения крена в подвеску добавляется стабилизирующее устройство.
Конструкция подвески должна: обеспечивать требуемую плавность хода; иметь кинематические характеристики отвечающие требованиям устойчивости и управляемости автомобиля.
Целью данного курсового проекта является конструирование и расчет основных параметров подвески легкового автомобиля а также приобретение навыков использования знаний полученных в дисциплине «Конструирование и расчет автомобиля».
Анализ конструкции и обоснование выбора проектируемого узла
1 Основные сведения о подвеске
1.1 Понятие. Состав. Классификация. Требования
Подвеской автомобиля называется совокупность деталей обеспечивающих упругую связь между кузовом (рамой) и колесами автомобиля уменьшение динамических нагрузок на кузов и колёса и затухание их колебаний а также в некоторых случаях регулирование положения кузова автомобиля.
Подвеска выполняет следующие функции: физически соединяет колеса или неразрезные мосты с несущей системой автомобиля - кузовом или рамой; передает на несущую систему силы и моменты возникающие при взаимодействии колес с дорогой; обеспечивает требуемый характер перемещения колес относительно кузова или рамы а также необходимую плавность хода; во время езды она вместе с шинами поглощает и демпфирует различные вибрации колебания и удары действующие на автомобиль из-за неровностей поверхности дороги защищая от их воздействия пассажиров и груз и улучшая устойчивость движения.
Плавность хода - свойство автомобиля защищать перевозимых людей и грузы от воздействия неровностей дороги. Смягчая толчки и удары от дорожных неровностей подвеска обеспечивает возможность движения автомобиля без дискомфорта и быстрой утомляемости людей.
Подвеска разделяет все массы автомобиля на две части - подрессоренные и неподрессоренные.
Подрессоренные - части опирающиеся на подвеску: кузов рама и закрепленные на них механизмы а неподрессоренные - части опирающиеся на дорогу: мосты колеса тормозные механизмы.
Особое внимание при проектировании уделяется собственной частоте колебаний подрессоренной части. Колебания с частотой менее 1 Гц вызывают у многих тошноту. При частоте колебаний свыше 15 Гц утрачивается ощущение комфорта а колебания с частотой выше 5 Гц воспринимаются как вибрация то есть собственная частота должна составлять 1- 15 Гц. Собственная частота колебаний кузова зависит главным образом от жесткости упругих элементов и от величины подрессоренной массы.
Подвеска автомобиля состоит из четырех основных устройств — направляющего упругого гасящего и стабилизирующего.
Направляющее устройство подвески направляет движение колеса и определяет характер его перемещения относительно кузова и дороги. Направляющее устройство передает продольные и поперечные силы и их моменты между колесом и кузовом автомобиля.
Упругое устройство подвески смягчает толчки и удары передаваемые от колеса на кузов автомобиля при наезде на дорожные неровности. Упругое устройство исключает копирование кузовом неровностей дороги и улучшает плавность хода автомобиля.
Гасящее устройство подвески уменьшает колебания кузова и колес автомобиля возникающие при движении по неровностям дороги и приводит к их затуханию. Гасящее устройство превращает механическую энергию колебаний в тепловую энергию с последующим ее рассеиванием в окружающую среду.
Стабилизирующее устройство подвески уменьшает боковой крен и поперечные угловые колебания кузова автомобиля.
На автомобилях применяются различные типы подвесок (рис. 1).
Рис. 1 Типы подвесок
Основными требованиями предъявляемые к подвеске:
упругая характеристика подвески должна обеспечивать защиту пассажиров от воздействия колебаний угрожающих их здоровью или создающих неприятные ощущения а также сохранение целостности перевозимого груза;
кинематическая схема должна создать условия для возможного малого изменения колеи и углов установки колёс соответствие кинематики колес кинематике рулевого привода исключающее колебания управляемых колес вокруг оси поворота;
оптимальная величина затухания колебаний кузова и колес;
надежная передача от колес кузову или раме усилий и моментов;
малая масса элементов подвески и особенно неподрессоренных частей;
достаточная прочность и долговечность деталей подвески;
применяемые шарниры должны легко поворачиваться и обеспечивать шумоизоляцию кузова.
1.2 Направляющие устройства
Зависимая подвеска (рис. 2) - вариант при котором колеса одной оси автомобиля связаны между собой жесткой балкой. При наезде на препятствие одного из колес второе наклоняется на тот же угол. Она проще дешевле имеет постоянную колею но в тоже время балка моста имеет большие неподрессорные массы. Кроме этого при противоположных ходах левого и правого колёс одной оси наблюдается значительный их наклон следствием чего являются резонансные колебания колёс в поперечной плоскости (эффект шимми) - машину начинает трясти.
Рис. 2 Схема зависимой подвески
Независимая подвеска (рис. 3) - вариант при котором колеса одной оси автомобиля не связаны жестко друг с другом. При наезде на препятствие одно из колес может менять свое положение не изменяя при этом положения второго колеса. Она имеет гораздо больше преимуществ поэтому и распространена сейчас больше а также характеризуется применением рычагов. Варианты ее различаются по типу направляющего устройства: рычажные телескопические и подвеска Макферсон. По расположению плоскости качания рычагов: продольно-рычажная поперечно-рычажная (рис. 3) и диагонально-рычажная. И по количеству рычагов: однорычажные двухрычажные и многорычажные.
