Автопрактикум. Часть 3. Ходовая часть и механизмы управления большегрузных автомобилей

В зависимости от типа подвески управляемых колёс передние мосты автомобилей могут быть неразрезными и разрезными. В неразрезных мостах управляемые колёса непосредственно связаны с балкой моста. В разрезных мостах связь управляемых колёс с балкой моста осуществляется через подвеску. Неразрезные мосты применяются на грузовых автомобилях и автобусах при зависимой подвеске колёс. Разрезные мосты устанавливаются на легковых автомобилях и автобусах при независимой подвеске колёс.

Передний неразрезной мост (рисунок 4.16) представляет собой балку 2 с установленными по обоим концам поворотными цапфами 1. Балка – кованая стальная, обычно двутаврового сечения. Средняя часть балки выгнута вниз для более низкого расположения двигателя и центра тяжести автомобиля с целью повышения его устойчивости. В бобышках балки закреплены неподвижно шкворни 4, на которых установлены поворотные цапфы 1. На поворотных цапфах, на подшипниках, устанавливаются ступицы с управляемыми колёсами. Поворотные цапфы вместе с колёсами, поворачиваясь вокруг шкворней, обеспечивают поворот автомобиля. Мост с помощью рессор крепится к раме автомобиля.

Рисунок 4.16 – Передний управляемый мост грузового автомобиля

1 – поворотная цапфа; 2 – двутавровая балка; 3 – стопорный штифт; 4 – шкворень; 5 – масленка; 6 – опорный подшипник

Передний мост автомобиля ЗИЛ-431410 (рисунок 4.17) состоит из балки 13 и поворотных цапф 6 в сборе. Балка 13 двутаврового сечения изготовляется из углеродистой стали. На её концах в вертикальной плоскости сделаны отверстия для установки шкворней 8, обеспечивающих шарнирное соединение балки с поворотными цапфами 6. С одной стороны шкворни 8 имеют лыску для удержания их от проворачивания в отверстиях балки, в которых они крепятся при помощи клиновидного штифта 12.

Рисунок 4.17 – Передний мост автомобиля ЗИЛ-431410

1 – ступица; 2 – роликоподшипники; 3 – гайка; 4 – замочное кольцо; 5 – контргайка; 6 – поворотная цапфа; 7 – замочная шайба; 8 – шкворень; 9 – тормозной барабан; 10 – втулка; 11 – прокладки; 12 – штифт; 13 – балка; 14, 15 – опорные шайбы

Поворотная цапфа 6 стальная кованая. Она имеет фланец, на наружной стороне которого в вертикальной плоскости расположены два выступа с запрессованными в них втулками 10, в которые входят концы шкворня. Таким образом, правая и левая поворотные цапфы 6, вращаясь на шкворнях 8, могут поворачиваться в горизонтальной плоскости в обе стороны. Максимальный угол поворота цапф вправо составляет 34°, влево – 36°. Для облегчения поворота управляемых колёс между балкой и нижним выступом фланца цапф установлены опорные шайбы 14 и 15. Для регулирования осевого зазора между поворотной цапфой и проушиной балки служат прокладки 11.

На поворотных цапфах установлены роликоподшипники 2, на которых вращается ступица 1 с передним колесом. Внутренние кольца подшипников сидят на шейках цапфы, а наружные запрессованы в гнезда ступицы колеса. Подшипники регулируют гайкой 3, фиксируемой при помощи замочного кольца 4, замочной шайбы 7 и контргайки 5.

С внутренней стороны ступицы к фланцу прикреплён болтами с гайками тормозной барабан 9. На наружных фланцах ступиц имеются отверстия для запрессовки в них шпилек, на которые устанавливаются диски управляемых колёс автомобиля.

Передний мост грузовых автомобилей КамАЗ (рисунок 4.18) неразрезной. В бобышках стальной балки 17 двутаврового сечения стопорными клиньями 14 закреплены шкворни 19, на которых установлены поворотные цапфы 5.

