Углы установки передних колес

Автомобиль должен устойчиво сохранять прямолинейное движение и возвращаться к нему после поворота. Нельзя, допускать скольжения шин по дороге, так как это приводит к их быстрому изнашиванию. Для выполнения этих требований передние колеса и шкворни поворотных кулаков управляемых мостов устанавливают под определенными углами. Конструкция переднего моста обеспечивает развал и схождение передних колес, а также поперечный (боковой) и продольный углы наклона шкворней.

Угол развала колес (рис.99, а) определяется углом a, образуемым плоскостью вращения колеса с вертикальной плоскостью. Он обеспечивается наклоном цапфы поворотных кулаков вниз и считается положительным, если верхняя часть колеса отклонена наружу от вертикальной плоскости. Угол развала различен у разных моделей автомобилей и составля­ет 0-2°.

Угол развала необходим для обеспечения перпендикулярного расположения колес к поверхности дороги при движении, автомобиля, несмотря на возможную деформацию деталей переднего моста и наличие зазоров в подшипниках ступицы колеса и втулках шкворней. Кроме того, при установке колес с углом развала реакция дороги от силы тяжести автомобиля в основном передается на внутренний подшипник ступицы колеса, выполняемый обычно большего размера, чем внутренний.

Схождение колес (рис.99, в) характеризуется разностью расстояний между горизонтальными диаметрами колес спереди и сзади, при этом расстояние В между колесами впе­реди несколько меньше, чем расстояние Г между колесами сзади. Так как колеса устанавливаются с развалом, то они стремятся катиться по расходящимся дугам. Однако вследст­вие схождения колес они катятся строго в продольной плос­кости автомобиля, что устраняет боковое скольжение колес по дороге и уменьшает изнашивание шин. Угол схождения ко­лес не превышает 1° , и измерение его в условиях эксплуата­ции затруднительно. Поэтому на практике схождение колес определяется как разность расстояний В и Г, которые изме­ряют между ободьями колес или боковинами шин на высоте их осей. Схождение колес зависит от угла развала и состав­ляет 2-12 мм.

Поперечный наклон шкворня определяется углом b (рис.99, а) оси шкворня с вертикальной плоскостью, парал­лельной продольной плоскости автомобиля, т.е. верхний конец шкворня наклонен внутрь к середине балки моста. Такой наклон шкворня совместно с углом bразвала колес умень­шает расстояние между точкой пересечения геометрической оси шкворня с дорогой и точкой опоры колеса, т.е. уменьша­ется плечо А момента, который необходимо приложить при повороте автомобиля, следовательно, облегчается управление автомобилем. Кроме того, при повороте колес вокруг шквор­ней с поперечным наклоном передняя часть автомобиля нес­колько приподнимается и при выходе его из поворота под действием силы тяжести стремится опуститься, обеспечивая возвращение колес в исходное положение как только исчез­нет сила, удерживающая колеса в положении поворота. Эти углы сравнительно велики и находятся в пределах 6-10°.

Продольный наклон шкворня (рис.99, б) определя­ется углом g, образуемым вертикальной плоскостью, перпен­дикулярной к продольной оси автомобиля, и осью шкворня. При этом ось шкворня пересекается с дорогой на расстоянии Б от центра контакта шины. Это расстояние является плечом реакции боковой силы, возникающей при повороте, вследствие чего создается стабилизирующий момент, который стремится повернуть колесо вокруг шкворня и вернуть его в исходное положение. Этим обеспечивается лучшая устойчивость и ста­билизация управляемых колес при прямолинейном движении автомобиля. Угол продольного наклона шкворня обычно нахо­дится в пределах 2,5-3,5. Однако стабилизация управляе­мых колес зависит также от радиальной и поперечной элас­тичности шин. Чем эластичнее шины, тем больше их дефор­мация и момент, стремящийся повернуть колесо в нейтраль­ное положение. Поэтому у автомобилей, имеющих шины с повышенной эластичностью, продольный наклон шкворня не превышает 1°.

Подвеска.

Подвеска автомобилей служит для смягчения ударов и толчков, воспринимаемых колесами от неровностей дороги, гашения колебаний рамы или кузова и снижения динамических нагрузок на несущую систему. Подвеска включает в себя три основные части: упругий элемент, амортизатор, гасящий элемент и направляющее устройство. Кро­ме того, в подвеску легковых автомобилей в виде дополни­тельного устройства вводятся стабилизаторы поперечной ус­тойчивости.

Упругий элемент связывает раму с передним и зад­ним мостами или с колесами и поглощает удары, возникаю­щие при движении автомобиля, обеспечивая необходимую плав­ность хода. В качестве упругого элемента применяются лис­товые рессоры, пружины и скручивающиеся упругие стержни (торсионы).