Рис. 3 Схема независимой подвески
1.3 Упругие устройства
Рессора состоит из собранных вместе отдельных листов выгнутой формы. Стальные листы имеют обычно прямоугольное сечение одинаковую ширину и различную длину.
Рессоры бывают многолистовые малолистовые и однолистовые. Из соображения низкой стоимости и массы больше подходят однолистовые рессоры. Также в ней отсутствует межлистовое трение которое способствует передаче неровностей микропрофиля дороги телу человека по величине возмущения не превосходящих величину трения. Однако однолистовые рессоры не применяют из-за трудности размещения рессоры большой длины а также по соображениям безопасности. Поломка однолистовой рессоры означала бы немедленную потерю управляемости. Этим объясняется то что наибольшее распространение имеют малолистовые рессоры.
Основное преимущество рессор в том что они одновременно выполняют функцию упругого и направляющего элемента. Кроме того листовые рессоры просты в изготовлении и легко доступны для ремонта в эксплуатации. По сравнению с упругими устройствами других типов листовые рессоры имеют повышенную массу менее долговечны обладают сухим (межлистовым) трением что способствует нечувствительности рессоры к мелким неровностям дороги ухудшают плавность хода автомобиля и требуют ухода (смазывания) в процессе эксплуатации.
Винтовые пружины применяются в передней и задней подвесках. В основном применяются пружины с постоянной толщиной проволоки и шагом навивки которые имеют линейную характеристику в данном случае требуемая характеристика обеспечивается дополнительным упругим элементом. Нужная прогрессивность задней подвески может быть создана цилиндрическими пружинами с переменным шагом витка и фасонными пружинами.
В подвеске витые пружины воспринимают только вертикальные нагрузки и не могут передавать продольные и поперечные усилия и их моменты от колес на раму и кузов автомобиля. Поэтому при их установке требуется применять направляющие устройства. При использовании витых пружин также необходимы гасящие устройства. По сравнению с листовыми рессорами спиральные пружины имеют меньшую массу более долговечны и энергоемки просты в изготовлении и не требуют технического обслуживания.
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 (шестигранные и т.д.). С помощью головок торсион одним концом крепится к раме или кузову автомобиля а другим - к рычагам подвески. Упругость связи колеса с рамой обеспечивается вследствие скручивания торсиона.
Торсионы наиболее распространены в независимых подвесках. Их располагают вдоль или поперек автомобиля.
Торсионы как и пружины требуют применения направляющих и гасящих устройств. Торсионы имеют те же преимущества что и спиральные пружины. Однако по сравнению со спиральными пружинами торсионы менее долговечны и более дорогостоящие но занимают существенно меньшее свободное пространство и требуют незначительные затраты на техническое обслуживание.
В пневматическом упругом элементе упругие свойства обеспечиваются за счет сжатия воздуха. В автомобилестроении наиболее часто используется три типа пневматических упругих элементов: круглые пневмобаллоны рукавные и диафрагменные.
Пневматическая подвеска позволяет поддерживать кузов автомобиля на постоянном уровне она также может применяться в комбинации с регулируемыми амортизаторами. Пневматическая подвеска позволяет относительно просто реализовать регулирование уровня кузова. При регулировании кузов автомобиля находится в статическом состоянии на постоянном уровне т. е. поддерживается постоянный дорожный просвет. Регулирование уровня кузова осуществляется изменением давления и соответствующего ему объема воздуха в упругих элементах. Статическое положение кузова при этом не зависит от нагрузки.
Гидропневматический упругий 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.
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. При колебаниях кузова жидкость проходит через систему клапанов и испытывает сопротивление чем и обеспечивается гашение колебании несущей системы.
Гидропневматические подвески обеспечивают высокую плавность хода возможность регулировки положения кузова и эффективное гашение колебаний. К основным недостаткам такой подвески относится ее сложность и высокая стоимость.
Резиновые упругие элементы широко применяются в подвесках современных автомобилей в виде дополнительных упругих устройств которые называются ограничителями или буферами. Часто внутрь буферов вулканизируют металлическую арматуру которая повышает их долговечность и служит для крепления буферов.
Буфера подразделяются на буфера сжатия и отдачи. Первые ограничивают ход колес вверх а вторые – вниз.
1.4 Гасящие устройства
Амортизаторы служат для гашения колебаний кузова и колес автомобиля и повышения безопасности движения автомобиля. В передних и задних подвесках автомобиля применяют амортизаторы телескопического типа.
Гидравлические амортизаторы гасят колебания кузова и колес автомобиля в результате создаваемого ими сопротивления (жидкостного трения) перетеканию жидкости через дроссельные отверстия. Амортизаторы аналогичны по конструкции поршневым насосам. Отличие состоит в том что амортизаторная жидкость (масло) перекачивается только внутри амортизаторов из одной камеры в другую по замкнутому кругу циркуляции.
Амортизаторы повышают безопасность движения автомобиля так как предотвращают отрыв колес от поверхности дороги и обеспечивают их постоянный контакт с дорогой.
По конструкции они бывают однотрубные и двухтрубные (рис. 4)
Рис. 4 Виды амортизаторов
В однотрубном амортизаторе рабочая и компенсационная полости расположены в одном общем цилиндре.объема рабочей жидкости в результате ее температурного расширения и вытеснения штоком поршня компенсируются за счет объема газовой полости. Газ в этой полости находится под давлением от 25 до 30 бар. В поршне амортизатора установлены дросселирующие клапаны хода сжатия и отдачи.
