Затухание колебаний автомобиля вызывается трением различных видов. Основное значение имеет трение в амортизаторах, упругих элементах (листовые рессоры, резиновые или пневматические элементы), в шарнирах рычагов подвески, рессор, рулевого привода и в шинах. 

Основные источники затухания различают по следующим видам трения:

постоянное (сухое) трение между листами рессоры, в ее шарнирах, в шарнирах подвески и рулевого привода. Различают трение покоя (статическое) и трение скольжения. Сравнительно реже встречается трение, пропорциональное нагрузке, сходное с постоянным трением;

трение, зависящее от скорости колебаний кузова и колеса относительно друг друга. Этот вид трения имеет место в гидравлических амортизаторах. Сходные по закону изменения силы трения создают в некоторых пневматических упругих элементах дросселированием проходов для воздуха, соединяющих упругий элемент с дополнительным воздушным резервуаром;

межмолекулярное трение и трение, связанное с шиной.

Межмолекулярное трение возникает главным образом в резиновых упругих элементах. М. Жюльен считает, что затухание в резине пропорционально скорости колебаний

Однако коэффициент сопротивления не является постоянным,

а меняется обратно пропорционально частоте колебаний

Поэтому при изменении частоты в широких пределах нельзя обеспечить эффективного затухания. К тому же межмолекулярное трение в резине не может создать значительной величины затухания (в резиновых подвесках в среднем ψ₀ = 0,1), и поэтому необходимы амортизаторы.

Межмолекулярное трение в резине зависит от ее состава и, например, при высоком содержании сажи может быть по закону изменения таким же, как постоянное трение. В шине также возникает межмолекулярное трение и внутреннее трение между ее элементами. Наличием трения в шине обусловлено появление петли гистерезиса на упругой характеристике шины (см.

рис. 130). Внутреннее трение в шине зависит от ряда факторов, в том числе от конструкции шины, числа слоев корда, внутреннего давления воздуха в шине, амплитуды ее деформаций. Обработка характеристик свободных колебаний колеса с шинами легковых автомобилей показала, что в среднем величина относительного затухания ψ = 0,05 ÷ 0,106.

Стендовые испытания шины легкового автомобиля показывают, что при вращении колеса с частотой 60—600 нагружений в минуту потери на внутреннее трение в шине настолько малы, что ими можно пренебречь. Однако у многослойных шин грузовых автомобилей, особенно при пониженном давлении, потери на трение могут быть значительными.

С шиной связаны также потери на внешнее трение, обусловленные проскальзыванием элементов протектора в плоскости контакта шины с дорогой. Это трение возникает при боковом уводе автомобиля, а также в случае такого направляющего устройства подвески, при котором вертикальное перемещение колеса сопровождается его перемещением относительно дороги.

Трение всех видов, связанное с шиной, необходимо уменьшать, так как оно вызывает увеличение сопротивления качению, нагрев и износ шины, уменьшение срока ее службы.

Постоянное (сухое) трение в подвеске оказывает вредное влияние на колебания автомобиля. В частности, трение в упругих элементах ведет к увеличению частоты колебаний и к частичному или полному блокированию (выключению) упругих элементов. В результате этого колебания автомобиля происходят только на шинах, а мелкие толчки передаются кузову без смягчения подвеской. Постоянное трение не стабильно и может меняться при колебаниях. Поэтому в современных автомобилях стремятся устранить постоянное трение, а если и используют его, то только при условии, что трение будет иметь желаемую величину и поддерживаться в определенных пределах.

Общая тенденция развития конструкции подвески автомобиля сводится к тому, чтобы сделать основным источником затухания амортизаторы, а значение всех других источников уменьшить до минимума. Чем больше удельное значение амортизаторов в гашении колебаний, тем легче обеспечить необходимые величину и характер затухания колебаний автомобиля.

Важная особенность, которая выделяет амортизатор среди прочих элементов, определяющих колебания автомобиля, состоит в следующем. Конструктор может легче менять характеристику амортизатора (его сопротивление), чем другие колебательные параметры автомобиля.

Постоянное трение в подвеске. Тип и конструкция упругого и направляющего устройств подвески определяют постоянное трение в ней. При работе пружины и торсиона трения практически нет. Постоянное трение отсутствует и в пневматическом упругом элементе баллонного или диафрагменного типа. Трение в рычажной подвеске определяется числом шарниров и их конструкцией. Наибольшее трение (и покоя, и скольжения) обусловливают гладкие пальцы и подшипники скольжения. Меньшее трение, особенно трение покоя, соответствует резьбовым пальцам, а у шарниров с шариковыми или роликовыми опорами постоянное трение может практически отсутствовать.

