Принцип работы пневматической подвески

Задание № 11

Тема: Ходовая часть колесных ТТМ.

Задача: Закрепить и углубить знания лекционного материала, приобрести навыки разборочно-сборочных операций.

Методическое обеспечение

1. Макеты ходовой части.

2. Узлы и детали.

3. Набор водительского инструмента.

4. Инструментальные карты, плакаты, техническая литература.

Содержание работ

1. Повторить общее устройство ходовой части.

Разобрать, изучить устройство.

2. Собрать в обратной последовательности.

Контрольные вопросы

1. Конструкция рам ТТМ, их классификация.

2. Пневматические и пневмогидравлические подвески, их конструкции. Принцип работы.

3. Схемы балансирных подвесок.

4. Схемы мостов колесных машин.

5. Конструкция колесных движителей ТТМ. Маркировка.

6. Передние мосты. Их конструкция. Принцип работы.

7. Задние мосты. Их конструкция. Принцип работы.

8. Балансирные подвески задних тележек ТТМ. Их виды, конструкция.

9. Схемы установки управляемых колес.

10) ТБ.

1) Отличительная конструктивная особенность любой рамы — разделение функций несущих (силовых, воспринимающих рабочие нагрузки) элементов кузова и его декоративных панелей. При этом сами декоративные панели также могут иметь свой усиливающий каркас, например, в районе проёмов дверей, но он практически не участвует в восприятии нагрузок, возникающих при движении автомобиля. Классификация рам производится на основании типа используемой в них несущей структуры.

Лонжеронная рама с Х-образной поперечиной.Лонжеронные рамы состоят из двух продольных лонжеронов и нескольких поперечин, также называемых «траверсами», а также креплений и кронштейнов для установки кузова и агрегатов. Форма и конструкция лонжеронов и поперечин могут быть различными; так, различают трубчатые, К-образные и Х-образные поперечины. Лонжероны как правило имеют сечение швеллера, причём обычно переменное по длине — в наиболее нагруженных участках высота сечения зачастую увеличена. Иногда они хотя бы на части своей длины имеют замкнутое сечение. Они могут быть параллельны друг другу, либо располагаться друг относительно друга под некоторым углом. Детали рамы соединяются заклёпками, болтами или сваркой. Грузовые автомобили обычно имеют клёпаные рамы, легковые и сверхтяжёлые самосвалы — сварные. Болтовые соединения находят применение обычно при малосерийном производстве.

Лонжеронная рама имеет обычно небольшую высоту и расположена практически целиком под кузовом, а последний крепится к её кронштейнам сверху через резиновые подушки.

Лонжеронные рамы применяются практически на всех грузовиках, в прошлом широко применялись и на легковых автомобилях — в Европе до конца сороковых, а в Америке — до конца восьмидесятых — середины девяностых годов. На внедорожниках лонжеронные рамы широко применяются по сей день. Ввиду такого широкого распространения, обычно в популярной литературе под словом «рама» понимают именно лонжеронную раму.

К лонжеронным ряд источников относит также периферийные (часто выделяемые в отдельный тип) и Х-образные рамы (последние другими источниками классифицируются как разновидность хребтовых).

Периферийные рамы

Перевёрнутый универсал «Меркури», видна периферийная рама с широко расставленными в центральной части лонжеронами.

Иногда рассматриваются как разновидность лонжеронных. У такой рамы расстояние между лонжеронами в центральной части увеличено настолько, что при установке кузова они оказываются непосредственно за порогами дверей. Так как слабыми местами такой рамы являются места перехода от обычного расстояния между лонжеронами к увеличенному, в этих местах добавляют специальные коробчатые усиления, в англоязычных странах называемые термином torque box (аналогичные силовые элементы нередко имеются и на автомобилях с несущим кузовом).

Это решение позволяет существенно опустить пол кузова, разместив его полностью между лонжеронами, а следовательно — уменьшить общую высоту автомобиля. Поэтому периферийные рамы (англ. Perimeter Frame) широко применялись на американских легковых автомобилях начиная с шестидесятых годов. Кроме того, расположение лонжеронов непосредственно за порогами кузова весьма способствует повышению безопасности автомобиля при боковом столкновении. Этот тип рамы использовался на советских легковых автомобилях ЗИЛ высшего класса начиная с модели -114.