Амортизаторы этого типа лучше охлаждаются имеют меньшее рабочее давление проще по конструкции легче по массе более надежны в работе. Однако они имеют большую длину и стоимость требуют точности изготовления и уплотнений.
Двухтрубный амортизатор чаще других встречается в подвеске автомобиля. Его корпус образован двумя расположенными одна в другой трубами. Внутренняя труба образует рабочий цилиндр который полностью заполнен гидравлической жидкостью. В цилиндре перемещается вверх и вниз шток с поршнем в котором расположены клапаны. Снизу цилиндр закрыт днищем с клапанами сжатия и перепуска. Наружная труба образует компенсационную полость. Эта полость заполнена рабочей жидкостью только частично. Объем над жидкостью заполнен газом.
В компенсационную полость перетекает рабочая жидкость вытесняемая из рабочего цилиндра. Гашение колебаний производится в результате дросселирования рабочей жидкости при ее перетекании через клапаны расположенные в поршне и днище рабочего цилиндра амортизатора.
1.5 Стабилизирующие устройства
При движении автомобиля в повороте или по змейке под действием центробежных сил происходит перераспределение нагрузки между упругими элементами подвесок: со стороны наружных колес по отношению к радиусу качения нагрузка повышается а с внутренней – снижается. В результате автомобиль кренится или раскачивается в поперечной плоскости. Подобные явления очень опасны так как способны вызвать опрокидывание автомобиля и потерю контроля над его управляемостью.
Исключить эти недостатки можно использованием стабилизатора поперечной устойчивости работающий только в случаях перемещения колес одной оси в разных направлениях – одно вверх другое вниз.
Конструктивно стабилизатор представляет собой штангу U-образной формы с изогнутыми под определенными углами концами которая средней частью связана с кузовом а концами – с рычагами подвески. Изготавливают стабилизаторы из отрезка цилиндрического профиля. В качестве материала используют специальную сталь которая при скручивании способна работать как упругий элемент.
Рис. 5 Принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости
При боковых кренах и поперечных угловых колебаниях кузова концы стабилизатора перемещаются в разные стороны: один опускается а другой поднимается. Вследствие этого средняя часть стабилизатора закручивается начиная работать как упругий элемент в результате чего со стороны крена стабилизатор стремится приподнять автомобиль а с другой сжав упругий элемент подвески – опустить его (рис. 5). Стабилизатор не препятствует вертикальным и продольным угловым колебаниям кузова при которых он свободно поворачивается в своих опорах. Так обеспечивается выравнивание автомобиля по отношению к плоскости дороги.
2 Подвески легковых автомобилей
Подвеска МакФерсона (рис. 6) представляет собой подвеску колеса состоящую из одного рычага стабилизатора поперечной устойчивости и блока из пружинного элемента и амортизатора телескопического типа называемого качающейся свечой в связи с тем что он закреплен в верхней части к кузову при помощи упругого шарнира и может качаться при движении колеса вверх-вниз.
Это наиболее широко применяемая система независимой подвески для передней подвески автомобилей небольших и средних размеров. Также она нашла применение и на тяжелых самосвалах.
Её особенностью является возможность совмещения в стойке функций направляющего и гасящего устройств что приводит к упрощению конструкции и снижению массы подвески по сравнению с подвеской на двух поперечных рычагах. Также преимущества этой подвески: небольшое по объёму занимаемое пространство (большое подкапотное пространство и как следствие возможность разместить большой двигатель) меньшие по величине силы в местах присоединения к кузову положение мгновенного центра крена подвески может быть достаточно высокое что уменьшает высоту крена и снижает жесткость стабилизатора поперечной устойчивости. а также возможность осуществления больших ходов что является пожалуй основным преимуществом и причиной её применения на переднем мосту.
К её недостаткам можно отнести: несколько худшие кинематические параметры чем у подвески на двойных поперечных рычагах трудности связанные с обеспечением изоляции от дорожных шумов и вибраций длинные рулевые тяги при верхнем расположении реечного рулевого механизма меньшая компенсация дифферента при торможении. Но в связи с технологичностью и дешевизной данный тип подвески получил очень большое распространение в современном автомобилестроении.
Простота конструкции;
Невысокие неподрессоренные массы;
Невысокая стоимость.
Несколько худшие кинематические параметры чем у двухрычажной подвески;
Трудности с изоляцией от дорожных вибрации.
Рис. 6 Подвеска Макферсон
Однорычажная подвеска
Однорычажная подвеска (рис. 3) – самая простая по конструкции независимая подвеска. Её недостаток заключается в значительном изменении размера колеи и плоскости вращения колеса что приводит к гироскопическому эффекту приводящий к колебаниям колес относительно оси поворота поэтому такой тип подвески не применяется для передних управляемых колес.
Невысокая стоимость;
Небольшие неподрессоренные массы.
Плохая кинематика колес.
Двухрычажная подвеска
Подвеска на двойных поперечных рычагах (рис. 7) широко используется в качестве передней подвески небольших грузовых автомобилей и передней и задней подвески легковых автомобилей. В этой подвеске есть два поперечных рычага имеющих поворотные опоры (сайлент-блоки) на раме балке или кузове. Внутренние концы рычагов подвижно закреплены на несущей системе автомобиля а наружные в случае передней подвески соединяются с помощью шаровых опор с поворотным кулаком.
