Элементы подвески, теория

[zserg7 0]

Не все знают, поэтому кому то это может быть полезно для расширения кургозора.

Выдержки взяты из открытых источников

Подвеска автомобиля предназначена для обеспечения упругой связи между колесами и кузовом автомобиля за счет восприятия действующих сил и гашения колебаний. Подвеска входит в состав ходовой части автомобиля.

Подвеска автомобиля включает направляющий и упругий элементы, гасящее устройство, стабилизатор поперечной устойчивости, опору колеса, а также элементы крепления.

Направляющие элементы обеспечивают соединения и передачу сил на кузов автомобиля. Направляющие элементы определяют характер перемещения колес относительно кузова автомобиля. В качестве направляющих элементов используются всевозможные рычаги: продольные, поперечные, сдвоенные и др.

Упругий элемент воспринимает нагрузки от неровности дороги, накапливает полученную энергию и передает ее кузову автомобиля. различают металлические и неметаллические упругие элементы. Металлические упругие элементы представлены пружиной, рессорой и торсионом.

 

 

 

 

Гасящее устройство (амортизатор) предназначено для уменьшения амплитуды колебаний кузова автомобиля, вызванных работой упругого элемента. работа амортизатора основана на гидравлическом сопротивлении, возникающем при протекании жидкости из одной полости цилиндра в другую через калибровочные отверстия (клапаны).

Различают следующие конструкции амортизаторов: однотрубные (один цилиндр) идвухтрубные (два цилиндра). Двухтрубные амортизаторы короче однотрубных, имеют большую область применения, поэтому шире используются на автомобиле.

У однотрубных амортизаторов рабочая и компенсационная полости расположены в одном цилиндре. Изменение объема рабочей жидкости, вызванные температурными колебаниями, компенсируются за счет объема газовой полости.

Двухтрубный амортизатор включает две, расположенные одна в другой, трубы. Внутренняя труба образует рабочий цилиндр, а внешняя - компенсационную полость.

В ряде конструкций амортизаторов предусмотрена возможность изменения демпфирующих свойств:

 

 

 

Стабилизатор поперечной устойчивости противодействует увеличению крена при повороте за счет перераспределения веса по колесам автомобиля. Стабилизатор представляет собой упругую штангу, соединенную через стойки с элементами подвески. Стабилизатор может устанавливаться на переднюю и заднюю ось.

Опора колеса (для передней оси - поворотный кулак) воспринимает усилия от колеса и распределяет их на другие элементы подвески (рычаги, амортизатор).

Элементы подвески соединяются между собой и с кузовом автомобиля с помощью элементов крепления. В подвеске используются, в основном, три вида креплений:жесткое болтовое соединение, соединение с помощью эластичных элементов (резино-металлические втулки, сайлент-блоки) и шаровой шарнир (шаровая опора).

Эластичные элементы используются для присоединения элементов подвески к кузову и в отдельных случаях к опоре колеса. Соединение с кузовом осуществляется через подрамник. Эластичные элементы гасят вибрации определенной частоты и, тем самым, снижают уровень шума в подвеске.

Шаровой опорой называется вид шарнирного соединения, который за счет степени свободы обеспечивает правильную геометрию поворота ведущих колес. Шаровая опора устанавливается на нижнем рычаге передней подвески, а также на конце тяги рулевого механизма. Для удобства эксплуатации шаровые опоры делают съемными.

В зависимости от конструкции направляющих элементов различают два типа подвески - независимая и зависимая.

Зависимая подвеска объединяет колеса жесткой балкой, и образует так называемый мост автомобиля. Перемещение одного из колес в поперечной плоскости передается другому колесу. Зависимая подвеска вследствие своей простоты имеет высокую надежность.

В независимой подвеске связь между колесами отсутствует. Колеса перемещаются в поперечной плоскости независимо друг от друга, чем достигается значительное снижение неподрессоренных масс и повышение плавности хода. На современных легковых автомобилях независимая подвеска используется в качестве основной конструкции передней и задней подвесок.

 

Свободные колебания совершаются под действием внутренних сил системы после того, как система была выведена из положения равновесия.

Для того, чтобы свободные колебания совершались по гармоническому закону, необходимо, чтобы сила, стремящаяся возвратить тело в положение равновесия, была пропорциональна смещению тела из положения равновесия и направлена в сторону, противоположную смещению (см. §2.1): 

F (t) = ma (t) = –m ω² x (t).

 

В этом соотношении ω – круговая частота гармонических колебаний. Таким свойством обладает упругая сила в пределах применимости закона Гука: 

F_упр = –kx.

 

Силы любой другой физической природы, удовлетворяющие этому условию, называются квазиупругими.

