Разработка конструкции задней зависимой подвески

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки РФ

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Ульяновский Государственный Технический Университет

Кафедра: ”Автомобили ”

Пояснительная записка

к курсовой работе по конструированию и расчету автомобиля

Тема: «Разработка конструкцию задней зависимой подвески»

Студент

Кузнецов М.В.

Группа: АТд-41

Консультант

Кузьмин Ю.А.

Ульяновск 2013

• Задание

на курсовую работу по проектированию автомобиля студенту машиностроительного факультета группы АТд - 41 Козыреву А.А.

Тема: «Разработать конструкцию дискового тормозного механизма задних колес»

1. Проследить историю развития тормозных механизмов автомобилей.

2. Рассмотреть основные требования, предъявляемые к тормозным механизмам.

3. Произвести патентные исследования.

4. Произвести классификационную характеристику тормозного механизма.

5. Сделать анализ существующих конструкций.

6. Разработать кинематическую схему предлагаемого тормозного механизма с критической оценкой его свойств.

7. Графическая часть работы:

7.1. Классификация узла - формат А1.

7.2. Кинематические схемы (6-8 схем) разновидностей тормозного механизма (в том числе и разработанная студентом схема) - формат А1

Аннотация

курсовой работы по проектированию автомобиля студента машиностроительного факультета Кузнецова М.В.

Пояснительная записка на с., в т.ч. ил.; 2 листа чертежей.

Ульяновский государственный технический университет, 2013 г.

В данной курсовой работе описаны типы задних подвесок, приведены достоинства и недостатки их конструкций, проведено патентное исследование по зависимым подвескам. Составлена классификация подвесок. Предложено усовершенствование в конструкции задней подвески, c целью улучшения плавности хода автомобиля.

Введение

Подвеска автомобиля, или система подрессоривания -- совокупность деталей, узлов и механизмов, играющих роль соединительного звена между кузовом автомобиля и дорогой^[1]. Входит в состав шасси.

Подвеска выполняет следующие функции:

· Физически соединяет колёса или неразрезные мосты с несущей системой автомобиля -- кузовом или рамой;

· Передаёт на несущую систему силы и моменты, возникающие при взаимодействии колёс с дорогой;

· Обеспечивает требуемый характер перемещения колёс относительно кузова или рамы, а также необходимую плавность хода.

Основными элементами подвески являются:

· Упругие элементы, которые воспринимают и передают нормальные (направленные по вертикали) силы реакции дороги, возникающие при наезде колеса на её неровности;

· Направляющие элементы, которые задают характер перемещения колёс и их связи между собой и с несущей системой, а также передают продольные и боковые силы и их моменты.

· Амортизаторы, которые служат для гашения колебаний несущей системы, возникающих вследствие действия дороги.

В реальных подвесках зачастую один элемент выполняет сразу несколько функций. Например, многолистовая рессора в классической рессорной подвеске заднего моста воспринимает одновременно как нормальную реакцию дороги (то есть, является упругим элементом), так и боковые и продольные силы (то есть, является и направляющим элементом), а также за счёт межлистового трения выступает в качестве несовершенного фрикционного амортизатора.

Однако в подвесках современных автомобилей, как правило, каждую из этих функций выполняют отдельные конструктивные элементы, достаточно жёстко задающие характер перемещения колёс относительно несущей системы и дороги, что обеспечивает заданные параметры устойчивости и управляемости.

Современные автомобильные подвески становятся сложными конструкциями, сочетающими механические, гидравлические, пневматические и электрические элементы, зачастую имеют электронные системы управления, что позволяет достичь сочетания высоких параметров комфортабельности, управляемости и безопасности.

1. Краткая история развития тормозных механизмов

Первая подвеска для автомобиля, - самая классически примитивная из всех, - была заимствована от телеги. Мост крепился к шасси самым простейшим способом - при помощи листовой рессоры или пружины. Подобная подвеска используется и сейчас, в мало измененном виде, в современных грузовых машинах. До начала 1950-х годов этот вид подвески использовался во всех легковых автомобилях, и до 1980-х годов во всех дешевых легковых машинах. Однако, по мере того, как росла скорость и совершенствовался двигатель, примитивные рессоры стали тормозить развитие автомобилестроения, ухудшая управляемость автомобиля и его ездовые качества. К 1924 году производители, к примеру Фрейзер Нэш (Frazer Nash), использовали дополнительные соединения с целью улучшить движение, но с применением тех же листовых рессор. Следующим важным шагом в развитии автомобиля явилась независимая подвеска, когда колебания одного колеса не влияют на колебания другого. Большинство самых популярных классических автомобилей мира имеют аналогичные подвески, но отличаются их устройством. Техническое решение подвески, похоже, характеризуется национальным характером производителя.Начиная с 1930-х годов американцы производили независимые передние рычажные подвески. Некий американец изобрел ставшую универсальной стойку Макферсона, хотя впервые, в 1950 году, она использовалась в английском автомобиле «Форд Консул» (Ford Consul).