У большинства современных систем подвески рычаги выполняются непараллельными и неодинаковой длины (обычно с коротким верхним и длинным нижним). Это вызывает минимальные поперечные перемещения колеса а также незначительные угловые перемещения при ходе вверх и вниз.
Подвеска считается по сравнению с другими видами подвесок наиболее совершенной с точки зрения кинематики и как следствие очень распространено ее использование на спортивных и гоночных автомобилях.
Хорошая кинематика колес;
Низкая неподрессоренная масса.
Повышенная стоимость;
Трудности в обеспечении передней зоны деформации кузова с заданным поглощением энергии.
Рис. 7 Подвеска на двойных поперечных рычагах
Многорычажная подвеска
Многорычажная подвеска (рис. 8) несколько напоминают двухрычажную подвеску и имеют все ее положительные качества. Эти подвески более сложны и боле дороги но обеспечивают большую плавность хода и лучшую управляемость автомобиля. Большое количеств элементов - сайлент-блоков и шаровых шарниров хорошо гасят удары при резком наезде на препятствия. Все элементы крепятся на подрамнике через мощные сайлент-блоки что позволяет увеличить шумоизоляцию автомобиля от колес.
Многорычажная подвеска дает стабильный контакт колес с любым покрытием на дороге и четкий контроль автомобиля при изменениях направления движения.
Наиболее наилучшая кинематика колес;
Хорошие демпфирующие свойства;
Рис. 8 Многорычажная подвеска
Задняя зависимая подвеска
Задняя зависимая подвеска (рис. 9): задняя подвеска с цилиндрическими пружинами. В этом случае балка заднего моста "подвешивается" на двух винтовых пружинах и дополнительно крепится к кузову при помощи четырех продольных рычагов. Кроме этого для улучшения управляемости уменьшения крена кузова в поворотах и улучшения плавности хода устанавливается поперечная реактивная штанга.
Основным недостатком этого типа подвески является значительная масса балки заднего моста. Этот показатель особенно возрастает когда мост выполняется ведущим: приходится "нагружать" балку весом картера главной передачи редуктора и т.п. А приводит все это к возрастанию так называемых неподрессоренных масс из-за чего значительно ухудшается плавность хода и появляются вибрации.
Значительная масса балки заднего моста (высокая неподрессоренная масса);
Рис. 9 Зависимая пружинная подвеска
Полунезависимая подвеска
В отдельный класс также можно выделить полунезависимую подвеску (рис. 10). По-другому её можно назвать: подвеска с закручивающейся балкой. Конструктивно она выполняется в виде двух продольных рычагов которые соединены посередине балкой. Как правило это задняя подвеска недорогих переднеприводных автомобилей.
Небольшие неподрессоренные массы;
Оптимальная кинематика колес.
Применяется только на не ведущем заднем мосту.
Рис. 10 Полунезависимая подвеска
Стремясь как можно больше "облегчить" задний мост инженеры многих автомобильных компаний начали применять подвеску типа "ДеДион" (рис. 11). Главное ее отличие - картер главной передачи теперь отделен от балки моста и прикреплен непосредственно к кузову. Теперь крутящий момент передается от двигателя автомобиля к ведущим колесам через полуоси качающиеся на шарнирах равных угловых скоростей. Этот тип подвески может быть как зависимым так и независимым.
Рис. 11 Подвеска "ДеДион":
– амортизатор; 2 – витая пружина; 3 – приводной вал; 4 – тормозной диск; 5 – дифференциал (закреплен на раме); 6 – задний рычаг; 7 – шлицевая муфта; 8 – поперечный рычаг; 9 – неразрезная балка; 10 – верхний рычаг.
3 Устройство передней подвески
В качестве прототипа взята подвеска легкового автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 12).
Эта рычажно-телескопическая подвеска (подвеска Макферсон) соответственно она независимая и с телескопическими гидравлическими амортизаторными стойками у данной подвески упругими элементами являются винтовые цилиндрические пружины направляющими: нижние поперечные рычаги с растяжками и телескопическая стойка которая совмещает в себе функцию направляющего и гасящего элемента также подвеска имеет стабилизатор поперечной устойчивости.
Основа подвески – телескопическая гидравлическая амортизаторная стойка 16. Её нижняя часть соединена с поворотным кулаком 19 двумя болтами. Верхний болт 18 проходящий через отверстие кронштейна телескопической стойки имеет эксцентриковый поясок и эксцентриковую шайбу. Поворотом этого болта регулируется развал переднего колеса.
На телескопической стойке установлены: витая цилиндрическая пружина 7 пенополиуретановый буфер хода сжатия 9 с защитным кожухом 8 а также верхняя опора стойки 12 в сборе с подшипником 11.
Верхняя опора крепится тремя самоконтрящимися гайками к стойке брызговика кузова. За счет своей эластичности опора дает возможность стойке качаться при ходах подвески и гасит высокочастотные колебания. Запрессованный в нее подшипник позволяет стойке поворачиваться вместе с управляемыми колесами.
В корпусе стойки смонтированы детали телескопического гидравлического амортизатора.
Нижняя часть поворотного кулака соединена с нижним рычагом подвески 20 через шаровую опору 1. Опора закреплена двумя «глухими» болтами.