Хребтовые рамы

Этот тип рамы был разработан чехословацкой фирмой «Татра» в двадцатые годы и является характерной конструктивной особенностью большинства её автомобилей.

Главным конструктивным элементом такой рамы является центральная трансмиссионная труба, жёстко объединяющая картеры двигателя и узлов силовой передачи — сцепления, коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи (или главных передач — на многоосных автомобилях), внутри которой расположен тонкий вал, заменяющий в этой конструкции карданный. При использовании такой рамы необходима независимая подвеска всех колёс, как правило реализуемая в виде крепящихся к хребту по бокам двух качающихся полуосей с одним шарниром на каждой.

Преимущество такой схемы — очень высокая крутильная жёсткость, кроме того, она позволяет легко создавать модификации автомобилей с различным количеством ведущих мостов. Однако ремонт заключённых в раме агрегатов крайне затруднён. Поэтому такой тип рамы применяется очень редко, обычно на грузовиках высокой проходимости с большим количеством ведущих мостов, а на легковых автомобилях совершенно вышел из употребления.

Разновидность хребтовой рамы, у которой передняя, иногда — и задняя части представляют собой вилки, образованные двумя лонжеронами, которые служат для крепления двигателя и агрегатов.В отличие от хребтовой рамы, как правило (но не всегда) картеры узлов силовой передачи выполняются отдельными, и, при наличии необходимости в нём, используется обычный карданный вал. Такую раму имели в числе прочих представительские автомобили «Татра» Т77 до Т87.

К этому же типу часто относят и Х-образные рамы, которые другими источниками рассматриваются как разновидность лонжеронных. У них лонжероны в центральной части очень сильно приближены друг к другу и образуют закрытый трубчатый профиль. Такая рама использовалась на советских автомобилях «Чайка» ГАЗ-13 и ГАЗ-14 высшего класса.

Несущее основание

Такую конструкцию имели в числе прочих «Фольксваген Жук» (впрочем, его рама благодаря наличию массивной центральной трубы ближе всё же к вильчато-хребтовой) и автобус ЛАЗ-695. В настоящее время эта схема считается достаточно перспективной благодаря возможности на одной и том же несущем основании строить самые разные автомобили как на платформе.

Также называются трубчатыми или пространственными

Решётчатые рамы имеют вид пространственной фермы из сравнительно тонких труб, часто выполненных из высокопрочных легированных сталей, которая обладает очень высоким отношением крутильной жёсткости к массе (то есть, они лёгкие и очень прочные на кручение).

Такие рамы применяют либо на спортивных и гоночных автомобилях, для которых важна малая масса при высокой прочности, либо на автобусах, для угловатых кузовов которых она очень удобна и технологична в производстве.

Несущий кузов можно рассматривать как разновидность пространственной рамы, где всю нагрузку воспринимает обшивка, а собственно каркас до предела облегчён и редуцирован.

Схема балансирных подвесок

Задний мост автомобиля

Задний мост автомобиля состоит из главной передачи я дифференциала полуосей тормозных барабанов, тормозных приводов и задней балки.

У всех легковых и грузовых автомобилей средней и малой грузоподъемности (УАЗ, ГАЗ-53Ф и др.) применяется одинарная коническая главная передача , состоящая из ведущей 1 и ведомой 2 шестерен.

На легковых автомобилях высокого класса и на автомобилях М-21 «Волга» применяется гипоидная главная передача , особенностью которой является размещение оси ведущей шестерни ниже центра

Балансирная подвеска

Балансирная подвеска применяется в трехосных автомобилях, средний и задний ведущие мосты которых обычно располагаются близко один к другому. Иногда ее используют на четырехосных автомобилях и многоосных прицепах. Балансирная подвеска может быть зависимой и независимой. Первый тип подвески. более распространен.

