Подвеска. Контрольная работа по дисциплинеПрикладная механика

• Название: Контрольная работа по дисциплинеПрикладная механика
• Дата: 16.12.2022
• Размер: 287.14 Kb.
• Имя файла: Подвеска.docx
• Тип: Контрольная работа; #847850

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

ИНСТИТУТ ЗАОЧНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

КАФЕДРА ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕСОВ И ТЕХНОЛОГИЙ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине:«Прикладная механика»
Пневматическая подвеска.

Студент гр. А/ЗБЭМ 20_________________________Т.А.Ашуров

Руководитель

преподаватель __________________________ О.А. Городников
Владивосток 2021

Содержание

Введение 3

1. Устройство и принцип работы 6

Принцип работы пневматической подвески 8

2. Упругая характеристика 9

3. Кинематические схемы 13

Заключение 18

Список использованных источников 20

Введение

Пoдвecкa aвтoмoбиля влияет на его тягово-динамические характеристики и курсовую устойчивость. От xapaктepиcтики подвески зависят грузоподъемность автомобиля и комфорт вождения. Наиболее распространенная пpyжиннaя подвеска обеспечивает неплохой комфорт, но малую грузоподъемность, рессорная подвеска - наоборот. На сегодняшний день лучшим способом обecпeчeния выcoких показателей кoмфopта и грузоподъемности является установка на автомобиль пневматической или гидропневматической подвески..

Характеристика подвески влияет на множество эксплуатационных качеств автомобиля: плавность хода, комфортабельность, устойчивость движения, долговечность, как самой машины, 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 автотранспорта снижается на 32-36%, а стоимость перевозок возрастает на 50-60%. К этому следует добавить потери, обусловленные перерасходом металла, топлива, резины и добавочными затратами рабочей силы. Для уменьшения этих потерь можно или улучшать дороги, что дорого, или совершенствовать подвески автомобиля, что еще дороже, но в пересчете на тысячи автомобилей оказывается дешевле.

Все же и дороги с ровной поверхностью предъявляют к подвеске очень жесткие требования. Ведь скорости постоянно растут, а требования к управляемости и устойчивости автомобилей и автопоездов ужесточаются.

При линейных характеристиках традиционных упругих элементов не удается добиться приемлемой частоты собственных колебаний, равной 90-120 мин-1, что вынуждает конструкторов обращаться к упругим элементам с нелинейной, прогрессивной характеристикой: пневматическим или гидропневматическим, обладающим целым рядом достоинств.

Во-первых, эти 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.

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

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. Это -- пять. В-шестых, для улучшения устойчивости автомобиля при торможении на пневмоподвеску часто возлагается еще одна функция: точно регулировать тормозные усилия на колесах в зависимости от изменения нагрузок на них. Практически пневмоподвеска делает это более точно, чем механические системы регулирования тормозного давления и не обладает недостатком электронных систем, допускающих сбои в работе в условиях повышенной влажности. И, наконец, благодаря ей увеличивается срок службы автомобиля в целом.

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

1. Устройство и принцип работы

Пневматическая подвеска (обиходное название – пневмоподвеска) – вид подвески, обеспечивающий регулирование уровня кузова относительно дороги за счет применения пневматических упругих элементов. В настоящее время пневматическая подвеска устанавливается в качестве опции на некоторых моделях автомобилей бизнес-класса и больших внедорожниках

По своей сути пневмоподвеска не является отдельным видом подвески автомобиля, т.к. реализована со многими конструкциями подвесок (МакФерсон, многорычажная подвеска и др.). В настоящее время пневмоподвеску используют на своих автомобилях многие автопроизводители: Audi, Bentley, BMW, Lexus, GM, Ford, Land Rover, Mercedes-Benz, SsangYong, Subaru, Volkswagen. Некоторые конструкции подвесок имеют собственные названия, например, Airmatic Dual Control от Mercedes-Benz.

Основными преимуществами пневматической подвески являются комфортабельность, геометрическая проходимость и безопасность автомобиля. Пневмоподвеска, как правило, применяется в комбинации с автоматически регулируемыми амортизаторами. Такая конструкция называется адаптивная пневмоподвеска.