Тормозные и тяговые силы воспринимаются продольными растяжками соединенными через резинометаллические шарниры с нижними рычагами и с кронштейнами. В местах соединения (на обоих концах растяжки) установлены регулировочные шайбы угла продольного наклона оси поворота.
Стабилизатор поперечной устойчивости – штанга из пружинной стали. Концы стабилизатора через стойки с резинометаллическими шарнирами соединены с нижними рычагами подвески. Средняя часть штанги крепится к кузову кронштейнами через резиновые подушки.
4 в конструкции передней подвески
Для регулировки клиренса автомобиля увеличения срока службы верхней опоры равномерного износа поверхности штока амортизатора и уменьшения шумов в подвеску были внесены изменения на основании патента на полезную модель РФ №59483 (рис. 13).
Поставленная задача решается в предлагаемой передней подвеске автомобиля тем что нижняя чашка устанавливается на радиально-упорный подшипник внутреннее кольцо которого жестко закреплено на корпусе стойки с помощью шлицевых гаек которые в свою очередь соединены со стойкой резьбовым соединением а наружное кольцо подшипника жестко соединено с нижней чашкой пружины с возможностью поворота корпуса стойки относительно остающихся неподвижными пружины нижней и верхней чашки и штока стойки. Стопорение шлицевых гаек осуществляется за счет того что верхняя гайка по отношению к нижней является контргайкой. За место подшипника верхней опоры устанавливается стальная шайба к которой крепится телескопическая стойка. Между пружиной и верхней чашкой установлена эластичная прокладка верхняя чашка с помощью точечной сварки соединяется с корпусом верхней опоры.
При движении автомобиля происходит возвратно-поступательное движение штока корпуса стойки и одновременно его вращательное движение которое делает более равномерным износ хромированной поверхности штока тем самым увеличивается срок службы штока и амортизатора.
Установка нижней чашки пружины на подшипник с одновременной установкой верхней чашки без подшипника непосредственно на корпусе верхней опоры позволяет регулировать клиренс автомобиля за счет перемещения нижней чашки вдоль корпуса стойки с помощью шлицевых гаек.
Так как часть нагрузки передается на кузов через пружину прокладку верхнюю чашку и корпус верхней опоры то упругий элемент верхней опоры разгружается чем и повышается её долговечность.
Добавление прокладки между верхней чашкой и пружиной позволяет устранить шум вызванный ударами витков пружины о чашку вследствие их неплотного прилегания и обеспечивает гашение колебаний передающихся через пружину.
Рис. 13 Схема из патента на полезную модель №59483
Определение основных параметров и расчет проектируемого узла
Рис. 14 Автомобиль ВАЗ-2110
) Общие параметры автомобиля:
Таблица 1 – Параметры автомобиля ВАЗ-2110
Параметры автомобиля ВАЗ-2110
Снаряженная масса кг
Номинальная мощность л.с.(кВт) при частоте вращения коленчатого вала обмин
Максимальный крутящий момент Нм при частоте вращения коленчатого вала обмин
Максимальная скорость не менее кмч
Высота центра тяжести для полностью груженого автомобиля м
Расстояние от центра тяжести до передней оси для полностью груженого автомобиля м
) Основные геометрические параметры подвески в статическом положении:
Рис. 15 Геометрические параметры подвески в статическом положении
Подвеска имеет следующие конструктивные параметры (рис. 15):
Угол поперечного наклона оси поворота ;
Угол смещения оси амортизатора и пружины относительно оси стойки.
Расстояние от поверхности дороги до центра шаровой опоры;
Угол наклона поперечного рычага ;
Расстояние характеризующее длину амортизаторной стойки где .
) Параметры шины (данные из ГОСТ 20993-75):
Таблица 2 – Параметры шин автомобиля ВАЗ-2110
Статический радиус мм
Максимальная допускаемая нагрузка на шину кг
Внутреннее давление МПа
Согласно ГОСТ 20993-75 шина 16570 R 13 относится к серии «70».
) Данные о рассчитываемых деталях:
Величина диаметра штока и поршня амортизатора берется такой же как и у прототипа: и .
Для определения теплового режима амортизатора представим амортизационную стойку в виде цилиндра у которого диаметр равен среднему внешнему диаметру корпуса стойки а высота высоте стойке омываемой амортизационной жидкостью .
Таблица 3 – Характеристика деталей передней подвески автомобиля ВАЗ-2110
Допускаемые напряжения МПа
Модули упругости МПа
Первого рода = 21105
Второго рода = 78104
Обозначения в табл. 3: – касательные напряжения – нормальные напряжения.
Диаметр прутка пружины ;
Параметры нижнего рычага:
Расстояние от центра шаровой опоры до опасного сечения рычага: ;
Размеры опасного сечения рычага: и (рис. 16).
Рис. 16 Опасное сечение нижнего рычага
2 Расчет параметров упругих элементов
Целью расчета является определение основных параметров пружины и буферов и построение упругой характеристики подвески.
) Рассчитаем максимальную статическую нагрузку приходящуюся на одно переднее колесо:
где коэффициент сцепного веса: для переднеприводного полностью загруженного автомобиля .
) Определим необходимую приведённую к колесу жесткость подвески:
где – угловая частота собственных колебаний подрессоренной части: радс.
) Рассчитаем статический прогиб и динамический ход подвески:
где – ускорение силы тяжести: мс2.