Таким образом, груз некоторой массы m, прикрепленный к пружине жесткости k, второй конец которой закреплен неподвижно (рис. 2.2.1), составляют систему, способную в отсутствие трения совершать свободные гармонические колебания. Груз на пружине называют линейным гармоническим осциллятором.

Рисунок 2.2.1.

Колебания груза на пружине. Трения нет

Круговая частота ω₀ свободных колебаний груза на пружине находится из второго закона Ньютона: 

откуда 

 

Частота ω₀ называется собственной частотой колебательной системы.

Как мы видим частота колебательной системы зависит от двух величин

м- масса тела (в случае с подвеской - совокупность масс подрессоренных и неподрессоренных)

к- жесткость пружины

Амортизатор расчитывается таким образом что бы погасить эти колебания и привести период колебаний Т к минимальной величине

Более подробно об амортизаторах можно почитать здесь:

http://www.mami.ru/storage/files/kaf/auto/books/78.pdf

 

Иногда из за путаницы терминов происходят недопонимания

Пружина в паре с амортизатором воспринимает нагрузки от неровностей дороги, и гасит энергию!!!!!!! Энергию!!!!!! и  еще раз Энергию!!!!

Поэтому есть такой термин: ЭНЕРГОЕМКОСТЬ подвески

Но как мы видели из курса физики про пружинку и грузик Пружина является источником колебаний

Колебаний не тех что от бугорков и ям а колебаний которые возникают после того как колесо наехало на бугорок

Все видили машину едущую с плохим амортом: колесо прыгает кузов качается. Прыгает (высокая частота колебаний) потому что легкое, а качается (низкая частота колебаний) потому что тяжелый

В итоге:

Пружина гасит энергию от неровностей дороги, а амортизатор гасит колебания

И чем больше вес авто тем жестче пружины и соответственно выше сопротивление амортизаторов

Что происходит со старением аморта:

Сопротивление амортизатора уменьшается все прочие величины в подвеске остаются теми же, сопротивления амортизатора не хватает что бы погасить колебания , т.е. пружина энергию удара от дороги гасит, а амортизатор колебания не гасит и вы начинаете ощущать "морскую болезнь" и потерю сцепления с дорогой

 Безусловно процессы происходящие в подвеске разнообразные и сил там много, но я постарался осветить основные, так сказать азы

Если есть у кого что дополнить по существу - милости просим

Будет полезно всем

[Аспирант 21]

Но как мы видели из курса физики про пружинку и грузик Пружина является источником колебаний

 

Пружина не является источником колебаний.

Если подвесить грузик на пружине и не трогать его колебаний не будет. Вес груза компенсируется силой, возникающей при деформации пружины (3-й закон Ньютона). Система находится в равновесии (груз неподвижен).

 

Чтобы грузик начал колебаться - нужно к нему приложить вынуждающую силу.

[zserg7 0]

Пружина не является источником колебаний

Все согласны с Аспирантом?

А почему в формуле частоты колебаний контура есть коэффициент жесткости пружины?

 

Уберите пружину и груз будет лететь без колебаний вниз, пока не ударится об землю

Ударившись об землю, опять начнутся колебания, только там это будет происходить из за упругости самого груза и поверхности, будет прыгать пока не затухнут колебания, но это уже другой колебательный контур...

 

Ну так что без пружины колебаний нет, а с пружиной есть

И что тогда является источником колебаний?

[zserg7 0]

Свободные колебания совершаются под действием внутренних сил системы после того, как система была выведена из положения равновесия

 

[zserg7 0]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

 

 

 

Витая цилиндрическая пружина растяжения

 

Рессора

Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания или поглощения механической энергии

Что и происходит в колебательном контуре, пружина то накапливает, то отдает энергию, потом снова ее накапливает и снова отдает

И так до полного затухания колебаний

Так кто как не пружина со своими упругими свойствами является источником/причиной колебаний?

[Аспирант 21]

А почему в формуле частоты колебаний контура есть коэффициент жесткости пружины?

Если рассмотреть не пружинный, а математический маятник. Формула собственной частоты выглядит так:

 

 

Получается в таком случае источником колебаний является ускорение свободного падения ?

Изменено 20 января 2015 пользователем Аспирант

[Paxton 15]

Свободные колебания совершаются под действием внутренних сил системы после того, как система была выведена из положения равновесия

Вот поэтому, чтобы начались колебания нужно систему вывести из состояния равновесия, приложив силу. После выведения из равновесия сила пропадает, а циклические движения в системе остаются, поскольку силы, выведшая из равновесия добавила в систему потенциальную энергию деформированной пружины (E = k*x^2/2). Пока система не придет снова в состояние равновесия, а произойдет это скорее всего, когда полученная потенциальная жнергия полностью не превратится в работу по перемещению груза. (В идеальных маятниках очевидно работа будет нулевая, поскольку сил, противодействующих движению нет. Поэтому колебания в идеальных маятниках не затухают).