Амортизатор служит для быстрого гашения вертикаль­но-угловых колебаний рамы или кузова автомобиля. Наиболь­шее распространение получили телескопические амортизаторы двустороннего действия, которые гасят колебания как при сжатии, так и при растяжении упругого элемента.

Направляющее устройство обеспечивает вертикаль­ные перемещения колес, а также передачу толкающих и тор­мозных усилий от колес к раме или несущему кузову. По ти­пу направляющего устройства подвески делятся на зависи­мые и независимые.

При зависимой подвеске (рис.100, а) оба колеса жестко связаны между собой мостом, подвешенным к раме. При этом перемещение одного из колес в поперечной плоско­сти вызывает перемещение другого колеса.

При независимой подвеске колес (рис.100, б) каждое колесо непосредственно подвешено к раме или несу­щему кузову, и перемещение одного колеса практически не зависит от перемещения другого.

Конструкция переднего управляемого моста определяется типом применяемой подвески. Базовой деталью моста являет­ся балка. Если она связана с колесами жестко, то мост на­зывается неразрезным (рис.100, а), а если через упру­гие элементы, то он называется разрезным (рис. 99, б). На легковых автомобилях применяют разрезные передние мос­ты с независимой подвеской колес. Все грузовые автомоби­ли имеют обычно неразрезные передние мосты и зависимую подвеску.

Однорычажная подвеска передних колес типа «качающаяся свеча» или по имени ее изобретателя - «Мак-Ферсон» (рис.102, а), применяемая на переднеприводных автомобилях, включает в себя телескопические гидравлические амортизаторные стойки 3, витые цилиндрические пружины 2, поперечные рычаги 6 и стабилизатор поперечной устойчивости 1. Преимуществами подвески передних колес типа «Мак-Ферсон» являются простота ее конструкции, ком­пактность, значительное расстояние между опорами пружин, сни­жающее передаваемое от них на кузов усилие, минимальное число шарнирных соединений в подвеске.

На автомобилях с классической схемой компоновки устанавливаются рычажно-пружинные бесшкворневая (автомобили ВАЗ-2105 и ИЖ-21251) или шкворневая (автомобиль ГАЗ-31019) подвески.

Двухрычажная бесшкворневая подвеска передних колес автомобилей ВАЗ-2105 и ИЖ-21251 (рис.102, б) состоит из верхнего 8 и нижнего 13 рычагов, крепящихся с одной стороны на осях 17 соответственно к кузову автомобиля (у автомобиля ВАЗ-2105) или к опоре поперечины 16 (у автомобиля ИЖ-21251) и к поперечине 16 подвески, а с другой стороны - при помощи верхнего 9 и нижнего 12 шаровых шарниров к поворотной стойке 10 колеса. Между нижним рычагом и кузовом (на автомобиле ВАЗ-2105) или поперечиной подвески (на автомобиле ИЖ-21251) размещена пружина, внутри которой установлен амортизатор.

В целях повышения устойчивости и управляемости автомобиля при движении, а также уменьшения изнашивания шин, передние управляемые колеса устанавливаются под определенными углами, которые называются углами установки колес.

Угол развала колес a характеризует отклонение плоскости вращения каждого колеса от вертикали.

Угол схождения колес b характеризует отклонение плоскости вращения каждого переднего колеса от направления движения автомобиля (колеса).

Углы продольного у и поперечного и наклона оси поворота колес характеризуют отклонение оси поворота (линии, проходящей через середину верхней опоры телескопической стойки и центр сферы шарнира на рычаге подвески типа «Мак-Ферсон» или через центры шарниров Двухрычажной бесшкворневой подвески) от вертикали соответственно в продольной и поперечной плоскостях. Угол поперечного наклона оси поворота о в процессе эксплуатации не регулируется. Остальные углы установки колес при эксплуатации подлежат периодической проверке и регулировке. Одновременно с указанными углами установки колес производится также регулировка соотношения углов поворотов колес.

Характерной особенностью передней подвески переднеприводных автомобилей являются близкие к нулю или даже отрицательные (на автомобилях АЗЛК) значения углов развала и схождения колес. Расположение передних колес под такими углами обеспечивает их параллельность при движении, когда на них передается крутящий момент от двигателя автомобиля.

Благодаря компоновке узлов передней подвески переднепри­водных автомобилей обеспечивается отрицательное значение плеча обката колес а (расстояние между центральной плоскостью вращения колеса и осью его поворота в месте пересечения с дорогой), что повышает безопасность при торможении автомобиля.

В отличие от переднеприводных автомобилей подвеска передних колес автомобилей с классической схемой компоновки имеет положительное значение углов развала и схождения колес, а также плеча обката колеса.