) Рассчитаем ход отбоя:
) Определяем ход подвески приходящийся на буфер сжатия и отбоя:
) Рассчитываем энергоемкость подвески (максимальную динамическую нагрузку воспринимаемую подвеской ):
где – коэффициент динамичности: для автомобилей ограниченной проходимости .
) Рассчитаем жесткость шин:
Для начала определяем жесткость шин при внутреннем давлении :
где – поправочный коэффициент: для шин серии «70» .
Так как жесткость шин линейно зависит от их внутреннего давления то для определения жесткости при рабочем давлении можно воспользоваться следующей формулой:
где – рабочее внутреннее давление: .
) Определим приведённую жесткость пружины:
Для последовательно соединённых упругих элементов результирующая жесткость будет рассчитываться по формуле:
Выразим из формулы (2.11) – приведённая жесткость пружины:
) Определяем передаточное число по ходу:
) Рассчитаем передаточное число по силе направляющего аппарата подвески графоаналитическим способом:
Передаточное число по силе – это отношение силы на пружине к вертикальной силе на колесе. Для определения этого отношения воспользуемся теоремой о трех силах из которой получается что при равновесии системы вертикальная сила приложенная в центре контакта колеса с дорогой сила действующая по оси нижнего рычага и сила от стойки должны пересекаться в одной точке (рис. 17) исходя из этого получим треугольник сил (рис. 18).
Рис. 17 Схема действия сил в статическом положении подвески
Рис. 18 Треугольник сил для статического положения подвески
Составляющая направленная из центра верхней опоры и действующая на стойку в свою очередь может быть разложена на две составляющие силы: сила действующая вдоль оси пружины и сила воспринимаемая штоком в направляющей и поршнем .
После построения треугольников определим графическим способом отношение длины – длина вектора к длине – длина вектора которое и будет равно передаточному числу по силе.
) Определяем жесткость пружины:
) Рассчитываем геометрические параметры пружины:
К геометрическим параметрам пружины относится средний диаметр который выбирается из соображений компоновки принимаем диаметр проволоки количество рабочих витков полное количество витков длина в сжатом состоянии длина в свободном состоянии шаг навивки и длина проволоки необходимая для изготовления пружины .
Выбираем для подвески пружину с нешлифованными и поджатыми на крайними витками.
1) Проверим условие прочности при статической и динамической нагрузке:
Расчет пружины ведется в случае действия максимальной статической нагрузки и максимальной динамической .
Так как при действии максимальной динамической нагрузки геометрия подвески значительно меняется то ранее построенным треугольником сил (рис. 18) для определения передаточного числа по силе воспользоваться не получится то построим новый треугольник сил используя эту же методику построения. Обозначения сил соответствует обозначениям на рис. 18 отличие лишь в том что у обозначении сил при действии максимальной динамической нагрузки в индексе прибавляется «max». Далее обозначения сил будут образовываться аналогичным образом только за место «max» будет прибавляться соответствующее для рассматриваемого случая сокращение (Рис. 19).
Рис. 19 Треугольник сил для максимальной динамической нагрузки
Передаточное число при действий максимальной динамической нагрузки рассчитывается по формуле (2.13):
Максимальная динамическая сила действующая на пружину рассчитывается по формуле:
Касательные напряжения в пружине определяются по формуле:
где – минимальный диаметр проволоки: о ; – коэффициент учитывающий влияние кривизны витка зависит от индекса пружины : для полученного индекса значение коэффициента определяем по рис. 2.123 [9] получаем .
Так как условие прочности выполняется следовательно параметры: и подобраны правильно.
2) Определим число рабочих витков из условия обеспечения необходимой жесткости рассчитанной по формуле (2.14):
3) Определяем полное число витков пружины:
4) Для определения шага навивки для начала определим гарантированный зазор между двумя витками исключающий касание витков:
где – поправочный коэффициент зависящий от индекса пружины: определяем по рис. 2.125 [9] получаем ; где – максимальный диаметр проволоки: .
5) Определяем длину пружины в полностью сжатом состоянии:
6) Определяем длину пружины в свободном состоянии:
7) Определяем длину проволоки необходимую для изготовления пружины:
) По результатам расчета строим упругую характеристику подвески:
Рис. 20 Упругая характеристика подвески
На графике (рис. 20) указана точка соответствующая статическому положению.
3 Расчет параметров направляющих элементов
Целью расчета является проверка условия прочности направляющих элементов подвески.
Напряжения в элементах направляющего устройства рассчитывается для различных случаев нагружения: при максимальной тормозной силе при заносе и переезде препятствия.
Для различных случаев нагружения рассчитаем изгибающий момент в опасных сечениях штока и нижнего рычага расчет рычага ведется только при максимальной тормозной силе так как в остальных режимах на рычаг будут действовать только продольные силы которые создают меньшие напряжения по сравнению с поперечными они будут вызывать сжатие рычага и сдвиг конца растяжки а поперечные – изгиб рычага. Далее по максимальным значениям действующих нагрузок проведем проверочный расчет на прочность.
) Максимальная тормозная сила:
1) Рассчитаем максимальную тормозную силу на переднем колесе по формуле:
где – коэффициент сцепления: при расчетах принимается .
2) Определим изгибающий момент в рычаге:
2.1) Определим действующую на рычаг силу :
Изобразим расчётную схему (рис. 21) и воспользуемся уравнениями статики.
Рис. 21 Схема действия сил в подвеске при торможении
Для статической системы сумма моментов всех сил относительно одной точки и сумма проекции всех сил на одну ось равна нулю:
где – момент – количество сил.
где – проекция i-ой силы на ось.
Составим уравнение моментов относительно точки B:
2.2) Определим изгибающий момент в рычаге:
3) Определим изгибающий момент в штоке:
Шток будет изгибаться под действие не только тормозной силы но и под действием вертикальной силы. Определим изгибающий момент для каждой силы после чего сложим эти моменты.
3.1) Определим изгибающий момент штока от тормозной силы:
Составим уравнение равновесия относительно оси x (рис. 21):
Опасным сечением штока будет место выхода штока из телескопической стойки то есть в точке C изгибающий момент в штоке от тормозной силы определяется по формуле:
где – расстояние O (см. рис. 15) при максимальной тормозной силе: определим его исходя из изменения прогиба подвески изменение прогиба определяем по рис. 20 получаем изменение расстояния пренебрегая передаточным числом по перемещению будет равно изменению прогиба подвески а так как размер при торможении будет уменьшаться то .
3.2) Определим изгибающий момент штока от вертикальной силы:
Вертикальная сила при действии максимальной тормозной силы определяется по формуле:
Для определения реакции в точке B от силы построим треугольник сил (рис. 2223) силы строятся на схеме в статическом положении:
Рис. 22 Схема сил в подвеске при действии вертикальной силы на колесе
Определим реакцию на основании формулы (2.13) можно записать:
где и – длины векторов сил: и .
Рассчитаем изгибающий момент в штоке от силы по формуле:
Рис. 23 Треугольник сил при действии вертикальной силы на колесе
3.3) Сложим моменты:
Так как моменты перпендикулярны друг другу то результирующий момент рассчитывается по формуле:
В этом случае отсутствуют только продольные реакций. Расчет ведется как для внутреннего так и для наружного колеса.
1) Проведем расчет для внутреннего колеса:
Вертикальная реакция для внутреннего колеса без учета действия стабилизатора поперечной устойчивости определяется по формуле:
где – коэффициент сцепления при боковом скольжении: .
Поперечная сила на колесе определяется по формуле:
1.1) Определим максимальный изгибающий момент в штоке от боковой силы:
Также строим расчетную схему (рис. 24) и треугольник сил (рис. 25).
Рис. 24 Схема сил в подвеске при заносе
Рис. 25 Треугольник сил при действии боковой силы
Определим максимальный изгибающий момент в штоке:
где – расстояние O на внутреннем колесе при заносе: определяем его по методике изложенной ранее .
1.2) Определим максимальный изгибающий момент в штоке от вертикальной силы:
Так как подобный случай мы рассматривали ранее то воспользуемся схемой представленной на рис. 22 и треугольником сил изображённым на рис. 23. За место сил будут силы .
Рассчитаем изгибающий момент в штоке от силы :
1.3) Определим результирующий изгибающий момент в штоке:
Так как моменты сонаправлены то результирующий момент на штоке внутреннего колеса рассчитывается по формуле:
2) Проведем расчет для внешнего колеса:
Используя эти же обозначения сил и моментов эти же треугольники сил и схемы (рис. 23242526) формулы что и для внутреннего колеса проведем расчет изгибающего момента на штоке внешнего колеса учитывая при этом что сила изменит свое направление.
Вертикальная реакция для внешнего колеса без учета действия стабилизатора поперечной устойчивости определяется по формуле:
2.1) Определим максимальный изгибающий момент в штоке от боковой силы:
где – расстояние O на внешнем колесе при заносе: .
В данном случае изгибающий момент изменит свое направление то есть моменты и будут направлены в противоположные стороны то результирующий момент на штоке внешнего колеса рассчитывается по формуле:
) Переезд препятствия:
В этом случае нагружения предполагают что продольные и поперечные силы в точках контакта колес с опорной поверхностью отсутствуют а вертикальные реакций достигают максимального значения то есть действует нагрузка равная энергоемкости подвески .
Для определения реакции в точке B от силы построим треугольник сил (рис. 26) силы строятся на схеме в положении пробоя подвески. Схема действия сил показана на рис. 22 только за место сил будут :
Рис. 26 Треугольник сил для максимальной динамической нагрузки
где – расстояние O при максимальной вертикальной силе:
) Проверим направляющие элементы подвески на прочность:
1) Проверим на прочность нижний рычаг:
где – момент сопротивления поперечного сечения нижнего рычага так как рычаг имеет прямоугольное сечение то момент сопротивления определяется по формуле: .
2) Проверим на прочность шток телескопической стойки:
В результате расчетов изгибающий момент в штоке достигает максимального значения при торможении.
Определяем напряжение в штоке и сравниваем с допускаемым напряжением:
где – момент сопротивления поперечного сечения штока так как шток имеет круглое сечение то момент сопротивления определяется по формуле: .
4 Расчет параметров гасящего элемента
Целью расчета является определение площадей проходных сечений отверстий для перепуска масла параметров клапанов а также построение демпфирующей характеристики амортизатора и проведение проверочного расчета теплового режима работы амортизатора.
) Определяем коэффициент сопротивления подвески:
где – коэффициент апериодичности: .
