Колебания управляемых колес

Существенное влияние на устойчивость и управляемость автомобиля оказывают колебания управляемых колес.

Рис.4 Перемещения масс управляемого моста при движении автомобиля

а) в вертикально – поперечной плоскости; б) в горизонтальной плоскости

Для исследования этих колебаний рассмотрим управляемый мост как динамическую систему. При этом предположим, что автомобиль имеет зависимую подвеску колес.

При движении колесной машины возможны следующие перемещения масс моста: вертикальное перемещение в вертикально - поперечной плоскости, обозначенное координатой .

Угловое перемещение в вертикально - поперечной плоскости, обозначенное координатой .

Угловое перемещение колес относительно шкворней в горизонтальной плоскости, обозначенное координатой .

Наибольшее влияние на управляемость и устойчивость автомобиля оказывают угловые колебания колес моста в вертикально - поперечной и горизонтальной плоскостях (координаты и ).

Возмущающий момент, вызывающий колебания управляемых колес, может возникать вследствие гироскопического эффекта колес, несоответствия кинематики подвески и рулевого привода, а также из - за неуравновешенности (дисбаланса) колес.

2.1. Колебания управляемых колес под действием гироскопического эффекта

Угловые колебания в вертикально - поперечной и горизонтальной плоскостях взаимосвязаны. Эта связь обусловлена гироскопическим эффектом.

Рис. 5

Гироскоп - быстро вращающийся маховик, заключенный в рамку с двумя цапфами, которые позволяют ей вращаться вокруг вертикальной оси (рис.5)

Принципиальная схема гироскопа

Если приложив внешний момент , поворачивать гироскоп с вращающимся маховиком так, как это показано на рисунке, то рамка гироскопа начнет поворачиваться в цапфах вокруг вертикальной оси с угловой скоростью . Это движение носит название прецессии и совершается под действием гироскопического момента , который определяется по формуле:

(2)

где - момент инерции маховика относительно собственной оси вращения;

- угловая скорость маховика относительно собственной оси вращения;

- угловая скорость поворота рамки гироскопа.

Управляемые колеса движущегося автомобиля, представляют собой маховики гироскопов и реагируют на всякое угловое перемещение их осей.

Возникновение гироскопического момента при наезде одного из управляемых колес на неровность.

Например, если вследствие наезда на неровность ось моста повернулась в поперечно - вертикальной плоскости на угол , то возникает гироскопический момент , стремящийся повернуть управляемые колеса в горизонтальной плоскости. Величина этого момента определяется скоростью автомобиля, моментом инерции левого и правого колес , и угловой скоростью поворота осей колес . Аналогично при повороте управляемых колес в горизонтальной плоскости возникает гироскопический момент, поворачивающий мост в поперечно - вертикальной плоскости.

Рис.6

Связь между угловыми колебаниями управляемых колес в вертикально - поперечной и горизонтальной плоскостях зависит от скорости движения автомобиля и кинематики подвески.

При малых скоростях движения, когда гироскопические моменты колес малы, колебания колес в вертикально - поперечной и горизонтальной плоскости можно считать независимыми.

С увеличением скорости движения автомобиля связь между колебаниями колес в вертикально - поперечной и горизонтальной плоскостях усиливается и будет тем больше, чем больше отклоняются плоскости вращения колес от вертикальной плоскости при их перемещениях.

При высоких скоростях движения угловые колебания управляемых колес сопровождаются значительными упругими деформациями подвески, шин и деталей рулевого управления, которые обуславливают появление значительных по величине восстанавливающих моментов. В следствии этого, при некоторых условиях могут возникать самовозбуждающиеся колебания управляемых колес.

Эти колебания носят характер автоколебаний и называются «шимми» - (Шимми - название бального танца).

Приведенные исследования показывают, что при уменьшении жесткости подвески, шин и деталей рулевого управления, увеличении масс колес, а также гироскопические связи (увеличение скорости движения автомобиля) амплитуда колебаний колес возрастает.

Поскольку явления автоколебаний (шимми) вызвано гироскопической связью угловых колебаний моста в вертикально - поперечной плоскости и колес в горизонтальной плоскости, устранение этих колебаний обеспечивается применением независимых подвесок, в которых деформация упругих элементов не приводит к изменению положения плоскости вращения колес.

К таким подвескам относятся: свечные подвески, подвески на продольных рычагах, 2-х рычажные подвески с поперечным расположением рычагов и т.д. (рис.7).

Рис. 7 Схема независимых подвесок

Колебания управляемых колес могут быть вызваны также наличием двойной связи управляемых колес с корпусом (рамой) машины (через подвеску и рулевое управление).

Дата добавления: 2014-01-04