Рисунок 4.18 – Передний управляемый мост автомобилей КамАЗ

1 – колесо; 2 – гайка; 3,4 – шайбы; 5 – цапфа; 6 – крышка; 7 – контргайка; 8,10,15 – подшипники; 9 – ступица; 11 – тормозной барабан; 12, 16 – рычаги; 13, 18 – тяги; 14 – стопорный клин; 17 – балка; 19 – шкворень; 20 – манжета; 21 – тормозной механизм

Цапфы свободно поворачиваются вокруг шкворней на бронзовых втулках, запрессованных в ушки цапф, и на упорных подшипниках 15, находящихся между цапфами и балкой моста. К фланцам поворотных цапф прикреплены тормозные механизмы 21 колёс. В ушках цапф закреплены рычаги 16 для крепления поперечной рулевой тяги 18 и поворотный рычаг 12 в левой цапфе для крепления продольной рулевой тяги 13. На поворотных цапфах на роликовых конических подшипниках 8 и 10 установлены ступицы 9 с тормозными барабанами и управляемыми колёсами 1. Ступицы колёс на поворотных цапфах закреплены гайкой 2, замковыми шайбами 3 и 4 и контргайкой 7. Снаружи ступицы закрыты крышками 6 с прокладками, а изнутри манжетами 20.

Основной несущей деталью переднего моста автомобилей МАЗ является балка 33 (рисунок 4.19). Она изготовляется методом горячей штамповки из стали и имеет двутавровое сечение с площадками на верхней полке для крепления рессор.

С целью повышения износостойкости поверхность шкворня подвергается, закалке ТВЧ. Нижняя цилиндрическая шейка шкворня опирается на бронзовую втулку, запрессованную в ушко поворотной цапфы. Так как ушки поворотной цапфы обработаны в линию и имеют одинаковый диаметр, а диаметр верхнего конца шкворня меньше диаметра нижнего, то сверху на шкворень устанавливается стальная втулка, которая компенсирует разность в указанных диаметрах и одновременно является распорной втулкой. Втулка вместе со шкворнем поворачивается в бронзовой втулке 22 верхнего ушка поворотной цапфы.

На резьбовой конец шкворня навернута гайка, с помощью которой устраняют зазор в коническом соединении шкворня с балкой передней оси. Гайка стопорится замковой шайбой.

Между нижним ушком поворотной цапфы и балкой расположен упорный шариковый подшипник 31. Балка опирается на этот подшипник через опорную шайбу 25, прилегающую к нему плоской стороной, а к балке – сферической поверхностью, что обеспечивает правильную самоустановку подшипника. При таком соединении балки передней оси с поворотной цапфой горизонтальные нагрузки воспринимаются бронзовыми; втулками, запрессованными в ушки поворотной цапфы, а вертикальные – упорным шариковым подшипником.

Рисунок 4.19 – Передняя ось со ступицей колеса

1 – колесо; 2 – бортовое кольцо; 3 – замочное кольцо; 4 – прижим; 5 – болт; 6 – тормозной барабан; 7 – диск; 8 – ступица; 9 – стопорная шайба; 10 – контргайка; 11 – поворотный кулак; 12 – замковая шайба; 13 – гайка ступицы; 14, 15 – подшипники; 16 – сальник; 17 – обод; 18 – разжимной кулак; 19 – регулировочный рычаг; 20 – шкворень; 21 – стальная втулка; 22, 29 – бронзовые втулки; 23 – регулировочные прокладки; 24 – рычаг продольной рулевой тяги; 25 – сферическая шайба; 26 – тормозная колодка; 27 – ось колодок; 28 – суппорт; 30 – рычаг поперечной рулевой тяги; 31 – подшипник шкворня; 32 – поперечная рулевая тяга; 33 – балка передней оси

Для свободного вращения при ограниченном вертикальном перемещении поворотной цапфы и связанного с ним колеса на шкворне между верхним ушком поворотной цапфы и балкой передней оси имеется зазор, который должен быть в пределах от 0,1 до 0,4 мм. Для обеспечения заданного зазора между верхним ушком поворотной цапфы и балкой установлены металлические регулировочные шайбы 23. Поворотные цапфы соединены с рулевой трапецией.

На конических роликовых подшипниках поворотной цапфы вращается ступица 8 переднего колеса. Подшипники закреплены на цапфе гайкой 13 с замковым кольцом 12 и контргайкой 10 с шайбой 9.

Ступицы колёс, отлитые из ковкого чугуна, с наружной стороны имеют шесть фигурных спиц, к которым при помощи болтов закреплены диск 7 и тормозной барабан 6.