) Определяем коэффициент сопротивления амортизатора:
) Рассчитываем коэффициенты сопротивления амортизатора при ходе сжатия и отбоя:
Из формул (4.3) и (4.4):
) Определим силы трения в амортизаторе при ходе сжатия и отбоя в точках срабатывания разгрузочных клапанов:
где – скорость срабатывания разгрузочных клапанов амортизатора: мс.
) Величины коэффициентов сопротивления амортизатора при ходе сжатия и отбоя при открытых клапанах принимаем:
) Рассчитаем площади проходных сечений отверстий для всех режимов работы амортизатора:
где – коэффициент учитывающий утечки масла через зазоры: ; – коэффициент расхода: ; – плотность масла: кгм3; – площадь вытеснителя: при ходе сжатия при ходе отбоя ( и – площади поперечного сечения штока и поршня).
) Проверим тепловой режим работы амортизатора:
Из уравнения теплового баланса выразим условие нормальной работы амортизатора:
где – коэффициент теплоотдачи: Втм2с; – мощность рассеиваемая амортизатором: при предварительных расчетах можно определять по формуле ; – температура окружающей среды: наиболее частая максимальная температура летом в России ; – максимальная температура нагрева стенок амортизатора: ; – площадь поверхности стенок амортизатора:
Из результата расчета следует что практически вся теплота выделившиеся при демпфировании рассеивается в окружающую среду что говорит о хорошем охлаждении амортизатора.
) По результатам расчета построим демпфирующую характеристику амортизатора:
На графике (рис. 27) красной линией обозначен ход отбоя синей – ход сжатия.
Рис. 27 Демпфирующая характеристика амортизатора
В результате проделанной работы были указаны основные сведения о подвеске произведен анализ подвесок легковых автомобилей были указаны их достоинства и недостатки и приведены соответствующие иллюстрации к ним.
В качестве прототипа проектируемого узла была выбрана передняя подвеска автомобиля ВАЗ-2110 также было рассмотрено её устройство и был внесен ряд усовершенствований позволяющих регулировать клиренс повысить долговечность верхней опоры сделать износ штока амортизатора более равномерным и уменьшить шумность.
Далее исходя из обеспечения плавности хода были рассчитаны основные параметры упругих элементов: ход подвески приходящийся на буфер сжатия и отбоя геометрические параметры пружины по рассчитанным данным была построена упругая характеристика подвески. Были определены площади проходных сечений дроссельных отверстий амортизатора и проверен его тепловой режим также по полученным данным была построена демпфирующая характеристика амортизатора. Шток амортизатора и нижний рычаг были проверены на прочность.
Кроме того был выполнен сборочный чертеж передней подвески с внесёнными в неё изменениями и чертежи отдельных деталей подвески: шток амортизатора пружина шаровой палец болт верхней опоры и штанга стабилизатора.
В ходе выполнения курсового проекта мною был сделан вывод: одним из недостатков подвески Макферсон является наличие на штоке амортизатора значительных поперечных сил которые изгибают его приводят к износу сальника штока и ухудшают реагирование подвески на мелкие дорожные неровности. В некоторых случаях для уменьшения поперечной силы пружину смещают в угловом или поперечном направлении в сторону колеса.
Шпитко Г.Н. Проекты дипломные и курсовые. Методические указания. – Курган.: КГУ 2003. – 42 с.
ВАЗ-2110-11i-12i: Руководство по эксплуатации техническому обслуживанию и ремонту каталог запасных запчастей. – «Издательский дом Третий Рим» 2007. – 320 с.
Автомобиль: Основы конструкции: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» Н.Н. Вишняков В.К. Вахламов А.Н. Нарбут и др. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1986. – 304 с.
Автомобили: Конструкция конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть: Учеб. Пособие для вузов А.И. Гришкевич Д.М. Ломако В.П. Автушко и др.; Под ред. А.И. Гришкевича. Мн.: Выш. шк. 1987. – 200 с.
Конструирование и расчет автомобиля: Учебник для студент вузов обучающихся по специальности «Автомобили и тракторы»П.П. Лукин Г.А. Гаспарянц В.Ф. Родионов. – М.: Машиностроение 1984. – 376 с.
Осепчугов В.В. Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций элементы расчета: Учебник для студентов вузов по специальности « Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение 1989. – 304 с.
Зайцев А.В. Расчет параметров подрессоривания автомобиля. Методические указания. – Курган.: КГУ 2007. – 16 с.
Раймпель Й. Шасси автомобиля: Амортизаторы шины и колесаПер. с нем. В.П. Агапова; Под ред. О.Д. Златовратского. – М.: Машиностроение 1986. – 320 с.
Раймпель Й. Шасси автомобиля: Элементы подвескиПер. с нем. А.Л. Карпухина; Под ред. Г.Г. Гридасова. – М.: Машиностроение 1987. – 288 с.
Пружины и рессоры. Радчик А.С. Буртковский И.И. «Технiка» 1973. – 120 с.
Шасси автомобиля. Атлас конструкций: Учебное пособие для вузов В.Б. Цимбалин И.Н. Успенский В.В. Коняшов. – М. «Машиностроение» 1977. – 108 с.
Патент на полезную модель – 59483 РФ МПК (2006.01) B60G1506. Передняя подвеска автомобиля (варианты) Калинин С.Н. (Россия); заявитель Калинин С.Н. – № 200613064522; Заяв. 24.08.2006; Опубл. 27.12.2006 Бюл. № 36.