Стальные упругие элементы подвески автомобиля. Рессоры — виды, конструкция

В качестве упругого элемента подвески автомобиля чаще применяют стальные пружины, которые достаточно дешевы и могут выполнять несколько функций. Листовые рессоры служат, например, не только как упругий элемент подвески, но и как направляющее устройство жесткого заднего моста.

Листовые рессоры просты в изготовлении и особенно широко применяются в грузовых автомобилях. Характеристика листовой рессоры практически линейна. Ее можно изменить необходимым образом, постепенно вводя в действие один лист за другим по мере увеличения нагрузки. Но в ненагруженном состоянии между листами таких рессор попадает грязь, что ведет к возрастанию трения между листами и появлению резкого скрипа при работе рессоры. У грузовых автомобилей часто применяются сдвоенные рессоры, одна из которых — дополнительная (подрессорник), которая при превышении определенной нагрузки соприкасается с упором и начинает работать. Такая рессора изображена на рис. 1. При малозагруженном автомобиле между дополнительной рессорой и упором имеется зазор.

Рис. 1. Конструкция листовой рессоры автомобиля

Прогрессивность характеристики листовой рессоры обеспечивается вспомогательной рессорой 1 после соприкосновения ее с упором. Главная рессора 3 опирается на подпятник 2.

Недостатком листовых рессор является большое трение между отдельными листами, особенно после длительной эксплуатации, когда поверхность листов покрывается ржавчиной. Это внутреннее трение действует как фрикционный амортизатор и рессора становится малочувствительной к неровностям дороги. Рессоры дешевы и долговечны, но как гасители колебаний несовершенны.

Для устранения внутреннего трения между листами рессоры помещают пластмассовые прокладки, которые выполняют роль смазки и устраняют скрип при работе рессоры. Другой метод снижения трения — это уменьшение числа листов, а, следовательно, и трущихся поверхностей. Часто рессоры выполняют только из двух листов (рис. 2), а иногда, из одного. В последнем случае сечение листа должно быть переменным, что сложно в производстве.

Рис. 2. Двухлистовая рессора Форд Марина

Винтовые пружины в качестве упругих элементов подвески получили наибольшее распространение. Они не имеют внутреннего трения и мало весят. Уменьшение веса возможно благодаря тому, что стальная проволока, из которой изготовляют пружины, нагружена равномерно по всей своей поверхности, в то время как в листовых рессорах нагружены только две противоположные стороны прямоугольного сечения. Однако винтовые пружины неприменимы в качестве направляющего устройства моста. Высокие напряжения в наружных волокнах винтовых пружин создаются отчасти за счет того, что их изготовляют из высококачественных сталей, отчасти благодаря упрочнению наружной поверхности дробеструйной обработкой.

Для получения прогрессивной характеристики подвески применяют пружины с переменным шагом навивки. При нагрузке по мере сжатия пружины витки постепенно «садятся» один на другой, что приводит к плавному изменению числа рабочих витков, а значит и жесткости пружины. Такая пружина изображена на рис. 3.

Рис. 3. Винтовые пружины с переменным шагом
подвески автомобиля Альфета

Перед коробкой передач расположена главная передача и муфта сцепления.

Рациональное использование материала характерно также для торсионов. Однако торсионы сложнее в производстве и дороже, чем винтовые пружины. Кроме того, их невозможно непосредственно крепить к мосту. Обычно к торсиону крепится рычаг, который и служит для соединения его с мостом (см. рис. 4).

Рис. 4. Передняя подвеска автомобиля Альфета с торсионом в качестве упругого элемента

Стабилизатор 1 также имеет торсион 6. Для регулировки нагруженности один из
верхних рычагов 2 имеет регулируемую длину.

Прогрессивность характеристики торсионной подвески может быть обеспечена положением этого рычага. Поверхность торсиона должна быть шлифованной, или наклепанной, без трещин подобно проволоке, из которой изготовляют витые пружины. На обоих концах торсиона имеются усилительные элементы, очень часто со шлицами. Различное количество шлицев на обоих концах торсиона позволяет регулировать положение кузова автомобиля по высоте.