Передний мост автомобилей КрАЗ с колёсной формулой 6х4 является управляемым. Он воспринимает от рамы вертикальную нагрузку и передает на раму продольные и поперечные силы от колёс. Устройство передней оси автомобиля КрАЗ показано на рисунке 4.20. Она состоит из балки 17 двутаврового сечения, изогнутой в средней части вниз для более низкого расположения центра тяжести автомобиля, что повышает его устойчивость.

Рисунок 4.20 – Передняя ось автомобиля КрАЗ

1 – диск колеса; 2 – ступица; 3 – гайки; 4, 5 – шайбы; 6 – крышка ступицы; 7 – контргайка; 8 – шпилька колеса; 9 – наружный подшипник; 10 – тормозной барабан; 11 – замочное кольцо; 12 – бортовое кольцо; 13 – тормозная колодка: 14 – сальник: 15 – поворотная цапфа; 16 – шкворень поворотной цапфы; 17 – балка передней оси; 18 – подшипник шкворня; 19 – левый рычаг рулевой трапеции; 20 – поперечная рулевая тяга; 21 – наконечник поперечной рулевой тяги; 22 – внутренний подшипник; 23 – тормозной диск

Балка имеет две площадки для установки рессор. На обоих концах балки высверлены конические отверстия, в которые устанавливаются шкворни 16 поворотных цапф 15. Каждый шкворень жёстко крепится в балке с помощью гайки и опирается на цапфу через упорный подшипник. На ось цапфы на двух конических роликовых подшипниках 22 устанавливается ступица 2 колеса, которая крепится на оси гайкой 3, являющейся одновременно регулировочной для подшипников. Затяжка подшипников должна обеспечивать свободное, но без заметного осевого люфта, вращение колеса. ПОДШИПНИКИ при сборке ступицы смазываются консистентной смазкой, а самоподжимной сальник 14 предотвращает её вытекание при эксплуатации автомобиля. Поворотная цапфа левого колеса верхней проушиной соединяется с продольной рулевой тягой, а нижние проушины обеих поворотных цапф соединяются между собой поперечной рулевой тягой 20.

4.3.4 Углы установки передних колёс

Автомобиль должен сохранять прямолинейное движение и возвращаться к нему после поворота. Нельзя допускать скольжение шин по дороге, так как это приводит к их быстрому изнашиванию. Для выполнения этих требований передние колёса и шкворни поворотных цапф управляемых мостов устанавливают под определёнными углами. Конструкция переднего моста обеспечивает развал и схождение передних колёс, а также поперечный (боковой) и продольный углы наклона шкворней.

Угол развала колёс (рисунок 4.21, а) определяется углом α, образуемым плоскостью вращения колеса с вертикальной плоскостью. Он обеспечивается углом наклона поворотных цапф вниз и считается положительным, если верхняя часть колеса отклонена наружу от вертикальной плоскости. Угол развала различен у разных моделей автомобилей и составляет от 0° до 2°.

Угол развала необходим для обеспечения перпендикулярного расположения колёс к поверхности дороги при движении автомобиля. Кроме того, при установке колёс с углом развала сила реакции дороги в основном передается на внутренний подшипник ступицы колеса, выполняемый обычно большего размера, чем внутренний.

Рисунок 4.21 – Углы установки управляемых колёс

Схождение колёс, (рисунок 4.21, в) необходимо для того, чтобы обеспечить их параллельное качение. При движении автомобиля из-за установки колёс с развалом возникает усилие, способствующее разворачиванию колёс на угол от 0,5° до 1° от вертикальной плоскости автомобиля. При этом колёса стремятся катиться по расходящимся дугам. Для устранения этого явления применяют схождение колёс, при котором расстояние В между колёсами впереди делают несколько меньше, чем рас стояние Г между колёсами сзади. В результате схождения колёс они катятся параллельно и строго в продольной плоскости автомобиля, что устраняет боковое скольжение колёс по дороге и уменьшает изнашивание шин. Так как угол схождения колёс не превышает 1°, поэтому на практике схождение определяют как разность расстояний В и Г, которые измеряют между ободьями колёс или боковинами шин на высоте их осей. Схождение колёс зависит от угла развала и составляет от 2 до 12 мм. Поперечный наклон шкворня определяется углом β (рисунок 4.21, а), образуемым осью шкворня с вертикальной плоскостью, параллельной продольной плоскости автомобиля, иными словами, верхний конец шкворня наклонен внутрь к середине балки моста. Такой наклон шкворня совместно с углом развала колёс уменьшает расстояние между точкой пересечения геометрической оси шкворня с дорогой и точкой центра контакта шины, т. е. уменьшается плечо А момента, который необходимо приложить при повороте колёс автомобиля, следовательно, облегчается управление автомобилем. Кроме того, при повороте колёс вокруг шкворней с поперечным наклоном передняя часть автомобиля несколько приподнимается и при выходе его из поворота под действием силы тяжести стремится опуститься, обеспечивая возвращение колёс в исходное положение, как только исчезнет сила, удерживающая колёса в положении поворота. Эти углы сравнительно велики и находятся в пределах от 6° до 10°.

