Материал: Передняя подвеска легкового автомобиля McPherson

Передняя подвеска легкового автомобиля McPherson

Федеральное агентство по образованию

Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра Автомобили и автомобильное хозяйство

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине автомобили на тему:

Передняя подвеска легкового автомобиля McPherson

Работу выполнил:

Преподаватель. Петухов М.Ю.

Содержание

Введение

. Анализ конструкции

. Проектный расчет

.1 Выбор характеристики подвески автомобиля

.2 Проектный расчет пружины

. Силовой расчет подвески

.1 Определение статических нагрузок в пружине и шарнирах

.2 Кратковременно действующие силы

Список литературы

Введение

Подвеска, являясь промежуточным звеном между кузовом автомобиля и дорогой, должна быть лёгкой и наряду с высокой комфортабельностью обеспечивать максимальную безопасность движения. Для этого необходимы точная кинематика колёс, лёгкость поворота управляемых колёс, а также изоляция кузова от дорожных шумов и жёсткого качения радиальных шин. Кроме того, надо учитывать, что подвеска передаёт на кузов силы, возникающие в контакте колеса с дорогой, поэтому она должна быть прочной и долговечной.

Независимая подвеска передних колес должна:

·        При изменении нагрузки не вызывать значительного изменения колеи, являющегося источником износа шин;

·        При изменении нагрузки не создавать значительного и резкого изменения угла продольного наклона оси поворотного шкворня, влияющего на плавность движения и стабилизацию колес;

·        При изменении нагрузки не вызывать создавать значительного и резкого изменения угла поперечного наклона оси поворотного шкворня, влияющего на стабилизацию колес и на положение плоскости вращения колеса, вызывать гироскопический момент на поворотном кулаке и, как следствие - резкое изменение момента на рулевом колесе и возможность возникновения автоколебаний колес;

·        При изменении нагрузки не создавать значительных продольных ускорений колес, являющихся причиной возникновения продольных толчков при движении автомобиля по неровной дороге и вызывающих появление инерционного момента на поворотном кулаке и, как следствие резкое изменение момента на рулевом колесе;

·        При кренах обеспечивать наклон колес в направлении наклона подрессоренной части, чтобы увеличить угол увода колес и усиливать эффект недостаточной поворачиваемости;

Независимые подвески применяют для легковых автомобилей и грузовых автомобилей высокой проходимости.

Выбор типа упругого элемента определяется конструктивной схемой, требованиями компактности и снижения массы. Неметаллические упругие элементы обеспечивают хорошую плавность хода, но имеют более высокую стоимость, чем металлические.

Применявшийся ранее термин «подвеска Макферсона» со временем был заменён термином «подвеска на направляющих и амортизаторных стойках».

1.     
Анализ конструкции

Направляющая пружинная стойка представляет собой дальнейшее развитие подвески на двойных поперечных рычагах. Верхний рычаг здесь заменён точкой крепления на брызговике крыла кузова, где опирается шток стойки и пружина подвески. В этой точке воспринимаются силы во всех направлениях, которые, со своей стороны, вызывают нагружение штока на изгиб. Чтобы избежать нежелательных изменений развала и продольного наклона оси поворота, обусловленных податливостью, диаметр штока должен быть увеличен с 11 мм хотя бы до 18 мм; при сохранении прежнего диаметра поршня демпфирование осуществляется по двухтрубной схеме.

Основное преимущество направляющей пружинной стойки состоит в том, что все детали, выполняющие упругую работу и направляющие функции, могут быть объединены в одну монтажную единицу. Имеются в виду следующие детали: чашка для опоры нижнего торца пружины, дополнительный упругий элемент или буфер сжатия, буфер отбоя, демпфирующая часть и опора подшипника колеса.

Другие преимущества, связанные с подвесками на направляющих стойках:

·        меньшие усилия в точках крепления к кузову за счёт большого расстояния c;

·   небольшое расстояние B между точками G и N (см рис 2.1.);

·        большие хода подвески;

Наряду с подвесками со связанными рычагами направляющие пружинные и амортизаторные стойки получили распространение в задних подвесках переднеприводных автомобилей. В отличие от передних подвесок, здесь:

·   отсутствует подшипник качения в верхней опоре;

·   могут быть применены более длинные, почти до середины автомобиля, поперечные штанги, обусловливающие более благоприятное изменение схождения и развала, а также меньшее опускание центра крена при нагружении (см. рис. 2.2 и 2.3);

Рис. 2.1.