Наибольшая величина постоянного трения обусловлена межлистовым трением в рессорах. В результате такого трения возникают следующие типичные недостатки:

значительная разница между трением покоя и трением скольжения. По данным испытаний коэффициент трения покоя при сухих рессорных листах равен 0,35, а коэффициент трения скольжения 0,22. После смазки листов маслом коэффициент трения скольжения снижается до 0,18;

зависимость величины трения от ряда причин: числа листов, формы их концов, качества поверхности, смазки листов и др.;

необходимость поддержания постоянства величины трения между листами в условиях производства и эксплуатации рессоры;

трудность обеспечения желаемой величины и характера межлистового трения;           

изменение характера и величины трения в зависимости от характера колебаний — уменьшение трения при наложении высокочастотных колебаний на низкочастотные, действие сухого трения, подобное вязкому.

Рассмотрим эту последнюю особенность сухого трения в автомобильной подвеске более подробно [63]. В реальных условиях движения на подвеску действуют, часто одновременно, возмущения различной частоты. Наиболее часто возникают и поддерживаются колебания с собственными частотами — низкочастотные и высокочастотные. Если ограничиться двухмассовой эквивалентной системой (см. рис. 33, а), то одним из вероятных режимов ее колебания будет двухчастотный, при котором на низкочастотные будут накладываться и высокочастотные колебания.

Из теории автоматического регулирования известно, что в этих условиях влияние сухого трения снижается, а его действие становится подобным действию вязкого трения. Например, в гироскопических приборах вводят искусственную вибрацию, чтобы ослабить неблагоприятное влияние сухого трения.

Если колебания системы одночастотные, то сила трения F постоянна по величине, а по знаку противоположна относительной скорости z_om. Среднее значение F за период равно нулю (рис. 153, а). При двухчастотном колебании на низкочастотную составляющую скорости

накладывается высоко частотная составляюшая

Кривая результирующего колебания показана на рис. 153, б. Если разность собственных частот достаточно велика, то можно считать, что на мало меняющуюся величину z_om накладывается значительно меняющаяся величина ζ_от. Кривая на рис. 153, в построена в предположении, что z  постоянна, и поэтому ось

t смещена на z относительно оси О. Относительная скорость

z_om меняется теперь так, что среднее значение силы трения за период F_cp≠ 0.           

действия сухого трения и амортизаторов подвески (отношение k_F/k).

Результаты расчета показывают, что гасящее действие сухого трения нестабильно и заметно снижается при интенсивных высокочастотных колебаниях; когда надежное затухание особенно необходимо. Кроме того, линеаризирующее влияние высокочастотной составляющей на гасящее действие сухого трения расширяет использование линейных эквивалентных расчетных схем.

При рессорной подвеске уменьшения межлистового трения достигают следующими мероприятиями:

уменьшением числа листов, вплоть до перехода к однолистовой рессоре;

соответствующим расчетом радиусов листов в свободном состоянии, обеспечивающим у собранной рессоры отсутствие значительного местного давления в местах соприкосновения листов;

переходом от листов с концами прямоугольной формы (рис. 154, а) к листам с трапециевидными (рис. 154,б) или с оттянутыми (рис. 154, в) концами, что улучшает распределение давления и уменьшает трение между листами вследствие большей гибкости листа;

введением смазки между листами и чехлов, удерживающих эту смазку. Если сила трения между листами грубо сделанной и не смазанной рессоры достигает 20—30% статической нагрузки на рессору, то для рессоры, смазанной смесью равных объемов цилиндрового масла и графитового порошка, коэффициент трения покоя составляет 0,08, а скольжения — 0,04—0,06. Испытания показывают, что введение смазки иногда снижает силу трения в рессоре вдвое;

использованием прокладок между листами рессоры, уменьшающих коэффициент трения при статических испытаниях до 0,02 и придающих желаемый характер закону изменения силы трения.

Лабораторные испытания показывают, что полировка листов рессор дает такой же эффект, как и их смазка. Однако использование этого способа уменьшения межлистового трения ограничено тем, что при полировке после термической обработки снимается защитный окисленный слой, предохраняющий поверхности листов от задиров.

Неприятной особенностью межлистового трения является его зависимость от нагрузки на рессору и состояния поверхности листов. На рис. 155 приведены результаты испытаний, при которых меняли силу трения у двух новых рессор (сплошные линии), и после пробега 160 тыс. км (штриховые).

