СТРОИМ АВТОМОБИЛЬ

(Продолжение. Начало в № 10 за 1975 год.)

ОБЕСПЕЧИТЬ ПЛАВНОСТЬ ХОДА И УСТОЙЧИВОСТЬ

Эта задача тем труднее, чем легче автомобиль. Известны примеры, когда конструкторы-любители создавали подвеску маленького автомобиля подбором случайных готовых деталей и в результате получали жесткий, подпрыгивающий иа ничтожных неровностях дороги, плохо слушающийся руля автомобиль. Между тем, если учесть некоторые положения теории и использовать опыт конструирования «настоящих» автомобилей, то можно добиться хорошей плавности хода и устойчивости.

Прежде всего выбирается схема подвески. Ее кинематика (движение отдельных звеньев и соответственное перемещение колес) должна способствовать устойчивости автомобиля. Кинематику передней подвески, кроме того, необходимо согласовать со схемой рулевого управления (см. статью пятую), а кинематику задней — с устройством заднего ведущего моста. Одновременно определяют тип пружинящего элемента подвески — листовые рессоры, витые пружины, скручиваемые стержни (торсионы), резиновые блоки. Затем жесткость подвески. При этом учитывают жесткость шин, в первую очередь внутреннее давление в их камерах, величину трения в выбранной системе подвески. Наконец, устанавливают тип амортизаторов и, если нужно, стабилизаторов поперечной устойчивости.

Главная гарантия устойчивости (кроме рационального распределения массы по колесам и низкого расположения центра тяжести) в том, чтобы автомобиль обладал так называемой «недостаточной поворачиваемостью». Это значит, что центробежная сила на повороте, порыв бокового ветра или поперечный уклон дороги вызывают больший увод передних колес, чем задних: этим предотвращаются чрезмерно крутые повороты и возникновение заноса. Для уменьшения этого фактора нужно (наряду со снижением давления в шинах передних колес до допустимого по условиям нагрузки предела или повышением давления в задних) устроить подвеску так, чтобы при ее работе передние колеса перемещались в плоскостях, примерно параллельных плоскости симметрии кузова, а задние наклонялись по отношению к кузову (рис. 1). Этому условию отвечают передние независимые подвески с продольными рычагами («Запорожец»), с поперечными качающимися «параллелограммами» («Жигули», «Москвич», «Волга») и так называемые «свечные», задние подвески с жестким мостом или с качающейся на одном шарнире полуосью. Если на каждой полуоси два шарнира («Запорожец»), то должны быть предусмотрены поперечные или направленные под углом рычаги, качание которых обеспечивает нужный наклон колес. Такие подвески показаны на рисунках 2 и 3 (задняя подвеска жесткого моста на листовых рессорах или пружинах общеизвестна и потому не показана). Для увеличения наклона передних колес вслед за креном кузова верхние рычаги параллелограммной подвески» делают короче нижних (рис. 4).

Рис. 1. Рекомендуемые схемы подвесок.

Задняя подвеска грузового мотороллера (инвалидной мотоколяски)

Задняя подвеска автомобиля ЗАЗ.

Передняя подвеска автомобиля ВАЗ.

Задняя подвеска автомобиля ВАЗ.

Рис. 2. Наиболее распространенные конструкции пружинных подвесок.

Качающимся рычагам придают в плане форму треугольника, чтобы передавать на раму или несущий кузов толкающие и тормозные усилия, действующие в продольном направлении.

Ход подвески вверх выбирают таким, чтобы соприкосновение моста или качающегося рычага с подрессоренными частями автомобиля было возможно только при нагрузке рессоры (пружины), в полтора-два раза большей, чем нормальная. Ход подвески вниз принимают таким же или несколько большим. Ограничителями хода служат устанавливаемые на раме, кузове или рычагах подвески резиновые буфера.

Точки крепления подвесок к балке, раме или кузову лучше располагать как можно выше; этим достигается уменьшение крена кузова на повороте. Высокое крепление подвески, а также установка телескопических амортизаторов под большим наклоном позволяют обойтись без стабилизатора поперечной устойчивости.

Применяя продольные качающиеся рычаги, конструкторы учитывают, что при работе такой передней подвески может изменяться наклон шкворня. Поэтому делают либо два рычага («параллелограмм»), либо задают большой угол наклона шкворня назад (до 22°). В задней подвеске с продольными рычагами последние ставят, как уже отмечено, не параллельно оси симметрии кузова, а под некоторым углом, чтобы обеспечить необходимые наклоны колес и восприятие толкающих, тормозных и боковых усилий. Если ось качания рычага подвески проходит и через центр шарнира (кардана) полуоси, то возможна установка одного, а не двух шарниров (рис. 5).

Для уменьшения износа шин и повышения устойчивости автомобиля очень важны точная установка колес, сохранение этой установки на длительный срок и минимальные изменения колеи при работе подвески. Переднюю подвеску целесообразно смонтировать на особой балке, хорошо отрегулировать, а затем вместе с балкой крепить на раму или кузов. Регулировка осуществляется прокладками в точках крепления качающихся рычагов. Разрабатывая чертеж кинематики подвески, следует обратить внимание на возможно меньшие отклонения колес от номинальной величины колеи. Обычно при этом возникает необходимость в сокращении хода подвески.

Рис. 3. Подвеска с поперечными листовыми рессорами.

Рис. 4. Схема параллелограммной подвески.

Рис. 5. Подвеска с осью качания рычага

Рис. 6. Подвески с одной поперечной рессорой.