На рис. 139 представлена схема зависимой балансирной подвески. Средний 4 и задний 9 ведущие мосты автомобиля подвешены к раме 10 на продольных листовых рессорах 1, а также шарнирно соединены с рамой через продольные реактивные штанги 3, 5, 8 и 11. Рессора средней частью с помощью стремянок 2 прикреплена к качающейся опоре 6, которая шарнирно установлена на оси 7, неподвижно закрепленной на раме. Концы рессоры свободно установлены в специальных кронштейнах на балках мостов и выполнены скользящими. Рессора воспринимает вертикальные нагрузки, передает боковые усилия от мостов на раму и выполняет роль балансира. Продольные силы и реактивные моменты воспринимаются реактивными штангами. Балансирная подвеска обеспечивает равномерное распределение вертикальных нагрузок по осям вне зависимости от условий движения, а также высокую проходимость автомобиля.

На рис. 140 показана балансирная подвеска грузового автомобиля ЗИЛ-131. Она выполнена на двух продольных полуэллиптических листовых рессорах с шестью продольными реактивными штангами. -Рессора / средней частью прикреплена к ступице 9 посредством накладки 3 и стремянок 4. Концы рессоры свободно установлены в опорах 2, приваренных к балкам мостов.

Ступица размещена на конце оси 8 на втулке, которая изготовлена из антифрикционного материала и запрессована в ступицу. Ступица I закреплена на оси гайкой 7 и снаружи закрыта крышкой 6. В крышке имеется отверстие с пробкой 5 для заливки масла, а в ступице — отверстие с пробкой для его слива. Для предотвращения вытекания смазки и защиты ступицы от загрязнения с внутренней ее стороны установлены самоподжимной сальник, а также уплотнительные кольца. Ось 8 запрессована в кронштейны 10 и установлена на раме поперек автомобиля в кронштейнах 12.

Каждый мост соединен с рамой тремя продольными реактивными штангами 11. Концы этих штанг закреплены в кронштейнах на раме и мостах. Для крепления используются неразборные шаровые шарниры, которые запрессованы в головки штанг. Шарнир состоит из шарового пальца, обоймы и вкладыша. Вкладыш изготовлен из тканой ленты, пропитанной специальным составом. Шарнир уплотнен защитным чехлом, под который заложена смазка. Ход мостов вверх -ограничивается резиновыми буферами 13, установленными на лонжеронах рамы, а ход мостов вниз — специальным отбойным листом 14, который находится между ступицей и рессорой.

Задание № 11

Тема: Ходовая часть колесных ТТМ.

Задача: Закрепить и углубить знания лекционного материала, приобрести навыки разборочно-сборочных операций.

Методическое обеспечение

1. Макеты ходовой части.

2. Узлы и детали.

3. Набор водительского инструмента.

4. Инструментальные карты, плакаты, техническая литература.

Содержание работ

1. Повторить общее устройство ходовой части.

Разобрать, изучить устройство.

2. Собрать в обратной последовательности.

Контрольные вопросы

1. Конструкция рам ТТМ, их классификация.

2. Пневматические и пневмогидравлические подвески, их конструкции. Принцип работы.

3. Схемы балансирных подвесок.

4. Схемы мостов колесных машин.

5. Конструкция колесных движителей ТТМ. Маркировка.

6. Передние мосты. Их конструкция. Принцип работы.

7. Задние мосты. Их конструкция. Принцип работы.

8. Балансирные подвески задних тележек ТТМ. Их виды, конструкция.

9. Схемы установки управляемых колес.

10) ТБ.

1) Отличительная конструктивная особенность любой рамы — разделение функций несущих (силовых, воспринимающих рабочие нагрузки) элементов кузова и его декоративных панелей. При этом сами декоративные панели также могут иметь свой усиливающий каркас, например, в районе проёмов дверей, но он практически не участвует в восприятии нагрузок, возникающих при движении автомобиля. Классификация рам производится на основании типа используемой в них несущей структуры.