Пневматическая подвеска включает пневматические упругие элементы на каждое колесо, модуль подачи воздуха, ресивер и систему управления.

Пневматический упругий элемент выполняет основную функцию подвески – поддержание определенного уровня кузова автомобиля. Это достигается путем изменения давления и соответствующего ему объема воздуха в упругих элементах.

Пневматический упругий элемент состоит из корпуса с направляющей, манжеты и поршня. Конструктивно пневматический упругий элемент может изготавливаться со встроенным амортизатором или устанавливаться отдельно. Упругий элемент, объединенный с амортизатором, имеет название пневматическая стойка (по аналогии с амортизаторной стойкой подвески МакФерсон).



Рис. 1. Пневматический элемент

1 – корпус, 2 - газовая полость амортизатора, 3 – манжета, 4 - двухтрубный газонаполненный амортизатор, 5 - компенсационная полость амортизатора, 6 – поршень, 7 - направляющая корпуса, 8 - воздушная полость

Манжета пневматического упругого элемента изготавливается из прочного многослойного эластомера. В некоторых конструкциях упругих элементов применяется дополнительные пневмоаккумуляторы. Для поддержания давления при утечке воздуха в упругом элементе может устанавливаться клапан остаточного давления.

Модуль подачи воздуха служит для питания упругих элементов воздухом. Он включает электродвигатель, компрессор и осушитель воздуха. Конструктивно в модуль включен блок электромагнитных клапанов системы управления подвеской.

Ресивер представляет собой резервуар для воздуха и обеспечивает регулирование дорожного просвета при движении на небольшой скорости без включения компрессора, а также корректировку положения кузова на стоянке.

Конструкция и работа элементов адаптивной подвески рассмотрена в отдельной статье.

Модуль подачи воздуха и пневматические стойки образуют пневматическую систему подвески. Система может быть открытой или закрытой (замкнутой). Предпочтительной является замкнутая пневматическая система, обеспечивающая минимальные потери воздуха, а значит экономию энергии на его создание.

Создание и регулирование давления в пневматической системе подвески осуществляется с помощью электронной системы управления, которая включает входные датчики, блок управления и исполнительные устройства.

К входным устройствам относятся датчики уровня кузова, ускорения кузова, температуры компрессора, давления в системе, а также переключатель режимов работы.

С помощью переключателя на панели приборов осуществляется ручное регулирование уровня кузова. Датчики отслеживают параметры работы системы и преобразуют их в электрические сигналы.

Блок управления преобразует электрические сигналы входных датчиков в управляющие воздействия на исполнительные устройства. В своей работе блок управления взаимодействует с блоками системы управления двигателем, системы курсовой устойчивости.

В системе управления пневматической подвески используются следующие исполнительные устройства: клапаны пневматических упругих элементов (для создания давления), выпускной клапан (для сброса давления), переключающий клапан (для поддержания давления в ресивере), реле включения компрессора. Конструктивно все клапаны сосредоточены в блоке электромагнитных клапанов, расположенном в модуле подачи воздуха.

Принцип работы пневматической подвески

В пневматической подвеске реализовано, как правило, три алгоритма управления:

• 
  автоматическое поддержание уровня кузова;
  
• 
  принудительное изменение уровня кузова;
  
• 
  автоматическое изменение уровня кузова в зависимости от скорости движения.
  

Автоматическое поддержание определенного уровня кузова в пневматической подвеске осуществляется независимо от степени загруженности автомобиля. Датчики уровня кузова постоянно измеряют расстояние от колес до кузова. Результаты измерений сравниваются с заданной величиной. При расхождении показаний электронный блок управления задействует необходимые исполнительные устройства: клапаны упругих элементов для подъема, выпускной клапан для опускания подвески.