2. Основные требования, предъявляемые к подвеске автомобиля

Кроме общих требований к подвеске автомобиля предъявляются дополнительные требования, в соответствии с которыми подвеска должна:

* обеспечивать высокую плавность хода автомобиля;

* обладать высокой динамической энергоемкостью;

* эффективно гасить колебания кузова и колес автомобиля при движении;

* обеспечивать правильную кинематику управляемых колес автомобиля;

* иметь минимальную массу неподрессоренных частей. Выполнение этих требований зависит от типа и конструкции

подвески и ее направляющего, упругого, гасящего и стабилизирующего устройств.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к подвеске, и выполнение их.

Плавность хода. Для получения высокой плавности хода подвеска должна обеспечивать колебания кузова автомобиля (подрессоренной массы) с низкой частотой, равной 0,8... 1,2 Гц для легковых автомобилей, 1,3... 1,9 Гц для грузовых автомобилей и 1,2... 1,6 Гц для автобусов. Такие частоты соответствуют уровню колебаний человека при ходьбе и являются наиболее приемлемыми для организма.

Подвеска также должна обеспечивать наименьшие перемещения и ускорения колебаний кузова, иначе даже при небольших частотах колебаний может произойти укачивание пассажиров

3. Классификационная характеристика зависимой подвески

Зависимая подвеска представляет собой жесткую балку, связывающую между собой правое и левое колеса. В совокупности она образует неразрезной мост. Отличительной особенностью зависимой подвески является передача перемещения одного из колес в поперечной плоскости другому колесу (зависимость колес).

В настоящее время зависимая подвеска применяется на некоторых моделях внедорожников, коммерческих автомобилях, а также малотоннажных грузовых автомобилях. Зависимая подвеска используется в основном в качестве задней подвески, реже - на передней оси автомобиля.

Основными видами зависимой подвески являются:

· подвеска на продольных рессорах;

· подвеска с направляющими рычагами.

Схема зависимой подвески с направляющими рычагами

Устройство зависимой подвески на продольных рессорах включает балку моста, подвешенную на двух продольных рессорах. Рессора состоит из одного или нескольких металлических листов овальной формы, скрепленных между собой. Соединение рессоры с балкой моста осуществляется с помощью специальных хомутов - стремянок. Концы рессоры крепятся к раме (несущему кузову) автомобиля посредством кронштейнов, один из которых (качающаяся серьга) имеет возможность продольного перемещения, другой (эластичная опора) снижает вибрации.

Продольная рессора воспринимает усилия в вертикальном, продольном и боковом направлениях, а также тормозной и реактивный моменты. Поэтому в подвески она выполняет функции упругого элемента, направляющего элемента, а в некоторых случаях и гасящего устройства (гашение колебаний за счет трения между листами рессоры).

Основным недостатком зависимой подвески на продольных рессорах является слабое противодействие боковым и продольным силам на больших скоростях, что приводит к смещению (уводу) моста и потере управляемости.

Данного недостатка лишена зависимая подвеска с направляющими рычагами. Самая распространенная схема данного вида зависимой подвески объединяет пять рычагов - четыре продольных и один поперечный. Рычаги одной стороной закреплены на балке моста, другой - на раме (несущем кузове) автомобиля.

Рычаги обеспечивают восприятие вертикальных, продольных и боковых усилий. В качестве упругого элемента используется, как правило, витая пружина. Гасящее устройство - амортизатор.

Поперечный рычаг препятствует смещению оси автомобиля от воздействия боковых сил. Рычаг носит собственное имя - тяга Панара. Конструктивно тяга Панара может быть выполнена сплошной или разрезной. Разрезная (регулируемая) тяга Панара, помимо основной функции, позволяет изменять положение (высоту) моста относительно кузова, путем регулирования длины.

Тяга Панара в силу своей конструкции по разному работает при прохождении автомобилем правых и левых поворотов, чем создает определенные проблемы с управляемостью. Более совершенными устройствами, обеспечивающими равномерное противодействие боковым силам в зависимой подвеске, являются:

· механизм Уатта;

· механизм Скотта-Рассела.

Механизм Уатта (в другой транскрипции - механизм Ватта) состоит из двух горизонтальных рычагов, шарнирно прикрепленных к концам вертикального рычага. Вертикальный рычаг, в свою очередь, закреплен в центре балки моста и имеет возможность вращения. Неравномерность движения в поворотах, присущая тяге Панара, в механизме Уатта компенсируется поворотом вертикального рычага.

Механизм Скотта-Рассела объединяет два рычага - длинный и короткий. Длинный рычаг одним концом шарнирно соединен с кузовом автомобиля, другим - с балкой моста. Короткий рычаг связывает среднюю часть длинного рычага с противоположным концом балки моста.

Особенностью механизма Скотта-Рассела является возможность некоторого перемещения длинного рычага за счет эластичного крепления к балке моста, чем достигается улучшение управляемости и курсовой устойчивости.

Схема подвески Де Дион

Промежуточное положение между зависимой и независимой подвесками занимает подвеска Де Дион (по имени изобретателя графа Альбера де Диона). Конструктивно подвеска Де Дион включает подпружиненную неразрезную балку. При этом дифференциал жестко закреплен на раме (несущем кузове) и в состав моста не входит. Передача вращения на ведущие колеса осуществляется через качающиеся ведущие валы. Тормозные механизмы устанавливаются непосредственно на выходах дифференциала.

При такой компоновке неподрессоренными остаются только ступицы колес и сами колеса, что способствует плавности хода и безопасность движения автомобиля. Ввиду высокой стоимости подвеска Де Дион применяется достаточно редко, в основном на спортивных автомобилях.

4. Недостатки и преимущества зависимой подвески против независимой

У внедорожника с зависимой подвеской при наезде на возвышение колесо идет вверх вместе с балкой моста, сохраняя запас клиренса.

На внедорожнике с независимой подвеской при наезде на возвышение (камень, кочка и т.д.) колесо отдельно уходит вверх и под подрамником или рычагом подвески просвет уменьшается. На фото также наглядно видно, как въезд левым передним колесом на рампу уменьшил дорожный просвет не только спереди: автомобиль одновременно «присел» и на правое заднее колесо.

Малая артикуляция, - ход переднего колеса вверх относительно заднего, при котором наступает полная разгрузка заднего колеса.

Бич внедорожника с зависимой подвеской - массивный картер редуктора моста, который заметно съедает дорожный просвет и в колее начинает пахать землю не хуже плуга. Чтобы снизить этот эффект, редуктор часто смещают вбок от осевой линии автомобиля. Зато неразрезной мост при движении по снегу или глубокому сыпучему грунту, словно нож, режет мягкую почву и пускает все это поверх себя. Рычаги же независимой подвески, словно лопаты, нагребают землю или снег перед собой.

В силу своей конструктивной геометрии, независимая подвеска зачастую обеспечивает не меньший, а иногда даже больший дорожный просвет по центру днища внедорожника, чем подвеска зависимая. Особенно это преимущество в клиренсе актуально при движении по колее. Там, где машина с зависимой подвеской уже скребет землю редуктором моста, внедорожник с независимой подвеской может проехать, не «замкнувшись» на грунт.

Чтобы наглядно увидеть разницу в артикуляции независимых и зависимых подвесок, достаточно загнать автомобили на эстакаду. Стоящий ниже Mitsubishi Pajero с независимой подвеской спереди и сзади уже оторвал от земли правое переднее колесо и вот-вот вывесит левое заднее. «Мостовой» Land Rover Defender, напротив, уже близок к опрокидыванию, но за счет огромных ходов подвесок все три его колеса по-прежнему сохраняют контакт с грунтом. Кстати, у полностью груженого внедорожника на сильнопересеченной местности момент начала вывешивания разгруженных колес немного отодвигается за счет того, что под весом пассажиров и багажа ход подвески на сжатие используется полнее,вплоть до упора в ограничитель хода. Веса же пустого автомобиля часто не хватает, чтобы полностью «продавить» подвеску наехавшего на возвышение колеса, и разгрузившееся противоположное колесо вывешивается раньше.

Достоинства: прочность, простота конструкции, большая артикуляция, устойчивость к повреждениям, дешевизна в эксплуатации, проходимость.

Недостатки: большие неподрессоренные массы, низкая информативность и острота рулевого управления.

Стабилизатор поперечной устойчивости

При повороте центробежная сила наклоняет автомобиль, со стороны наружных колес увеличивается нагрузка, со стороны внутренних - уменьшается и, как следствие, наблюдается крен и раскачивание кузова. Все это может привести к опрокидыванию автомобиля. Для уменьшения кренов в поворотах применяется стабилизатор поперечной устойчивости.

Стабилизатор поперечной устойчивости является частью автомобильной подвески, соединяющей противоположные колеса с помощью упругого элемента торсионного типа (работает на скручивание). В настоящее время стабилизатор поперечной устойчивости обязательный элемент различных видов независимой подвески легковых автомобилей. Стабилизатор устанавливается как на передней, так и на задней оси автомобиля. В легковых автомобилях, использующих в качестве задней подвески торсионную балку, стабилизатор поперечной устойчивости не устанавливается. Его функции выполняет сама подвеска.