Лонжеронная рама с Х-образной поперечиной.Лонжеронные рамы состоят из двух продольных лонжеронов и нескольких поперечин, также называемых «траверсами», а также креплений и кронштейнов для установки кузова и агрегатов. Форма и конструкция лонжеронов и поперечин могут быть различными; так, различают трубчатые, К-образные и Х-образные поперечины. Лонжероны как правило имеют сечение швеллера, причём обычно переменное по длине — в наиболее нагруженных участках высота сечения зачастую увеличена. Иногда они хотя бы на части своей длины имеют замкнутое сечение. Они могут быть параллельны друг другу, либо располагаться друг относительно друга под некоторым углом. Детали рамы соединяются заклёпками, болтами или сваркой. Грузовые автомобили обычно имеют клёпаные рамы, легковые и сверхтяжёлые самосвалы — сварные. Болтовые соединения находят применение обычно при малосерийном производстве.

Лонжеронная рама имеет обычно небольшую высоту и расположена практически целиком под кузовом, а последний крепится к её кронштейнам сверху через резиновые подушки.

Лонжеронные рамы применяются практически на всех грузовиках, в прошлом широко применялись и на легковых автомобилях — в Европе до конца сороковых, а в Америке — до конца восьмидесятых — середины девяностых годов. На внедорожниках лонжеронные рамы широко применяются по сей день. Ввиду такого широкого распространения, обычно в популярной литературе под словом «рама» понимают именно лонжеронную раму.

К лонжеронным ряд источников относит также периферийные (часто выделяемые в отдельный тип) и Х-образные рамы (последние другими источниками классифицируются как разновидность хребтовых).

Периферийные рамы

Перевёрнутый универсал «Меркури», видна периферийная рама с широко расставленными в центральной части лонжеронами.

Иногда рассматриваются как разновидность лонжеронных. У такой рамы расстояние между лонжеронами в центральной части увеличено настолько, что при установке кузова они оказываются непосредственно за порогами дверей. Так как слабыми местами такой рамы являются места перехода от обычного расстояния между лонжеронами к увеличенному, в этих местах добавляют специальные коробчатые усиления, в англоязычных странах называемые термином torque box (аналогичные силовые элементы нередко имеются и на автомобилях с несущим кузовом).

Это решение позволяет существенно опустить пол кузова, разместив его полностью между лонжеронами, а следовательно — уменьшить общую высоту автомобиля. Поэтому периферийные рамы (англ. Perimeter Frame) широко применялись на американских легковых автомобилях начиная с шестидесятых годов. Кроме того, расположение лонжеронов непосредственно за порогами кузова весьма способствует повышению безопасности автомобиля при боковом столкновении. Этот тип рамы использовался на советских легковых автомобилях ЗИЛ высшего класса начиная с модели -114.

Хребтовые рамы

Этот тип рамы был разработан чехословацкой фирмой «Татра» в двадцатые годы и является характерной конструктивной особенностью большинства её автомобилей.

Главным конструктивным элементом такой рамы является центральная трансмиссионная труба, жёстко объединяющая картеры двигателя и узлов силовой передачи — сцепления, коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи (или главных передач — на многоосных автомобилях), внутри которой расположен тонкий вал, заменяющий в этой конструкции карданный. При использовании такой рамы необходима независимая подвеска всех колёс, как правило реализуемая в виде крепящихся к хребту по бокам двух качающихся полуосей с одним шарниром на каждой.

Преимущество такой схемы — очень высокая крутильная жёсткость, кроме того, она позволяет легко создавать модификации автомобилей с различным количеством ведущих мостов. Однако ремонт заключённых в раме агрегатов крайне затруднён. Поэтому такой тип рамы применяется очень редко, обычно на грузовиках высокой проходимости с большим количеством ведущих мостов, а на легковых автомобилях совершенно вышел из употребления.

Разновидность хребтовой рамы, у которой передняя, иногда — и задняя части представляют собой вилки, образованные двумя лонжеронами, которые служат для крепления двигателя и агрегатов.В отличие от хребтовой рамы, как правило (но не всегда) картеры узлов силовой передачи выполняются отдельными, и, при наличии необходимости в нём, используется обычный карданный вал. Такую раму имели в числе прочих представительские автомобили «Татра» Т77 до Т87.

К этому же типу часто относят и Х-образные рамы, которые другими источниками рассматриваются как разновидность лонжеронных. У них лонжероны в центральной части очень сильно приближены друг к другу и образуют закрытый трубчатый профиль. Такая рама использовалась на советских автомобилях «Чайка» ГАЗ-13 и ГАЗ-14 высшего класса.