При нагружении прутка кручением напряжения возникают лишь в части его материала. При этом максимально нагружены поверхностные волокна, ближе к центру прутка напряжения линейно уменьшаются, и в центральных волокнах они равны нулю.

Это равносильно неполному использованию материала, а значит и наличию в пружине лишнего веса. Как уже было сказано, дробеструйная обработка прутка упрочняет поверхностные слои пружины, которая благодаря этому может выдержать более высокие нагрузки, при этом материал пружины нагружается до большей глубины, а, следовательно, используется полнее.

В высоконагруженных пружинах и торсионах, применяя метод предварительного напряжения (заневоливания), материал используется существенно полнее. Имеется в виду нагружение пружины до начала ее эксплуатации так, чтобы напряжения в наружных волокнах превысили предел упругости. В результате эти волокна оказываются деформированными; эта деформация частично сохраняется и после разгрузки пружины, так что в ней остается «замороженное» отрицательное напряжение (напряжение сжатия наружных волокон). При последующем рабочем нагружении пружины наружные волокна сначала разгружаются до нуля, и лишь затем в них возникают напряжения растяжения. Описанный метод позволяет использовать механические свойства внутренних волокон материала.

Схема напряжений волокон предварительно напряженного прутка приведена на рис. 5.

Рис. 5. Напряжения в волокнах торсиона

1 — величина напряжения в крайних волокнах на пределе упругости; 2 — при предварительном нагружении напряжения в крайних волокнах выше предела текучести; волокна имеют остаточную деформацию: 3 — после снятия нагрузки с предварительно нагруженного стержня напряжения в крайних волокнах имеют отрицательную величину, а в волокнах, расположенных ближе к центру, — положительную величину; моменты этих сил уравновешиваются.

На левом рисунке показан пруток круглого сечения и перпендикулярно диаметру сечения отложены напряжения в волокнах. Максимальные напряжения действуют в поверхностных волокнах; напряжения уменьшаются линейно от наружной поверхности до нуля в центре прутка. В случае предварительного напряжения прутка крайние волокна деформируются так, что напряжения в материале, возникающие под действием рабочей нагрузки, почти постоянны (это видно на центральном рисунке). После снятия нагрузки напряжения в пружине снижаются не до нуля, причем периферийные волокна испытывают напряжения сжатия, а на определенной глубине волокна нагружены уже растяжением, так что моменты от этих нагрузок выравниваются.

На практике шаг предварительно нагруженной винтовой пружины выбирают таким образом, чтобы при нагружении ее до посадки витка на виток напряжение в материале и деформация крайних волокон достигли требуемой величины. После снятия нагрузки пружина не возвращается в прежнее положение.

Усталостное уменьшение длины пружины в процессе эксплуатации обусловлено теми же факторами.

Для того чтобы материал пружины был использован возможно полнее, желательно, чтобы она по всей своей толщине имела постоянное напряжение. Это возможно, например, при нагружении растяжением. (Такую пружину, работающую на растяжение, конструктивно трудно выполнить; примером такой пружины может служить длинный трос, на котором раскачивается подвешенный лифт).

Кольцевая пружина. Стремясь свести к минимуму вес пружины за счет равномерного нагружения материала упругого элемента по всему сечению напряжениями растяжения или сжатия, конструкторы разработали так называемую кольцевую пружину (рис. 6).

Рис. 6. Кольцевая пружина

При нагружении кольцевой пружины напряжения возникают во всем сечении
кольца 1 — растяжения и кольца 2 — сжатия.

Такая пружина состоит из колец с коническими заходными частями; при осевом нагружении наружные кольца растягиваются, внутренние сжимаются. Материал в таких упругих элементах используется очень полно, но между коническими поверхностями пружины возникают большие силы трения, что делает ее непригодной для подрессоривания автомобиля. Такие пружины применяют для буферов железнодорожных вагонов и в шасси самолетов.

Еще об устройстве, ремонте, обслуживании и эксплуатации автомототехники

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки: