Transcript Часть 9. Плавность хода

Колебания и плавность хода автомобиля
.
Основные понятия и определения
Плавностью хода называют свойство автомобиля снижать
динамические
воздействия
на
водителя,
пассажиров,
перевозимые грузы и элементы конструкции машины,
возникающие при движении по неровностям дороги.
От плавности движения зависят:
1. Утомляемость водителя и пассажиров, а значит безопасность
движения и комфортабельность.
2. Сохранность грузов
3. Скорость движения (производительность)
4. Долговечность автомобиля.
153
Колебания и плавность хода автомобиля
Основные понятия и определения
Подрессоренные массы – массы, нагрузка от действия которых
передается на опорную поверхность через упругие элементы
подвески.
Неподрессоренные массы – массы, нагрузка от действия
которых не воспринимается подвеской.
Конструкция подвески:
1. Упругий элемент – передает вертикальные нагрузки и снижает
уровень динамических нагрузок
2. Направляющее устройство – передает несущей системе
автомобиля силы и моменты между колесами и кузовом и
определяет характер перемещения колес относительно несущей
системы автомобиля
3. Гасящее устройство (а также трение в подвеске) обеспечивает
затухание колебаний кузова и колес автомобиля, при котором
механическая энергия колебаний переходит в тепловую.
154
Колебания и плавность хода автомобиля
Основные понятия и определения
Измерители колебаний и плавности хода автомобиля
z
T
zmax
t
T – период колебаний, с
f = 1/Т – частота колебаний, Гц
zmax – амплитуда колебаний, см
– наибольшее отклонение
кузова
от
положения
равновесия
z  dz dt [м/с] – скорость колебаний (виброскорость)
z  d z dt [м/с2] – ускорение колебаний (виброускорение)
2
2
z  d z dt
3
3
– скорость нарастания ускорений колебаний
155
Колебания и плавность хода автомобиля
Основные понятия и определения
Среднеквадратическая величина ускорений
 ск 
z
2
1
 z  ..zn
2
2
2

n
На организм человека влияют амплитуда, частоты, ускорения и
интенсивность ускорений колебательного движения.
Действие механических колебаний на организм человека зависит
от:
f, zmax, продолжительности действия и направления
[ГОСТ 12.1.012-90 Вибрация. Общие требования безопасности]
156
Колебания и плавность хода автомобиля
Основные понятия и определения
Предельные средние квадратические ускорения (стандарт ИСО
2631) 2
 ,м/с
6,4
3,2
1,6
3
0,8
2
0,4
0,2
1
1
2
4
8
16
32 f, Гц
Зависимость средних
квадратических значений
виброускорений,
соответствующих границе
снижения
производительности труда, от
частоты при вертикальных
() и горизонтальных (- - -)
колебаниях
продолжительности: 1 – 8 ч; 2
– 2,5 ч; 3 – 1 ч
157
Колебания и плавность хода автомобиля
Основные понятия и определения
При хорошем качестве подвески значение собственных частот
составляет для легковых автомобилей 0,8…1,2 Гц; для грузовых
автомобилей и автобусов 1,2 …1,9 Гц
Физиологически наиболее привычным для человека являются
колебания с частотами, свойственными нормальной ходьбе:
шаг человека 0,75 м
скорость 3,6 км/ч = 1 м/с
частота колебаний = 1,3 Гц
158
Колебания и плавность хода автомобиля
Автомобиль как колебательная система. Виды
колебаний автомобиля
mп
Z
z

Х
ka
c p 1п
ka
cp
1л
k ш 1п
2п
Y
ka
q1п
m н 2п
2л
k ш 2п
2л
cp 2л
cш 2п
1л
mн2л
1л
kш 2л
q1л
cш 2 л
2п
cp 2п
1
c ш 1п
kш
1л

mн п
mн
cш
ka
1п
1п
y
1л
1л

x
q2п
q2л
Пространственная колебательная система двухосного автомобиля
159
Колебания и плавность хода автомобиля
Автомобиль как колебательная система. Виды
колебаний автомобиля
Подрессоренная масса (кузов) mп обладает шестью степенями
свободы:
тремя линейными и тремя угловыми:
х – подергивание – линейные перемещения вдоль продольной оси
на шинах;
у – шатание – линейные перемещения вдоль поперечной оси на
шинах;
z – покачивание – линейные перемещения вдоль вертикальной оси
на подвесках и шинах;
 – колебания крена – угловые колебания вокруг продольной оси;
 – галопирование – угловые колебания вокруг поперечной оси;
 – рысканье – угловые колебания вокруг вертикальной оси.
160
Колебания и плавность хода автомобиля
Свободные колебания без затухания.
Одномассовая модель
оt
I
m
z; z ; z
z
z
ст
III

II
z
t
z
с
T
Дифференциальное
системы:
m z  cz  0
z 
уравнение
c
2
этой d z
m
  cz
2
dt
для
z  z   z  0
2
m
Если C  G f ст ; m  G g тогда  
z   z  0
2
g f ст
(1)
 
c
m
161
Колебания и плавность хода автомобиля
Свободные колебания без затухания.
Одномассовая модель
Решение уравнения z   z  0
2
z = C1 sin  t + C2 cos  t
:
или z = zmax sin  t
Скорость колебаний находят дифференцированием по времени уравнения (1
z  dz dt  z max  cos  t
(2)
ускорение колебаний – дифференцированием по времени уравнения (2)
z  d z dt   z max  sin  t
2
Аналогично, скорость нарастания ускорений
z  d z dt   z max  cos  t
3
zmax    z max
3
162
Колебания и плавность хода автомобиля
Колебания с затуханием. Коэффициент затухания и
логарифмический декремент
t
zn+1
z

II
z
zn
III
tn
с
ka
tn+1
t
T
Схема свободных затухающих колебаний одномассовой системы
с одной степенью свободы
163
Колебания и плавность хода автомобиля
Колебания с затуханием. Коэффициент затухания и
логарифмический декремент
m z  k z  cz  0
После деления всех членов уравнения на m получают z  2 h o z   o2 z  0
Учитывая что:
k
 2h ,
m
c

2
m
k - коэффициент сопротивления амортизатора,
пропорциональный скорости
h - коэффициент
затухания
Решение уравнения: z  z max e
a 
 h
2
2
h t
sin

 h t
2
2

- частота колебаний с учетом сопротивления
амортизатора
164
Колебания и плавность хода автомобиля
Колебания с затуханием. Коэффициент затухания и
логарифмический декремент
z
e
z2
t
T
z2
0 
h


t2 
3T
h t
z1
z1
t1 
T
z2
z3

z max e
z max e
2
2
z 1  z max e
z 2  z max e
z 1  z max e
 ht
z 2  z max e
 h t T
z 3  z max e
 h t  2T

h
T
2
h
3T
2
d 

z1
e
hT
z2
 ht
 h t T

e
hT
 d - декремент затухания
- относительный коэффициент затухания колебаний
подрессоренной массы (коэффициент
апериодичности)
165
Колебания и плавность хода автомобиля
Вынужденные колебания автомобиля
а – амплитуда вынужденных колебаний
р – частота вынужденных колебаний
zmax – амплитуда собственных
z
m
колебаний
A – результирующая амплитуда
Дифференциальное уравнение:
с
m z  сz  c a sin pt
a sinpt
2
2
( z   z   a sin pt ) при
тогда
 mp
z max
2

2
m
z  A sin pt
Решение уравнения:
z   A p 2 sinpt
c
при
sin pt  1
Ac A  сa
166
Колебания и плавность хода автомобиля
Вынужденные колебания автомобиля
Результирующая амплитуда колебаний:
А 
а
1 p / 
2
2
при р
А
ω, А
са
с  mp
∞
2
- резонанс
167
Колебания и плавность хода автомобиля
Упругая характеристика и жесткость подвески
Fz
Упругая
характеристика
подвески
представляет
собой
зависимость
вертикальной нагрузки на колесо от
деформации
подвески,
измеренной
непосредственно над осью колеса.
Fz max
1
Fz ст
2
Fz – нормальная нагрузка

ст
от
п
сж

 – деформация подвески
п – полный ход (полный прогиб)
от – ход отбоя
сж – ход сжатия
Приведенная упругая характеристика подвески:
1 – нагружение; 2 – разгрузка
168
Колебания и плавность хода автомобиля
Упругая характеристика и жесткость подвески
G
кН
1
С2
2
С1
G ст2
Gст1
О1
fст – статический прогиб подвески
fд – динамический прогиб подвески
1 – задняя подвеска автомобиля
2 – передняя подвеска автомобиля
Gст1 – статическая нагрузка на переднее
колесо
Gст2 – статическая нагрузка на заднее
колесо
С1 , С, О1 – точки включения буферов при
сжатии и отбое
f, см
fст
fд
169
Колебания и плавность хода автомобиля
Упругая характеристика и жесткость подвески
G
G
G ст
G ст2
f
fст
Кусочно-линейная упругая
характеристика задней подвески
грузового автомобиля
f
fст
Прогрессивная характеристика
170
Колебания и плавность хода автомобиля
Приведенная жесткость подвески и шины
Жесткость подвески
СП 
G ст 
2
СП 
g
G ст
f ст
Приведенная жесткость подвески и шин автомобиля
f сум  G
Cш
Сп
 3...5
G
С пр
C пр
fП 
С С ш  С п   С ш С п
G
Cп
G
Сп
G
fш 
С 
Cш
С пр  С п С ш / С п  С ш
G
G
Cш
СшСп
Сш  Сп

cп
cш
Наличие шин уменьшает жесткость подвески автомобиля на 10…15%
171
Колебания и плавность хода автомобиля
Характеристика и коэффициент сопротивления
амортизатора
Математическое выражение характеристики F
Fа, кН
Kс
Kо
 kV п
n
a
k – коэффициент пропорциональности
Fа – сила на штоке амортизатора;
Vп – скорость относительного перемещения
штока и цилиндра амортизатора
kc , k0 - коэффициент пропорциональности при
сжатии и при отбое
n – показатель степени (n = 1…2)
Vп , м / с Vпо, Vпс – скорости, соответствующие моменту
открытия клапанов (0,3…0,52 м/с)
Коэффициент сопротивления амортизатора:
k ср = 0,5 (kc+k0)
Р
Гидравлический телескопический
амортизатор двухстороннего
действия
Площади
соответствуют
работе трения в
амортизаторе
P0
S
Pc
ход поршня
173
Колебания и плавность хода автомобиля
Расчетные схемы, применяемые при анализе
плавности хода автомобиля
z1

x
z
mп; Jy
A
c p1
1
ka
cp2
1
2
m н1
cш1
q1
ka
2
mн2
cш 2
k ш1
z2
kш 2
q2
ап
bп
L
Колебательная система двухосного автомобиля
в продольной плоскости
174
Колебания и плавность хода автомобиля
Расчетные схемы, применяемые при анализе
плавности хода автомобиля
y
z

cp л
A
k a cpп
л
mнл
cш л
qл
k ш л cш 2
mп; Jx
ka
п
mнп
kшп
qп
Колебательная система двухосного автомобиля
в поперечной плоскости
175