Продольный наклон шкворня (рисунок 4.21, б) определяется углом γ, образуемым вертикальной плоскостью, перпендикулярной продольной оси автомобиля, и осью шкворня. При этом ось шкворня пересекается с дорогой на расстоянии Б от центра контакта шины. Это расстояние является плечом боковой силы, возникающей при повороте, в результате чего создается стабилизирующий момент, который стремится повернуть колесо вокруг шкворня и вернуть его в исходное положение. Этим обеспечивается лучшая устойчивость и стабилизация управляемых колёс при прямолинейном движении автомобиля. Угол продольного наклона шкворня обычно находится в пределах от 2,5°до 3,5°. Однако стабилизация управляемых колёс зависит также от эластичности шин. Чем эластичнее шины, тем больше их деформация и момент, стремящийся повернуть колесо в нейтральное положение. Поэтому у автомобилей с шинами повышенной эластичности продольный наклон шкворня не превышает 1°.

4.4 Подвеска большегрузных автомобилей

4.4.1 Подвеска автомобилей ЗИЛ

Передняя подвеска состоит из двух продольных листовых рессор и двух телескопических амортизаторов.

Каждая рессора состоит из 11 листов, изготовленных из кремнистой стали. Первые два листа рессоры (большие по длине) называются коренными. В средней части каждого листа рессоры имеется по две отштампованных выдавки, препятствующие их продольному и поперечному перемещению. С этой же целью листы рессоры стянуты хомутами.

Шарнирное соединение переднего конца рессоры (рисунок 4.22, а) в кронштейне 1 рамы обеспечивается следующим образом. На конце рессоры через подкладку 13 двумя болтами и стремянкой 2 крепят ушко 14. В него запрессовывают втулку 15, через которую свободно проходит рессорный палец 16, закреплённый в кронштейне. Для смазывания пальца служит маслёнка 17.

Средняя часть рессоры соединяется стремянками 12 с балкой переднего моста.

Задний конец рессоры расположен в проушинах кронштейна 11 и опирается на сухарь 20, изготовленный из износостойкой стали. При любом допустимом прогибе рессоры конструкция подвески позволяет ей свободно перемещаться в продольном направлении в результате скольжения коренного листа по опорному сухарю 20.

Для предохранения от изнашивания скользящего коренного листа на его конце приклёпана вспомогательная накладка. Опорный сухарь установлен на пальце 21, концы которого расположены в двух вкладышах 22, изготовленных из легированной стали. Вкладыши, закреплённые в кронштейне 11 стяжным болтом 24 с распорной втулкой 23, служат для предохранения кронштейна от истирания концами рессор. Прогибы рессоры ограничиваются резиновыми буферами 5 и 8. Буфер 8 установлен в опоре на лонжероне рамы, а буфер 5 прикреплен к рессоре стремянками 12.