Несущее основание

Такую конструкцию имели в числе прочих «Фольксваген Жук» (впрочем, его рама благодаря наличию массивной центральной трубы ближе всё же к вильчато-хребтовой) и автобус ЛАЗ-695. В настоящее время эта схема считается достаточно перспективной благодаря возможности на одной и том же несущем основании строить самые разные автомобили как на платформе.

Также называются трубчатыми или пространственными

Решётчатые рамы имеют вид пространственной фермы из сравнительно тонких труб, часто выполненных из высокопрочных легированных сталей, которая обладает очень высоким отношением крутильной жёсткости к массе (то есть, они лёгкие и очень прочные на кручение).

Такие рамы применяют либо на спортивных и гоночных автомобилях, для которых важна малая масса при высокой прочности, либо на автобусах, для угловатых кузовов которых она очень удобна и технологична в производстве.

Несущий кузов можно рассматривать как разновидность пространственной рамы, где всю нагрузку воспринимает обшивка, а собственно каркас до предела облегчён и редуцирован.

Принцип работы пневматической подвески

Характеристика подвески влияет на множество эксплуатационных качеств автомобиля: плавность хода, комфортабельность, устойчивость движения, долговечность, как самого автомобиля, так и целого ряда ее узлов и деталей. В тяжелых дорожных условиях именно возможности подвески, а вовсе не мощность двигателя, определяют средние и максимальные скорости движения.

Опыт эксплуатации грузовых автомобилей показывает, что на неровных дорогах средняя скорость движения падает на 35-40%, расход топлива увеличивается на 50-70%, межремонтный пробег уменьшается на 35-40%. При этом производительность автомобильного транспорта снижается на 32-36%. К этому следует добавить потери, обусловленные перерасходом металла, топлива, резины и добавочными затратами рабочей силы.

Ведь дороги с ровной поверхностью предъявляют к подвеске очень жесткие требования.

Анализ конструкций автомобилей показывает, что весовой коэффициент использования автомобиля, определяемый отношением полезной нагрузки к собственному весу, непрерывно увеличивается. Стремление к минимальному собственному весу, увеличению весового коэффициента использования автомобиля и максимальной комфортности приводит к тому, что подвески со стальными рессорами уже не всегда способны вписываться в предъявляемые к ним требования. Во многих случаях подвеска должна обеспечивать:

— максимальную плавность хода автомобиля;

— минимальный просвет между кузовом (шасси) и осями;

— постоянство высоты подножки или уровня пола при изменении нагрузки.

При линейных характеристиках традиционных упругих элементов не удается добиться приемлемой частоты собственных колебаний, что вынуждает автомобильных конструкторов обращаться к упругим элементам с нелинейной, прогрессивной характеристикой: пневматическим или гидропневматическим, обладающим целым рядом достоинств:

1 - упругие элементы имеют большую энергоемкость, в основном рабочем диапазоне и при больших прогибах, а значит, обеспечивают снижение амплитуды колебаний, уменьшение количества энергии, поглощаемой амортизаторами, упрощают регулировку. При этом в подвесках со стальными упругими элементами прогрессивная характеристика достигается только за счет сильного усложнения конструкции.

2 - легкость автоматического регулирования жесткости и динамичного хода подвески в соответствии с условиями нагружения, что позволяет получить большую плавность хода и улучшить другие эксплуатационные качества. 3 - При одинаковых размерах упругого элемента подвеска позволяет иметь высокую степень унификации для автомобилей разной грузоподъемности со значительной разницей в величине подрессоренных масс. 4 - пневматические элементы имеют чрезвычайно высокую долговечность, недостижимую для стальных упругих элементов. Например, баллоны автобусов GMC выхаживают до 1 млн. км.

5 - Постоянное положение кузова облегчает обеспечение правильной кинематики подвески и рулевого привода, снижается центр тяжести автомобиля и, следовательно, повышается его устойчивость. При любой нагрузке обеспечивается надлежащее положение фар, что повышает безопасность движения в ночное время. 6 - для улучшения устойчивости автомобиля при торможении на пневматическую подвеску часто возлагается еще одна функция: точно регулировать тормозные усилия на колесах в зависимости от изменения нагрузок на них. Практически пневматическая подвеска делает это более точно, чем механические системы регулирования тормозного давления. Благодаря пневматической подвеске увеличивается срок службы автомобиля в целом.