Разная конструкция рессор привела к тому, что и характер кривых для них различен. Задняя рессора имела 14 листов (9 листов толщиной 11,35 мм и 5 листов толщиной 9,14 мм) с прямоугольными концами. Трение у рессоры было значительным, и это приводило к тому, что динамические прогибы в среднем были невелики. В эксплуатации с течением времени грязь и коррозия усиливали межлистовое трение. При малой статической нагрузке на рессору относительное трение увеличивалось, что указывало, по-видимому, на большие местные нагрузки по концам листов при сборке рессор, обусловленные значительной толщиной листов с концами прямоугольного сечения. Большое межлистовое трение в рессоре оказалось близко к пределу, встречающемуся на практике.

Передняя рессора состояла из 8 листов (2 листа толщиной 11,1 мм и 6 листов толщиной 9,5 мм) с оттянутыми концами трапециевидной формы. Малое число листов и меньшее давление по концам листов обусловили меньшее межлистовое трение. Рессора работала с достаточным относительным перемещением листов, что способствовало очищению их поверхности. По-видимому, этим и объясняется противоположный предыдущему характер межлистового трения: оно уменьшалось в эксплуатации, особенно при малых нагрузках, и имело стабильную величину при различных статических нагрузках.

Смазка значительно влияет на межлистовое трение рессоры (рис. 156). Испытанию подвергали заднюю рессору грузового

автомобиля, состоявшую из 12 листов(4 листа толщиной 11,9 мм и 8 листов толщиной 9,14 мм) с прямоугольными концами. Проводили испытания новой сухой рессоры и после смазки ее листов рессорной смазкой с последующими одиннадцатью циклами нагрузки — разгрузки. Результаты показали, что введение смазки вызвало уменьшение силы трения, которая без смазки составляла при различных статических нагрузках около 35% веса.

Межлистовое трение рессоры изменяется в процессе эксплуатации особенно заметно, если не приняты меры для удержания смазки между листами и предупреждения их загрязнения. Это подтверждают данные испытаний листовых рессор подвески пассажирского железнодорожного вагона. Испытания состояли из 36 поездок в стабильных условиях (скорость, участок для испытаний, нагрузка) после смазки рессор и без применения чехлов. При обработке записанных вертикальных ускорений отдельно подсчитывали числа воздействий с ускорениями 0,05g; 0,075g; 0,10g и т. д. Зависимости числа N_z ускорений, записанных за п поездок (рис. 157, участок А), показывают, что число ускорений различной величины по мере увеличения пробега автомобиля постепенно возрастает.

После 36 поездок рессоры были промыты, смазаны и заключены в чехлы. Зависимости, полученные в результате последующих 22 поездок в прежних условиях, показаны в правой части рис. 157 (участок Б). Характерно, что после введения смазки число ускорений всех величин, кроме самого небольшого, уменьшилось и оставалось малым, что очень важно. Число ускорений, достигавших 0,05g, после введения смазки и чехлов не уменьшалось, по-видимому, вследствие устойчивого загрязнения листов рессор за время первой части проводившихся испытаний автомобиля.

Таким образом, приведенные результаты показывают, что преимущества от смазки рессор являются временными, если не приняты меры для удержания смазки и обеспечения чистоты поверхности листов.

Межлистовое трение в рессорах уменьшают, применяя меж- листовые прокладки и вставки. Существуют межлистовые прокладки, вставляемые между листами на значительную длину, и межлистовые вставки, помещаемые по концам листов.

Прокладки делают из пропитанной маслом фанеры, из фибры, резины и пластмассы. Для вставок применяют также пористую бронзу и различные антифрикционные сплавы. Прокладки и вставки применяют для уменьшения межлистового трения или для того, чтобы придать ему желаемые величину и характер изменения.

Резина, например, в качестве прокладки значительно уменьшает межлистовое трение. Пористая смазанная бронза сохраняет некоторую величину коэффициента трения как при низкочастотных, так и при высокочастотных колебаниях. Вставки из сплава свинца с сурьмой обладают свойством обеспечивать трение при низкочастотных колебаниях вдвое большее, а при высокочастотных колебаниях меньшее, чем вставки из пористой бронзы. Указанный сплав дает также большее, чем бронза, трение покоя, которое можно менять в зависимости от содержания сурьмы (обычно 5—10%).

Различную величину коэффициента трения свинцово-сурьмяных вставок при медленных (например, кузова) и быстрых (например, колеса) перемещениях используют в процессе доводки подвесок опытных образцов. Считают, что при помощи прокладок и вставок можно создать трение, которое в известной мере изменит те свойства подвески, которые определены прочими колебательными параметрами машины.

Межлистовые прокладки и вставки применяют главным образом в рессорах легковых автомобилей. Одна из трудностей состоит в том, чтобы обеспечить значительный срок службы вставок при высоких удельных давлениях между листами.