Принудительное изменение высоты кузова обычно предусматривает три уровня: номинальный, повышенный и пониженный. Номинальный уровень используется для передвижения по обычным дорогам со скоростью до 100 км/ч. Пониженный уровень применяется для высокоскоростного движения. Повышенный уровень нужен для передвижения вне дорог и реализуется на скорости до 40 км/ч. Уровни кузова устанавливаются водителем с помощью переключателя. В конструкции пневмоподвески больших внедорожников предусмотрен дополнительный уровень для посадки пассажиров и погрузки багажа, который реализуется на неподвижном автомобиле.

Автоматическое изменение уровня кузова в зависимости от скорости обеспечивает устойчивость автомобиля в движении. При увеличении скорости программа управления подвеской переводит уровень кузова последовательно от повышенного к номинальному и далее, с ростом скорости, к пониженному. При снижении скорости система переводит положение кузова из пониженного в номинальное.

Применение амортизаторов с регулируемой степенью демпфирования значительно расширяет характеристики пневматической подвески, позволяя помимо высоты кузова изменять жесткость подвески в зависимости от условий движения.

2. Упругая характеристика

Для удовлетворения требованиям плавности хода подвеска должна обеспечивать определенный закон изменения вертикальной реакции на колесо R_Zв зависимости от прогиба (рис.2) - эта зависимость называется упругой характеристикой подвески.



Рис.2. Упругая характеристика подвески

В некотором диапазоне изменения нагрузок, близком статической R_ZСТ, характеристики подвески должны обеспечивать оптимальную частоту колебаний: для легковых автомобилей 0,8...1,2 Гц, а для грузовых 1,2...1,9 Гц, что соответствует уровню колебаний человека при ходьбе. Частота собственных колебаний подрессоренной массы зависит от статического прогиба подвески f_СТ:



Для предотвращения ударов в ограничитель при движении по неровным дорогам и увеличении амплитуды колебаний подвески относительно статического положения, жесткость подвески должна увеличиваться. При этом отношение динамической нагрузки к статической характеризует коэффициент динамичности:

К_Д = R_ZД / R_ZСТ , К_Д = 2,5...3

Площадь под кривой упругой характеристики определяет динамическую энергоемкость подвески, которая эквивалентна работе, необходимой для полной деформации упругого элемента. Для увеличения динамической энергоемкости упругая характеристика подвески должна быть прогрессивной, т. е. обеспечивать прогрессивное возрастание реакции R_ZД при меньшем прогибе. Такой же коэффициент динамичности может быть получен при линейной характеристике, но при этом динамический прогиб чрезмерно увеличивается, что трудно обеспечить конструктивно.

При изменении полезной нагрузки автомобиля от минимума до максимума нагрузка от подрессоренной части, определяющая f_СТ, меняется на передней подвеске на 10...30 %, на задней подвеске легковых автомобилей на 45...60 %, грузовых на 250...400 %, автобусов на 200...250 %.

Для сохранения оптимальной частоты собственных колебаний кузова при переменной нагрузке необходимо поддерживать постоянство статического прогиба подвески, изменяя ее жесткость, т. е. жесткость подвески должна изменяться пропорционально приходящейся на нее нагрузке.

Существуют различные способы обеспечения постоянства статического прогиба. Например, регулирование давления воздуха в пневматической подвеске или применение дополнительных упругих элементов, включающихся в работу при увеличении нагрузки.

На рис.3 приведены конструкции дополнительных упругих элементов.



Рис. 3. Рессорные подвески с дополнительными упругими элементами:

а - рессорой (передняя опора с накладным ушком, задняя опора скользящая); б - нижними листами рессоры (передняя опора с загнутым ушком, задняя опора на сережках); в– корректирующими пружинами; 1 - дополнительная рессора; 2- основная рессора; 3 – буфер сжатия, 4 - кронштейн дополнительной рессоры; 5 - корректирующие пружины; 6 - резиновые подушки крепления основной рессоры

Дополнительная рессора доходит до опор и включается в работу при прогибе 0,6 f_Д. Кривая форма опор по мере прогиба основной рессоры уменьшает рабочую длину дополнительной рессоры и увеличивает ее жесткость. Корректирующие пружины при статической нагрузке расположены горизонтально и испытывают растяжение или сжатие при прогибе основной рессоры.