На рисунке, кстати, пружина расположена горизонтально, а не с подвешенным грузом, чтобы не засорять голову читателю дополнительными вводными в виде предварительного растяжения пружины на размер x0=mg/k.

Изменено 20 января 2015 пользователем Paxton

[Аспирант 21]

Так кто как не пружина со своими упругими свойствами является источником/причиной колебаний?

 

Причиной возникновения колебаний является вынуждающая сила. А пружина - это элемент колебательной системы.

Без воздействия силы - шарик, подвешенный на пружине колебаться, не начнет.

[zserg7 0]

Аспирант, я думаю на этой ветке вы потому что не согласились с фразой:

Пружина не гасит колебания, она сама является источником колебаний, если уж на то пошло... Рессора гасит, а пружина нет!!! Если быть точным, то почти нет, но это "почти" ничтожно мало, ни в одних расчетах гасящие свойства пружины не учитывают...

 

Только не пойму почему вы не согласны с этой фразой

 

Без воздействия силы - шарик, подвешенный на пружине колебаться, не начнет

 

Я с вами согласен что без воздействия силы шарик не начнет ДВИЖЕНИЕ

Но колебаться он не будет, если не будет пружины

Так ведь?

 

Так и в подвеске авто:

Наехали на препятствие - вывели систему из равновесия, далее благодаря пружине происходят колебания. На гашение этих колебаний поставлен амортизатор

Что не так то?

[zserg7 0]

кол#####

не сразу понял, почему появились решеточки

Это какая то автоцензура  

[Paxton 15]

Я с вами согласен что без воздействия силы шарик не начнет ДВИЖЕНИЕ

Но колебаться он не будет, если не будет пружины

Так ведь?

 

Так и в подвеске авто:

Наехали на препятствие - вывели систему из равновесия, далее благодаря пружине происходят колебания. На гашение этих колебаний поставлен амортизатор

Что не так то?

Потому что, если отвлечься от автомобилей, в абстрактной колебательной системе пружину можно заменить на, например, баллон со сжатым газом и при определенных параметрах установки теоретически достичь того же периода и амплитуды колебаний. А без вынуждающей силы колебаться заставить никак нельзя. Как и вообще вызвать любое другое перемещение или изменение постоянной скорости. Колебательная система просто переводит изменение движения под действием вынуждающей силы в циклический процесс.

P.S> Колебания затухают и у пружины, и у рессоры. Так устроен мир. Просто кривые амплитуды от времени у них разные.

[zserg7 0]

P.S> Колебания затухают и у пружины, и у рессоры. Так устроен мир. Просто кривые амплитуды от времени у них разные.

Так понятно, кто ж с этим спорит то. Это по физике в средней школе проходили

И что бы период затуханий колебаний уменьшить и ставят амортизатор

 

 

 

в абстрактной колебательной системе пружину можно заменить на, например, баллон со сжатым газом

Так и не в абстрактной пружину заменяют

Подвеска авто где упругим элементом является пневмопружина, тот же баллон со сжатым воздухом.

 

И в этой подвеске есть упругий элемент (пневмопружина), который поглощает  энергию удара колеса о поверхность дороги и не будь аморта эта система бы колебалась и колебалась :-) Поставили амортизатор и она уже не так колебается :-), колеблется...

 

Давайте так:

Если вы считаете, что фраза о том что "...пружина является источником/причиной колебаний в подвесе автомобиля..." сформулирована некорректно. перефразируйте ее

И все будут довольны

Изменено 22 января 2015 пользователем zserg7

[олег71 221]

Так понятно, кто ж с этим спорит то. Это по физике в средней школе проходили

И что бы период затуханий колебаний уменьшить и ставят амортизатор

 

 

 

Так и не в абстрактной пружину заменяют

Подвеска авто где упругим элементом является пневмопружина, тот же баллон со сжатым воздухом.

 

И в этой подвеске есть упругий элемент (пневмопружина), который поглощает  энергию удара колеса о поверхность дороги и не будь аморта эта система бы колебалась и колебалась :-) Поставили амортизатор и она уже не так колебается :-), колеблется...

 

Давайте так:

Если вы считаете, что фраза о том что "...пружина является источником/причиной колебаний в подвесе автомобиля..." сформулирована некорректно. перефразируйте ее

И все будут довольны

 В космосе где невесомость ,да так бы и колебалась. Тут на грешной планете, еще есть притяжение и трение,половина бед на планете от них. В машине пружина это упругий элемент подвески при помощи которого сглаживаются неровности дорожного покрытия,амортизатор это элемент подвески который создаёт комфорт ,гася эти самые колебания. Если вспомнить царские кареты с ресорами   ОДНОлистовыми!!   так ничего ездили без амортов и не припомню чтобы их качало бесконечно  

[bodydoc 14]

Серг7, информацию из открытых источников, надо воспринимать осторожно, вдумчиво, а главное необходимо иметь багаж верных знаний! Ищи грамотные источники, не читай первое что попало под руку. И не забывай, википедия, это общественный источник, не всегда прописанный специалистами и безгранично верить ему, всё равно что утверждать что луна, это звезда...