Рисунок 4.22 – Передняя и задняя подвески

а – передняя; б – задняя; 1 и 25 – передние кронштейны; 2, 12, 27 и 35 – стремянки; 3 – передняя рессора; 4 – фиксатор накладки; 5 и 8 – буфера рессоры; 6 и 28 – накладки; 7 – амортизатор; 9 – обойма; 10 и 33 – проставки; 11 и 32 – задние кронштейны; 13 и 36 – подкладки ушек рессор; 14 и 37 – ушки рессор; 15 и 38 – втулки ушек; 16 и 40 – пальцы рессор; 17 и 39 – маслёнки; 18 – резиновая втулка; 19 – палец амортизатора; 20 и 41 – сухари; 21 и 42 – пальцы сухарей; 22 и 43 – вкладыши; 23 и 44 – втулки стяжных болтов; 24 и 45 – стяжные болты; 26 – кронштейн дополнительной рессоры; 29 – дополнительная рессора; 30 – промежуточный лист; 31 – задняя рессора; 34 – подкладка стремянок

Амортизатор 7 шарнирно соединён с передним мостом и рамой при помощи пальца 19 и резиновой втулки 18. Ушко амортизатора поворачивается относительно пальца в результате деформации резиновой втулки.

Задний мост автомобиля подвешен к раме на парных полуэллиптических рессорах (рисунок 4.22, б), из которых две рессоры 31 основные и две рессоры 29 дополнительные (подрессорники). Основная рессора состоит из 13 листов, а дополнительная – из девяти. Основная рессора крепится к картеру заднего моста стремянками 27 с накладками 28 и подкладками 34. Передний и задний концы основной рессоры 31 задней подвески крепятся к раме в кронштейнах 25 и 32 так же, как и концы рессоры передней подвески.

Если автомобиль не нагружен, работает только основная рессора, в этом случае концы дополнительной рессоры 29 и кронштейны 26 не соприкасаются между собой. Когда автомобиль нагружен, рама в результате прогиба основной рессоры опускается и концы дополнительной рессоры упираются в кронштейны. В этом случае работают обе рессоры. Для плавного изменения жесткости дополнительной рессоры в начальный период ее работы опорные поверхности кронштейнов 26 имеют фасонную поверхность.

Для смягчения ударов балки заднего моста о раму при работе автомобиля в тяжелых дорожных условиях на лонжеронах рамы установлены резиновые буфера.

4.4.2 Подвеска автомобилей КамАЗ

Подвеска автомобиля воспринимает основные динамические нагрузки от воздействия неровностей дороги. Для обеспечения большей плавности хода и для гашения колебаний автомобиля в его передней подвеске установлены гидравлические амортизаторы двухстороннего действия.

Передняя подвеска автомобилей (рисунок 4.23) состоит из двух продольных полуэллиптических рессор, работающих совместно с двумя телескопическими амортизаторами и двумя полыми резиновыми буферами сжатия. В средней части рессоры прикреплены двумя стремянками 7 к площадке балки передней оси. Между рессорами и балкой установлены кронштейны 10 амортизаторов 11.

Передние концы рессор с помощью отъёмных ушков 23 и пальцев 21 прикреплены к кронштейнам 20. Втулки 22 отъёмных ушков изготовлены из антифрикционного ковкого чугуна, повышающего износостойкость соединений с пальцами рессор. Задние концы передних рессор скользящие и опираются на сменные защитные сухари 15 и боковые вкладыши 19.

Рисунок 4.23 – Передняя подвеска

1 – болт крепления ушка; 2, 17 – болты стяжные; 3 – накладка ушка; 4 – рама автомобиля; 5, 10 – кронштейны амортизатора верхний и нижний; 6 – буфер рессоры; 7 – стремянка рессоры; 8 – накладка; 9 – штифт, 11 – амортизатор; 12 – хомут; 13 – кронштейн задний рессоры; 14 – палец сухаря; 15 – сухарь; 16 – накладка коренного листа; 18 – втулка; 19 – вкладыш; 20 – кронштейн передний рессоры; 21 – палец ушка; 22 – втулка ушка; 23 – ушко рессоры; 24 – маслёнка

Рессора состоит из 15 листов. Коренной лист рессоры прямоугольного сечения, а остальные листы Т-образного сечения. На скользящем конце коренного листа заклёпками закреплена накладка 16, предохраняющая его от износа. Пальцы рессор смазываются через маслёнку.

Амортизаторы передней подвески соединены с рамой автомобиля и передней осью при помощи пальцев и резиновых втулок. Втулки компенсируют перекосы и смягчают ударные нагрузки, передаваемые от оси автомобиля на раму. С обоих торцов резиновых втулок установлены шайбы.