3. Кинематические схемы

От схемы подвески зависит компоновка автомобиля, параметры плавности хода, устойчивости и управляемости, массы автомобиля и др.

На рис.4 представлены характерные схемы подвесок.



Рис.4. Кинематические схемы подвесок автомобилей:

а- зависимой; б- однорычажной независимой; в- двухрычажной независимой с рычагами равной длины; г- двухрычажной независимой с рычагами разной длины; д- независимой рычажно-телескопической;е- независимой двухрычажной с торсионом; ж- независимой с продольным качанием

Зависимая (рис.4а) и однорычажная независимая (рис.4б) подвески отличаются тем, что вертикальное перемещение колеса сопровождается изменением угла , что вызывает гироскопический эффект, возбуждающий колебания колеса относительно шкворня. В двухрычажной подвеске с рычагами равной длины - параллелограммной (рис.4в) угловое перемещение отсутствует, но значительно поперечное перемещение Δℓ колеса, что ведет к быстрому изнашиванию шин и уменьшению боковой устойчивости. В двухрычажной подвеске с рычагами разной длины (рис.4г) при  = 5...6 и ₁/₂ = 0,55...0,65 гироскопический момент гасится моментом сил трения в системе, а поперечное перемещение Δℓ = 4...5 мм компенсируется упругостью шин.

Рычажно-телескопическая подвеска передних колес легковых автомобилей - качающаяся свеча (рис.4д) обеспечивает незначительные изменения колеи, развала и схождения колес, при этом замедляется изнашивание шин, улучшается устойчивость автомобиля. Подвеска имеет один поперечный рычаг внизу, ее основной элемент - амортизаторная стойка, имеющая верхнее шарнирное крепление под крылом, что обеспечивает большое плечо между опорами стойки. В верхней опоре имеется подшипник, необходимый для исключения закручивания пружины, что могло бы вызвать стабилизирующий момент и дополнительные изгибающие нагрузки. Малые размеры и масса, большое расстояние по высоте между опорами, большой ход также относятся к преимуществам этой подвески. Конструктивные трудности обусловлены нагружением крыла в точке крепления верхней опоры.

На рис.5. показаны силы, действующие в рычажно-телескопической подвеске. По линии еА действует сила Р_В, которая может быть разложена на две составляющие силы: Р_ПР, действующую на пружины, и Q_ПР, перпендикулярную оси стойки, приложенную в точке А к опоре стойки. Под действием этой силы повышается трение штока поршня в направляющей стойке. В результате ухудшается реагирование подвески на мелкие дорожные неровности.



Рис.5. Расчетная схема рычажно-телескопической подвески

При совмещении осевой линии подвески с линией еА силы Р_Ви Р_ПРсовпадут, а поперечная сила Q,,_p исчезнет. Для этой цели пружины располагают под углом, как это выполнено на автомобиле ВАЗ-2108 (рис.6.), или смещают пружину в сторону колеса.



Рис.6. Рычажно-телескопическая подвеска

1 - телескопическая стойка; 2 –поворотный кулак, 3 - нижний рычаг; 4 - шаровая опора, 5 – ступица, 6- поворотный рычаг: 7- нижняя опорная чашка, 8 - пружина; 9 – защитный кожух, 10 – буфер сжатия; 11 - верхняя опорная чашка, 12 – подшипник верхней опоры;13 -верхняя опорная стойка.

Для двухрычажной параллелограммной подвески с продольным качанием показано (рис.4ж) характерно продольное перемещение колес ΔL при отсутствии поперечного перемещения и наклона.

Для грузовых автомобилей наибольшее применение получили зависимые подвески (рис.4а), а для легковых - двухрычажные трапециевидные (рис.4г) и рычажно-телескопические (рис.4д).

При направляющем устройстве любого типа подвеска колес называется блокированной, если перемещения двух или нескольких колес разных осей связаны между собой. В частном случае балансирной подвески двух колес их вертикальное перемещение, равное по величине и противоположное по знаку, не вызывает деформации упругих элементов подвески.