Вывод получается достаточно простым: учитывая, что стоимость изготовления пневматических подвесок почти сравнялась со стоимостью рессорных подвесок, применение первых позволяет получить большой технико-экономический эффект.

Различают два типа пневматических упругих элементов:

— с переменной эффективной площадью, зависящей от перемещения опорных фланцев элемента (обычно резиновые);

— поршневого типа, у которых в процессе деформации эффективная площадь остается постоянной.

Наибольшее распространение получили резиновые двойные пневматические баллоны. Такой баллон устанавливается между опорными фланцами (пластинами) подвески и крепится к ним с помощью винтов, при этом буртики оболочки зажимаются между фланцами, герметизируя внутреннюю полость. Кольцо ограничивает радиальное расширение, обеспечивает правильное складывание оболочек при сжатии, способствует повышению несущей способности и износостойкости баллона.

Собственная частота колебаний при увеличении статической нагрузки несколько уменьшается, тем медленнее, чем выше давление газа, а потому плавность хода пустого и наполненного людьми автобуса не может быть одинаковой.

Долговечность баллонов определяется не только их собственной конструкцией и качеством полиамидных материалов и резины, но также и конструкцией направляющего аппарата пневматической подвески. Его кинематика должна быть такой, чтобы пневматические баллоны работали только на сжатие. Число слоев корда (обычно это нейлон и капрон) равно двум — четырем. Внутренний слой резины должен быть не только воздухонепроницаемым, но и маслостойким. Внешний слой должен сопротивляться воздействию лучей солнца, озона, бензина — для него применяют неопрен. Таким образом пневматический баллон состоит из нескольких слоев прорезиненной кордной ткани (каркас) с внутренним герметизирующим и внешним защитным слоями.

Пневматический упругий элемент целесообразно применять в двух случаях: когда подрессоренная масса при загрузке автомобиля меняется в широких пределах (задние подвески грузовых автомобилей, в том числе седельных магистральных тягачей, автобусов, прицепов), или когда к плавности хода предъявляются особые требования, для выполнения которых необходимо регулирование характеристики подвесок. В этом случае параллельно пневматическим баллонам часто устанавливают дополнительные пневматические резервуары, обеспечивающие более пологую характеристику упругого элемента.

По мере сжатия простого баллона растет не только давление воздуха в нем, но и его эффективная площадь, поэтому жесткость подвески увеличивается. При дополнительных резервуарах подвеска на двухсекционных баллонах обеспечивает частоту колебаний подрессоренных масс не более 80 мин-1. Трехсекционные баллоны позволяют снизить эту частоту еще на 10-15%.

Стремление уменьшить габариты упругого элемента, собственную частоту колебаний и емкость дополнительных резервуаров привело к развитию конструкций с пневматическими элементами рукавного и диафрагменного типа.

Рукавные упругие элементы, подобно баллонам, устанавливают между опорными фланцами (пластинами) и крепят к ним болтами. Характеристика рукавных элементов по сравнению с характеристиками баллонов, особенно в районе больших деформаций, более пологая. Однако с увеличением деформации из-за малого исходного объема жесткость элемента интенсивно возрастает. Для снижения жесткости рукавные элементы можно также снабжать дополнительными резервуарами.

Малая разница между площадью поперечного сечения оболочки и эффективной площадью позволят создавать рукавные пневматические элементы большой грузоподъемности с относительно малыми по сравнению с баллонами поперечными размерами. По массе рукавные элементы также меньше баллонов. Основным их недостатком является меньшая долговечность, что обусловлено изгибом и перекатыванием резиновой оболочки при деформации, а также их высокая чувствительность к смещениям в поперечной плоскости и перекосам поршня.

Общим недостатком пневматических упругих элементов баллонного и рукавного типов является необходимость включения в конструкцию подвески специальных, как правило, громоздких, ограничителей хода сжатия и отбоя, а также устройства, гасящего вертикальные колебания.

Схема балансирных подвесок