При движении автомобиля по дороге с небольшими препятствиями амплитуда колебаний подвески незначительна и сопротивление, создаваемое амортизаторами, невелико. На неровной дороге амплитуда колебаний подвески возрастает, при этом амортизатор оказывает большое сопротивление, предотвращая раскачивание автомобиля и поглощая энергию, как при плавном, так и при резком сжатии и отдаче рессор.

Для ограничения хода передней подвески служат резиновые полые буфера 6, закреплённые на лонжеронах рамы.

Передняя подвеска некоторых автомобилей КамАЗ имеет стабилизатор поперечной устойчивости, который увеличивает угловую жёсткость подвески, уменьшая угол крена подрессоренной части автомобиля при действии на автомобиль поперечной (боковой) силы, повышает устойчивость движения автомобиля.

Штанга стабилизатора в средней части закреплена на балке передней оси в резиновых подушках с помощью обойм, накладок и стремянок. Штанга стабилизатора стойками шарнирно соединена с кронштейнами, установленными на левом и правом лонжеронах рамы. Соединение стоек с кронштейнами рамы аналогично креплению амортизатора.

Задняя подвеска автомобилей балансирного типа. Она обеспечивает равенство вертикальных нагрузок, приходящихся на средние и задние колеса одной стороны. Это достигается тем, что сама рессора выполняет функции балансира, так как средней частью она установлена на качающейся опоре, а концы рессоры опираются на балки мостов.

Задняя подвеска автомобиля КамАЗ представлена на рисунке 4.24. Качающаяся опора 12 свободно (на втулке) установлена на оси 13, закреплённой в кронштейне 6. К опоре 12 стремянками 7 прикреплена рессора 5. Своими концами рессора через кронштейны 4 и 8 опирается на балки среднего и заднего мостов. Поскольку продольное перемещение концов рессоры в кронштейнах 4 и 8 не ограничено, она разгружена от передачи продольных усилий и моментов, действующих в продольной плоскости, но воспринимает боковые усилия.

Рисунок 4.24 – Задняя подвеска автомобиля КамАЗ

1 – средний мост; 2 – кронштейн верхней реактивной штанги; 3 – кронштейн нижней реактивной штанги; 4, 8 – кронштейны установки рессоры; 5-рессора; 6 – кронштейн подвески; 7 – стремянка рессоры; 9 – задний мост; 10 – верхняя реактивная штанга; 11, 14 – нижние реактивные штанги; 12 – качающаяся опора; 13 – ось опоры

Продольные силы и моменты передаются системой реактивных штанг – верхних 10 и нижних 11 и 14. Каждая из штанг шарнирно соединяется с балкой моста и с рамой автомобиля. Таким образом балансирная подвеска образует сложный многозвенник, необходимая кинематика которого обеспечивается большим числом шарнирных соединений.

4.4.3 Подвеска автомобилей Урал

Подвеска переднего моста (рисунок 4.25) состоит из двух продольных полуэллиптических рессор 10, работающих совместно с двумя гидравлическими амортизаторами 4 двойного действия телескопического типа.

Рисунок 4.25 – Подвеска переднего моста

1, 8 – кронштейны передний и задний; 2 – буфер рессоры; 3 – кронштейн буфера упорный; 4 – амортизатор; 5, 18 – кронштейн амортизатора; 6 – кронштейн дополнительного буфера; 7 – подкладка; 9 – вкладыши; 10 – рессора; 11 – болт; 12 – втулка распорная; 13 – буфер дополнительный; 14 – обойма; 15 – пластина регулировочная; 16 – пластина стопорная; 17 – стяжка задних кронштейнов; 19, 22 – стремянки; 20 – палец ушка рессоры; 21 – накладка; 23 – ушко рессоры; 24 – клин; 25 – гайка

Верхние проушины амортизаторов через резиновые втулки прикреплены к скобе кронштейнов 5, нижние проушины – к кронштейнам 18, приваренным к балке. В средней части рессора стремянками 19 закреплена на балке переднего моста. Ход моста вверх ограничивается резиновыми буферами 2, закреплёнными в накладке 21 рессоры, и дополнительными буферами 13, установленными в обойме 14. Обоймы соединены с кронштейнами 6, прикреплёнными к лонжеронам рамы. Дополнительные буфера, кроме того, уменьшают напряжения в рессоре при резком торможении, ограничивая закрутку рессор.