На рис.5 показана шкворневая передняя независимая двухрычажная подвеска автомобиля ГАЗ-24.



Рис.5. передняя независимая двухрычажная подвеска автомобиля ГАЗ-24

Здесь шкворень 2соединяет поворотный кулак 1 и вертикальную стойку 3, резиновые буферы отдачи 4и сжатия 5 предупреждают удары при динамическом прогибе. Такая схема имела широкое распространение, но в настоящее время уступает место более компактным и облегченным бесшкворневым и рычажно-телескопическим подвескам.

К преимуществам независимых подвесок относятся: возможность большого прогиба, уменьшение гироскопического момента, улучшение устойчивости и управляемости, уменьшение массы неподрессоренных частей, хорошая приспособляемость колес к неровностям дороги

Заключение

Пневмоподвеска обеспечивает водителю комфортабельность во время езды, улучшенную проходимость и ряд других положительных качеств.

Преимущества пневматической подвески:

• 
  Отсутствие шумов во время езды;
  
• 
  Плавность хода;
  
• 
  Машина остается устойчивой даже на высокой скорости;
  
• 
  При торможении авто не «клюет» носом;
  
• 
  Автомобиль лучше держит дорогу;
  
• 
  Возможна автоматическая регулировка клиренса;
  
• 
  Возможно регулирование жесткости подвески в процессе езды;
  
• 
  Продолжительный срок эксплуатации при подходящих условиях.
  

Есть у пневмоподвески и недостатки:

• 
  Элементы пневматической подвески чаще всего непригодны к ремонту;
  
• 
  Продолжительность эксплуатации системы во многом зависит от погодных условий, отрицательных температур;
  
• 
  Значительный износ резиновых оболочек-манжет;
  
• 
  Высокая стоимость ремонтных работ и комплектующих;
  
• 
  Дорожные реагенты оказывают негативное воздействие и снижают срок службы пневмоподвески;
  
• 
  При выходе из строя пневматических стоек потребуется их замена.
  

С развитием технологий пневматические системы были значительно усовершенствованы, стали менее громоздкими, более быстрыми и точными. Теперь элементы пневматической системы отличаются быстротой реакции, повышенной точностью работы и управляются сложной электроникой, контролирующей практически все параметры – от клиренса до давления в пневматических баллонах, что обеспечивает плавный ход и отличную управляемость транспортного средства.

Подвеске автомобиля зачастую уделяется недостаточно внимания. Необходимо понимать, что подвеска напрямую влияет на комфорт, безопасность и управляемость Вашего автомобиля. Амортизаторы и пружины смягчают неровности на дороге, поглощая все колебания, толчки и удары колес автомобиля.

При использовании пневматической подвески стандартные пружинные амортизаторы заменяются пневматическими. Пневматические баллоны представляют собой жесткие подушки из резины и пластика, в которые нагнетается определенное давление для обеспечения заданного клиренса.

Назначение пневматической подвески аналогично назначению обычной подвески, однако это их единственное сходство. Современная пневматическая подвеска представляет собой усовершенствованную систему с воздушным компрессором, датчиками и электронным управлением, которая имеет целый ряд преимуществ перед стандартной подвеской. Например, возможность быстрой регулировки клиренса и адаптации к различным дорожным условиям и различной загруженности транспортного средства.

Список использованных источников

1. 
   Батиенков, В.Т. Прикладная механика: Учебное пособие / В.Т. Батиенков, В.А. Волосухин, С.И. Евтушенко и др. - М.: Риор, 2017. - 75 c.
   
2. 
   Мильченко, А.И. Прикладная механика: В 2 ч. Ч. 2: Учебное пособие / А.И. Мильченко. - М.: Academia, 2019. - 311 c.
   
3. 
   Митронин, В. П. Контрольные материалы по предмету "Устройство автомобиля" / В.П. Митронин, А.А. Агабаев. - М.: Academia, 2018. - 689 c.
   
4. 
   Пехальский, А. П. Устройство автомобилей / А.П. Пехальский, И.А. Пехальский. - М.: Академия, 2019. - 528 c.