Парни тебе верно говорят. Отойди от твоей картинки, не цепляйся за неё. Грузик висит на тросике. Замкнутая цепь с параллельно соединёнными конденсатором и катушкой индуктивности. Эхо. Оптические трогать не будем, там чёрт ногу сломает...  Это всё колебательные системы.

Пружина является источником/(тем более причиной!!) колебаний??? А воздух в горах, является причиной эха?? а конденсатор или катушка??? А сила тяжести является???  Ответив на эти вопросы, ты должен понять про пружину. И про воздух, и про потерю в проводниках, главное не усложняй!

Есть грузик, есть сила притяжения, есть среда в которой всё это находиться, и ВСЁ!!!! не нужны формулы!!!! :friends:  Всё ясно даже детям! Студенты понимают на ура! А дальше продолжай моделировать, грузик может менять массу, он может колебаться в воздухе, вакууме, воде, масле, В чём вопрос!? Всё просто!

 

PS , а к чему всё это? Ты лучше кинематику подвесок раскрывай, направляющие элементы, геометрию, влияние и взаимосвязь!!!! Вот это работа будет!

 

Главное механизм объясняй людям, почему рессорная подвеска, гасит колебания, даже без амортизатора, по отношению к иным типам упругого элемента!!

[bodydoc 14]

Забыл, конечно ещё и длину тросика менять при моделировании можно...

[zserg7 0]

Гашение колебаний происходит из за трения между листами многолистовой рессоры

Т.е. часть энергии уходит на преодоление трения между листами рессоры, тем самым рессорная подвеска без аморта раньше закончит "колебаться" чем пружинная подвеска без аморта

 

Для наглядного представления этого у нас была лабораторная работа где нагружали рессору и строили график по оси Ох - величина прогиба рессоры, по Оу - усилие на штоке пресса, который эту рессору прогибал

И график при загрузке рессоры не совпал с графиком разгрузки рессоры, появилась, так называемая, петля гистерезиса - мы еще долго ражли над этим термином :-)

 

В пружинной подвеске внутренне сопротивление пружины ничтожно мало, поэтому для поглащения энергии поставлен амортизатор, который забирает часть энергии на проталкивание жидкости внутри аморта через клапаны

 

Кстати о каретах. ни кто не знает как было комфортно ездить в карете с подвеской на однолистовых рессорах, но что то подсказывает что качало в этой карете, как на авто с мертвыми амортами...

 

Что бы было понятно: эта тема продолжение другой темы, в которой возникли некие разногласия, и что бы не забивать ту тему спорами была создана отдельная

Причина спора была следующая:

Я не согласился с утверждением что "...пружина в паре с амортизатором гасит колебания НЕподресоренных масс авто..."

И что бы было понятно почему не согласился, я и взял выдержки из открытых источников, вроде бы ничего неправильного в этих источниках не было написано...

 

Кстати, вы правильно заметили, не нужно цепляться к картинке, это лишь для того что бы вспомнить школьный курс физики и применить это к подвеске авто

Что есть колебания подвески от неровности дороги, а есть собственные колебания в колебательном контуре

И что с изменением жесткости подвески (ставим более упругие пружины), меняются характеристики колебательного контура, как следствие нужны другие амортизаторы

[олег71 221]

Позвольте с вами не согласиться. У меня у бабушки в деревне была настоящая карета на ресорах. Даже с лошадью в рысь по полевой дороге ехать было комфортно.

[мотогунька 48]

рессора выполняет три функции

упругий элемент

направляющий

гасящий

 а вообще раймпель ищите и там всё прописано. или русские идания -анализконструкций ,элементы расчёта-осепчугов фрумкин 1989г

[zserg7 0]

А зачем мне это искать?

Я прекрасно знаю из каких элементов состоит подвеска, для чего они служат

Но тем ни менее, спасибо за подсказку, можно будет найти и тем кому нужно будет дать ссылочку

[zserg7 0]

Интересующиеся задали вопрос

Главное механизм объясняй людям, почему рессорная подвеска, гасит колебания, даже без амортизатора, по отношению к иным типам упругого элемента!!

 

Я на него ответил

Про то что рессора - это еще и направляющий элемент вопроса не было

 

Кстати, о карете:

Если бы взглянуть на то как устроена подвеска той кареты на которой было комфортно по полю гонять, то может и там были демпферы, просто вы их не видили, поэтому и не болели морской болезнью после поезди на карете