Рис. 2.2

Рис. 2.3

·       
наружные точки штанг могут быть значительно смещены в пространство колеса и за счет этого получены небольшие размеры b (см. рис. 4 и 6);

Рис. 2.4

Рис. 2.5

Рис. 2.6

·       
багажник может быть опущен, а при амортизаторных стойках еще и расширен;

·        за счет жесткости резиновых элементов и соответствующего расстояния между точками крепления тяг к опоре подшипника колеса (точки 5 и 6 на рис. 6) необходимо предотвращать нежелательный эластичный поворот колес.

Рис. 2.7

За счет соответствующего взаимного положения обеих поперечных штанг можно осуществить эластокинематическое изменение схождения под действием боковых и тормозных сил. Продольные силы почти на всех задних подвесках с направляющими стойками воспринимаются специальными штангами, которые на передних концах имеют резиновые опоры с прогрессивной характеристикой упругости для изолирования кузова от жесткого качения радиальных шин (см. рис.).

Рис. 2.8

Эта продольная податливость приводит к тому, что под действием тормозных сил колеса несколько смещаются назад. Когда поперечные рычаги расположены на виде сверху косо (рис. 8), то на колесе может возникнуть небольшой угол d_h положительного схождения, если тормозная сила F_b на плече r_b не образует поворотный момент противоположного направления (рис. 9). Фирма «Mazda» предусматривает такую установку рычагов на модификации 323. Фирма «Toyota» на всех переднеприводных автомобилях смещает параллельные поперечные штанги дальше назад (рис. 10), чтобы подвеска способствовала недостаточной поворачиваемости под действием боковых сил.

Рис. 2.9

Рис. 2.10.

Рис. 2.11.

При движении на повороте в точках контакта колес возникают повышенные силы сопротивления качению F_Rk, которые смещают поперечный рычаг 2 и штангу 3 немного назад (рис. 11) вследствие податливости эластичных опор в точках крепления продольных штанг 1.

Рис. 2.12

Рис. 2.13

Рис. 2.14

Скошенные теперь детали 2 и 3 дополнительно нагружаются боковыми силами: наружное на повороте колесо - силой F_sa и внутреннее - силой F_si. Эти силы, смещенные на величину n_R сноса реакции (обусловленного деформацией шины), приложены позади центра колеса; n_R составляет от 10 до 40 мм и уменьшается с ростом скорости движения на повороте (т. е. с увеличением углов увода шины). Таким образом, небольшие при медленном движении на повороте боковые силы приложены с большим смещением назад, они на 70% нагружают слегка скошенный поперечный рычаг 2 и на 30% - штангу 3. Опоры рычага 2 упруго деформируются и наружное заднее колесо слегка поворачивается в направлении положительного схождения (рис. 12). На внутреннем колесе сила F_si направлена изнутри наружу, и на нем возникает отрицательное схождение. Если водитель увеличивает скорость, то, расстояние между опорами продольной штанги 1 еще больше увеличивается; кроме того, возрастают углы увода и отрезки n_R уменьшаются.

Рис. 2.15

Точки приложения боковых сил на наружном и внутреннем колесах смещаются вперед; они сильнее нагружают поперечные рычаги 2 и разгружают штанги 3. В конечном счете положительное схождение на наружном колесе увеличивается, а на внутреннем устанавливается отрицательное схождение. Кроме того, показанная на рис. 6.55 точка 5 перемещается дальше назад, и поперечный рычаг 2 перекашивается на виде сверху еще больше. Возникает составляющая F_Gx силы, способствующая описанному отклонению (рис. 13). Таким образом, положение рычагов, передающих поперечные силы между колесами и кузовом, обуславливает зависящее от скорости движения изменение схождения, способствующее недостаточной поворачиваемости (рис. 14).

Совершенно противоположный процесс происходит на автомобилях, оснащенных подвеской со связанными рычагами «Opel-Kadet» и «Fiat-Uno» и на «Renault 9» с подвеской на продольных рычагах. Под действием боковых сил на повороте возникает на наружном колесе небольшое отрицательное схождение, а на внутреннем - некоторое положительное схождение. В результате такая подвеска способствует (конечно, в слабой степени) избыточной поворачиваемости под действием боковых сил. Как показали замеры, фирма «Opel» на автомобиле «Kadet» сглаживает это явление за счет того, что под действием бокового крена кузова колеса поворачиваются в противоположную сторону. Автомобиль «Lancia-Delta» имеет показанные на рис. 6 направляющие пружинные стойки; такая подвеска ведет себя нейтрально, если, как на всех других автомобилях, боковая сила приложена точно под центром колеса. Снос реакции при этом равен нулю. Если же снос реакции принимает свои обычные значения, то все показанные на рис. 14 кривые поворачиваются в направлении против часовой стрелки; дополнительно проведенные замеры подтвердили этот теоретический вывод.