Распространено мнение, что разные типы пружинящих элементов дают различную жесткость. Это неточно. И листовым рессорам, и пружинам, и торсионам, и резиновым блокам можно придать требуемую жесткость — например, уменьшить ее удлинением рессоры или торсиона и т. д. Поэтому их выбирают исключительно на основе конструктивных и технологических соображений: какие материалы имеются в распоряжении строителя, что ему проще изготовить, что удобнее разместить в автомобиле. Наиболее приемлемые для самодеятельного автостроителя пружинящие элементы — это цилиндрические пружины и листовые рессоры. Высококачественные торсионы изготовить трудно; их применение может быть оправдано при использовании готовых деталей (от передней подвески мотоколяски или «Запорожца»), Трудно также подобрать работающие на сжатие или кручение резиновые блоки, предотвратить их старение и изменение жесткости в процессе эксплуатации.

Вряд ли самодеятельный автостроитель будет производить по всем правилам расчет подвески. Но он должен хотя бы опытным путем проверить ее характеристику, прежде чем ставить на автомобиль.

Жесткость подвески определяется по количеству килограммов, необходимых для ее сжатия на 1 см. С учетом того, что на задние колеса, как правило, Приходится большая нагрузка, чем на передние, жесткость задней подвески микроавтомобиля выбирают равной 35— 60 кг/сгл, а передней — 25—35 кг/см.

С некоторым приближением жесткость самих листовых рессор можно считать равной жесткости подвески в целом. Нагружая рессору во время опыта приходящейся на нее частью расчетной массы автомобиля и замеряя ее прогиб, проверяют жесткость. Если нужно, добавляют или удаляют листы.

Поперечные рессоры — обычно двухушковые, продольные могут быть и одноушковыми. Второй лист должен быть распространен на всю длину рессоры и может даже частично охватывать ушки. При независимой подвеске применяют обычно две поперечные рессоры или одну и качающиеся рычаги сверху или снизу (рис. 6), причем для задней подвески этого тина необходимы продольные или направленные под углом реактивные штанги для передачи толкающих усилий.

Длина задних продольных листовых рессор обычно составляет 40—45% длины базы, поперечные делают возможно более длинными, в пределах колесной колеи. Ширина листа рессоры для маленького автомобиля 40—50 мм, толщина главного листа около 5 мм. Рессора из многих тонких листов мягче, чем рессоры из немногих толстых.

Жесткость витой пружины может быть приравнена к жесткости подвески в целом только в случае «свечей» подвески или когда пружина опирается на самый конец рычага. В действительности же пружина нажимает на рычаг в его средней части. Если колесо поднимается на h мм (см. рис. 4), то нижний виток пружины поднимется меньше, а именно на h1 = hl1/l  мм. Подъем колеса происходит под действием какой-то силы Р, а пружина сжимается силой Р1, которая < Р, то есть (Р1 = P1/l1).

Пружина должна быть соответственно более жесткой. Если невозможно изготовить или подобрать пружину требуемой жесткости, то можно поставить две пружины, как это было сделано, например, в задней подвеске мотоколяски С3А.

Рессоры и пружины изготовляются из стали 65Г с допускаемым пределом прочности на растяжение 75 кг/мм2 и пределом текучести 40 кг/мм2.

Рычаги подвески делаются из стальных труб, профилей листового металла и поковок. К этим деталям предъявляются те же требования в отношении материала и термической обработки, что и к деталям рулевого привода (см. статью пятую). Рычаги устанавливают на текстолитовых или резиновых втулках. Последние особенно целесообразны, так как не требуют смазки и смягчают горизонтальные толчки, возникающие вследствие малых размеров колес.

Для задней подвески подойдут продольные гибкие рычаги в виде пластин («фольксваген»), допускающие на полуосях по одному шарниру.

Рис. 7. Типы верхних наконечников и размеры амортизаторов и мотоциклетных подвесок (см. таблицу).

Из промышленных амортизаторов пригодны амортизаторы от мотоколясок, автомобилей «Запорожец», «Жигули» и «Москвич»; иногда, чтобы снять излишнюю жесткость, их регулируют. При пружинной подвеске жесткость амортизаторов находится в допустимых пределах, если для их сжатия необходимо усилие 15—20 кг, для отбоя — 70—80 кг. При подвеске на листовых рессорах или пластинчатых торсионах, обладающих большим трением, величины усилия для отбоя должны быть в полтора-два раза меньше. Амортизаторы играют очень большую роль в повышении устойчивости автомобиля. Поэтому позволительно пренебречь несколько завышенной для микроавтомобиля массой амортизаторов, взятых от сравнительно больших машин серийного производства.

Самое простое решение конструкции подвески — установка вместо цилиндрических пружин мотоциклетных подвесок, в которых сочетаются и амортизатор и пружина. Основные размеры амортизаторов и мотоциклетных подвесок приведены в таблице.

РАЗМЕРЫ АМОРТИЗАТОРОВ И МОТОЦИКЛЕТНЫХ ПОДВЕСОК

Жесткости подвесок можно уделять меньшее внимание, если давление в шинах низкое. Для этого необходимы шины со сравнительно большим объемом камер. Общее улучшение характеристики колебаний кузова достигается также при малой массе неподрессоренных частей. Эти обстоятельства должны быть учтены при конструировании подвески.

Хорошая подвеска нужна автомобилю не только для комфортабельности и устойчивости. Ведь тряским автомобилем трудно управлять. Чтобы избежать возможного расшатывания его узлов и деталей на неровной дороге, избавить пассажиров от тряски, приходится резко снижать скорость, расходовать больше топлива. Поэтому строитель должен особенно серьезно отнестись к конструированию и изготовлению подвески своего будущего автомобиля.