Конструктивно стабилизатор поперечной устойчивости представляет собой стержень (штангу) круглого сечения, имеющий П-образную форму. Стабилизатор изготавливается из пружинной стали. Он располагается поперек кузова автомобиля и крепится к нему в двух местах с помощью резиновых втулок и хомутов. Втулки позволяют стабилизатору вращаться. Стабилизатор имеет, как правило, сложную форму, которая учитывает положение узлов и агрегатов автомобиля, расположенных под днищем кузова. тормозной автомобиль зависимая подвеска

Концы стабилизатора поперечной устойчивости шарнирно соединяются с элементами подвески автомобиля - рычагами (многорычажная подвеска, подвеска на двойных поперечных рычагах), амортизаторными стойками (подвеска McPherson). Соединение стабилизатора с подвеской может быть как непосредственным, так и с помощью двух тяг (стоек). Наибольшее распространение получило соединение с помощью тяг.

Работа стабилизатора поперечной устойчивости основана на перераспределении нагрузки между упругими элементами подвески. При боковом крене (поперечных угловых колебаниях) концы стабилизатора (тяги) перемещаются в разные стороны (один поднимается, другой опускается). Средняя часть стабилизатора закручивается. Со стороны крена стабилизатор пытается как-бы приподнять кузов, с другой - опустить. Чем больше крен кузова, тем сильнее сопротивление стабилизатора. Таким образом, обеспечивается выравнивание автомобиля по отношению к плоскости дороги. Помимо снижения крена, достигается улучшение сцепных свойств шин в повороте.

Необходимо отметить, что в силу свое конструкции стабилизатор поперечной устойчивости не препятствует вертикальным и продольным угловым колебаниям подвески автомобиля. Так, при вертикальных колебаниях левое и правое колеса движутся вместе, а стабилизатор проворачивается во втулках.

Эффективная работа стабилизатора поперечной устойчивости обеспечивается его жесткостью. Жесткость стабилизатора определяется свойствами материала, формой, геометрией крепления. Чем жестче стабилизатор, тем большую нагрузку он переносит с внешнего колеса и соответственно более крутые повороты может позволить автомобилю. Устанавливая на переднюю и заднюю ось автомобиля стабилизаторы разной жесткости можно изменять тяговые свойства на осях, тем самым достигать желаемый баланс управления (избыточная или недостаточная поворачиваемость автомобиля).

При всех очевидных преимуществах стабилизатор поперечной устойчивости имеет ряд недостатков. Его применение приводит к частичной потере свойств независимой подвески - передаче ударов с одного колеса на другое, уменьшение хода подвески. В идеале при прямолинейном движении автомобиля стабилизатор поперечной устойчивости не нужен.

Кардинально данную проблему решает адаптивная подвеска, позволяющая полностью отказаться от стабилизатора поперечной устойчивости. Дальше всех в этом вопросе пошел Mercedes-Benz, разработав и внедрив на своих автомобилях систему активного контроля кузова (Active Body Control, ABC). Электронная система АВС позволяет контролировать положение кузова, исключающее крены, в различных условиях движения, в том числе при повороте, ускорении и торможении.

Стабилизатор поперечной устойчивости ухудшает проходимость внедорожников. При движении по бездорожью стабилизатор может привести к вывешиванию колеса и потере его контакта с дорогой. Борются с данной проблемой несколькими способами.

Самый распространенный способ - использование в качестве стойки стабилизатора гидроцилиндра. В нормальном положении гидроцилиндр заперт, стабилизатор выполняет свои функции в полном объеме. При необходимости движения по бездорожью гидроцилиндр разблокируется с помощью кнопки на панели приборов, стабилизатор поперечной устойчивости отключается. Для предотвращения опрокидывания при достижении определенной скорости движения предусмотрено автоматическое включение стабилизатора (блокировка гидроцилиндра).

Более сложную систему управления стабилизатором поперечной устойчивости предлагает фирма TRW. Система включает датчик бокового ускорения, блок управления, гидронасос и гидроцилиндры в качестве стоек стабилизатора. При прямолинейном движении гидронасос выключен, стабилизатор разблокирован, подвеска работает в комфортном режиме. При повороте блок управления включает насос, в гидроцилиндрах создается давление, стабилизатор поперечной устойчивости блокируется. Регулируя величину давления в гидроцилиндре, система управляет жесткостью стабилизатора в соответствии с режимом движения.

Список литературы

1.Кузьмин Ю.А. Антонов И.С., Конструирование и расчет автомобиля. Организация курсовой работы: Методические указания. - Ульяновск. 2008. - 23 с.

2. В.К. Вахламов, Автомобили: основы конструкции:: Учебник для студентов высших учебных заведений Владимир Константинович Вахламов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 528 с.

Размещено на Allbest.ru