Вместо показанных на рис. 6 двух поперечных штанг может быть предусмотрен с каждой стороны один рычаг (рис. 15); внешние опорные точки здесь тоже должны быть разнесены. Опора, устанавливаемая фирмой «Honda» на автомобиле «Prelude», соответствует рис. 16. Здесь оба сайлент-блока имеют большую базу.

Рис. 2.16

Рис. 2.17

На жесткие рычаги такой подвески могут опираться короткие пружины, если нужно получить широкий багажник (рис. 17). Применяемые в таком случае направляющие амортизаторные стойки требуют меньше места по ширине, чем пружинные стойки; недостатком же можно считать дополнительное нагружение внутренних и внешних опор поперечных рычагов вертикальными силами.

Рис. 2.18

Еще компактнее поперечная рессора (рис. 18 и 19), которая, будучи расположена под рычагами, крепится к кузову в двух точках. Одновременно она заменяет обычно устанавливаемый в задней подвеске переднеприводных автомобилей стабилизатор.

Рис. 2.19 

Рис 2.20

Рис. 2.21

Рис. 2.22

Геометрические элементы направляющего аппарата подвески

Выбор геометрических элементов передней подвески заключается в отыскании допустимого сочетания угла развала колеса (или угла поперечного наклона оси поворотного шкворня), угла продольного наклона оси поворотного шкворня, колеи и высоты центра крена для различных относительных положений колеса и подрессоренной части по высоте. При этом предполагается, что геометрические элементы привода рулевого управления идеально согласованы с геометрическими элементами передней подвески.

2.     
Проектный расчет

2.1 Выбор характеристики подвески автомобиля

При проектировании подвески современного автомобиля должен быть решен целый комплекс тесно связанных между собой вопросов. Критериями правильности их решения - критериями конструктивного совершенства подвески являются: требуемая плавность хода, устойчивость движения, управляемость автомобиля, а также высокая долговечность всех деталей подвески, ходовой части и пневматических шин. Решение этой проблемы зависит и от опыта конструкторов, и от масштабов и целеустремленности доводочных работ. Однако чем совершеннее расчетные методы, тем меньше тратится сил на опытную доводку новых конструкций подвески. Поэтому применение точных расчетных методов при проектировании позволяет экономить время и средства на создание новых моделей автомобилей.

Рис. 3.1.1

Вертикальная упругая характеристика подвески выражает зависимость между вертикальной нагрузкой Т на подвеску и ее вертикальной деформацией s, измеряемой, обычно, над осью колеса. Выбором параметров вертикальной упругой характеристики подвески (в сочетании с надлежащей характеристикой амортизатора) необходимо обеспечить: колебания кузова автомобиля с заданными ускорениями; отсутствие пробоев подвески, т. е. ударов в ограничители хода и отсутствие отрывов колес от дорожного полотна. Выполнение этих условий связано с обеспечением максимально высоких скоростей движения автомобиля в заданных дорожных условиях.

.2 Частота собственных колебаний, жесткость пружины, статический прогиб пружины, динамический ход, ход отбоя

Вес, отнесенный к одному колесу:

 Н

 Гц,

где: g -ускорение свободного падения, 981 см/с²;

С - жесткость подвески, Н/см;

G - масса, кг

Так как

,

где  - статический прогиб пружины под действием G

Значение статического прогиба принимаем из ряда рекомендованных значений (12…24), (1, табл. 24), учитывая рекомендованную частоту собственных колебаний (1,2…1,9 Гц).

Принимаем  см

 Н/см

Указанные значения статических прогибов относятся только к упругому элементу подвески. Резинометаллические шарниры увеличивают жесткость подвески на 15 - 30 %, в зависимости от схемы подвески и числа шарниров.

Для устранения эффекта галлопирования жесткость передней подвески обычно делают равной 0.8..0.9 жесткости задней подвески (с поправкой на влияние резинометаллических шарниров).