Зависимая подвеска. Задние и передние мосты грузовых автомобилей, а также задние мосты многих легковых авто­мобилей имеют зависимую подвеску. Ее широкое применение объясняется тем, что она не только смягчает толчки, воспри­нимаемые колесами от неровностей дороги, но и передает тяговые и тормозные силы от колес к раме автомобиля. Наиболее распространенным упругим элементом такой подвески является рессора, которая одновременно служит и ее направ­ляющим устройством.

Механизмы и узлы, соединенные с колесами через рессо­ры, называются подрессоренными частями автомобиля, а уз­лы и детали, связанные непосредственно с колесами (балки переднего и задних мостов, рычаги, тяги и т.п.), относятся к неподрессоренным частям.

Устройство зависимой рессорной подвески рассмотрим на примере автомобиля ЗИЛ-130. Передний мост этого автомо­биля подвешен к раме на двух полуэллиптических рессорах с гидравлическими амортизаторами 5 (рис.103, а). Каждая рессора состоит из одиннадцати листов, изготовленных из кремнистой стали. Первые два листа рессоры (большие по длине) называются коренными. В средней части каждого листа рессоры имеется по две отштампованные выдавки, пре­пятствующие их продольному и поперечному перемещениям. С этой же целью листы рессоры стянуты хомутиками 3.

Шарнирное соединение переднего конца рессоры в крон­штейне 1 рамы обеспечивается следующим образом. На кон­це рессоры через накладку 11 двумя болтами и стремянкой 2 крепят ушко 12. В него запрессована втулка 13, через которую свободно проходит рессорный палец 14, закреплен­ный в кронштейне. Для смазывания пальца служит масленка 15. Средняя часть рессоры соединяется стремянками 10 с балкой 9 переднего моста.

Задний конец рессоры расположен в проушинах кронштейна 7 и опирается на сухарь 21, изготовленный из износостойкой стали. При любом допустимом прогибе рессоры конструкция подвески позволяет ей свободно перемещаться в продольном направлении вследствие скольжения коренного листа по опорному сухарю.

Для предохранения от изнашивания скользящего коренного листа на его конце приклепана вспомогательная накладка 8. Опорный сухарь установлен на пальце 20, концы которого расположены в двух вкладышах 19, изготовленных из леги­рованной стали. Вкладыши, закрепленные в кронштейне 7 стяжным болтом 23 с распорной втулкой 22, служат для предохранения кронштейна от истирания концами рессор. Прогибы рессоры ограничиваются резиновыми буферами 4 и 6. Буфер 6 установлен в опоре на лонжероне рамы, а буфер 4 крепят к рессоре стремянками 10.

Амортизатор 5 шарнирно соединен с передним мостом и рамой при помощи пальца 17 и резиновой втулки 16. Ушко 18 поворачивается относительно пальца за счет деформации резиновых втулок.

Задний мост автомобиля подвешен к раме на парных полу­эллиптических рессорах (рис.103, б), из которых две рессо­ры 27 - основные и две рессоры 26 - дополнительные (под­рессорники). Основная рессора состоит из тринадцати листов, а дополнительная - из девяти. Основная рессора крепится к картеру 32 заднего моста стремянками 28 с накладками 29 и 31. Передний и задний концы основной рессоры 27 задней подвески крепятся к раме в кронштейнах 24 и ЗО так же, как и концы рессоры передней подвески.

Если автомобиль не нагружен, работает только основная рессора; в этом случае концы дополнительной рессоры 26 и кронштейны 25 не соприкасаются между собой. Когда авто­мобиль нагружен, рама в результате прогиба основной рессо­ры опускается и концы дополнительной рессоры упираются в кронштейны. В этом случае работают обе рессоры. Для плав­ного изменения жесткости дополнительной рессоры в началь­ный период ее работы опорные поверхности кронштейнов 25 имеют фасонную поверхность.

Для смягчения ударов балки заднего моста о раму при работе автомобиля в тяжелых дорожных условиях установле­ны резиновые буфера, закрепленные на лонжеронах рамы.

Многие грузовые автомобили с колесной формулой 4x2 имеют передние и задние подвески, аналогичные по устройст­ву описанной выше. Наряду с этим подвеска грузовых авто­мобилей ГАЗ имеет конструктивную особенность, состоящую в том, что коренные листы рессор как передней, так и зад­ней подвески не имеют накладных ушков для крепления. Ко­ренные листы с кронштейнами рамы соединяются с помощью толстостенных резиновых вкладышей (опорных и торцовых). Такое соединение не требует смазывания, а также способст­вует повышению плавности хода автомобиля.