Гидравлические амортизаторы. На современных автомобилях почти исключительное применение получили гидравлические амортизаторы. Сила сопротивления, создаваемая таким амортизатором,

где k — коэффициент сопротивления амортизатора; z_om — скорость вертикального перемещения колеса относительно кузова; i — показатель степени.

В зависимости от конструкции клапанов амортизатора и вязкости заливаемой в него жидкости показатель степени i может быть больше единицы, равен ей или меньше ее. Если калиброванный канал клапана амортизатора короткий, а жидкость обладает малой вязкостью, то i ≤ 2. В этом случае сопротивление амортизатора незначительно при малой скорости перемещения колеса и быстро возрастает с ее увеличением. Если калиброванный канал длинный, а жидкость достаточно вязкая, то показатель степени i ≈ 1.

Характеристика амортизатора, представляющая собой зависимость силы Z'_a (на конце рычага) от скорости поршня v_n (для той же точки рычага), приведена на рис. 158. Эта характеристика состоит, как правило, из четырех участков: двух при закрытых разгрузочных клапанах (хода сжатия и отдачи) и двух при открытых клапанах. Последние два участка соответствуют клапанным режимам (хода сжатия и отдачи).

При закрытых разгрузочных клапанах [v_n ≤ (0,3 ÷ 0,4) м/сек] характеристика амортизатора меняется по приведенному выше закону, где i = 0,8 ÷ 2,0. Если разгрузочные клапаны открыты, то i ≈ 1, т. е. характеристика близка к линейной. Чаще всего амортизаторы имеют несимметричную характеристику. При большом диапазоне значений коэффициентов сопротивления k_c (ход сжатия) и k₀ (ход отдачи) можно считать, что у малолитражных автомобилей k_c ≈k₀ или k_c ≈ 0 (амортизаторы одностороннего действия), а у легковых автомобилей среднего и высокого классов k_c = (0,15 ÷ 0,25) k₀. Испытания позволяют считать коэффициенты сопротивления соответственно на ходах сжатия и отдачи k_c и k₀ не зависящими от скорости колебании.

Характеристику амортизатора при расчетах иногда спрямляют по частям, представляя в виде четырех линейных участков. Тогда к величинам, характеризующим амортизатор, помимо коэффициентов k_c, k₀ и k _с, k₀ при открывающихся клапанах добавляются усилия, при которых открываются разгрузочные клапаны во время ходов сжатия и отдачи. Как показывает практика, при конструировании легковых автомобилей высокого класса стремятся к тому, чтобы наибольшее усилие, передаваемое через амортизаторы, не вызывало ускорений кузова, превышающих 5 м/сек².

Если амортизатор установлен так, что имеется определенное передаточное число i_n, то от характеристики собственно амортизатора Z'_a (v_n) переходят к характеристике затухания (амортизатор в подвеске) Z_a(z_om), как это было показано в § 3, Части

характеристик затухания (амортизаторов) подвески легковых автомобилей высокого класса показаны на рис. 159, а (ход сжатия) и рис. 159, б (ход отдачи). Характеристики затухания подвесок некоторых автомобилей (табл. 28) получены пересчетом данных результатов испытаний амортизаторов [84].

Следовательно, обычно стремятся уменьшать сопротивление амортизатора при ходе сжатия исходя из того, что относительная скорость z_om во время проезда выступа, особенно короткого, может быть значительно больше, чем при проезде впадины. Поэтому стремятся ограничить силу, передающуюся через амортизатор кузову при ходе сжатия.

В последнее время было исследовано влияние отношения k_c/k₀ на плавность хода с использованием аналого-цифрового комплекса, позволявшего наблюдать за колебаниями автомобиля при движении по асфальтовому и булыжному покрытиям различного качества [65]. Оказалось, что при одном и том же среднем коэффициенте сопротивления k_cp= (k_c - k₀)/2 несимметричность характеристики не оказывает существенного влияния на плавность хода.

Объясняется это, видимо, тем, что для реального микропрофиля деление неровностей на впадины и выступы достаточно

условно. Кроме того, наличие разгрузочных клапанов ограничивает нагрузки, передающиеся кузову и ухудшающие плавность хода. Испытания подтвердили преимущества разгрузочных клапанов при проезде коротких неровностей значительной высоты.

Несимметричность характеристики амортизатора может повысить опасность ударов по ограничителям, так как в этом случае несколько увеличивается z_om и при колебаниях происходит небольшое смещение среднего положения кузова.

При расчете колебаний автомобиля коэффициент сопротивления амортизатора считают вначале постоянным и принимают k_c = k₀. Если целесообразно принять k_c ≠ k_a, то коэффициенты находят, задаваясь их отношением и исходя из значения k_cp= (k_c - k₀)/2, полученного при расчете.

Амплитудно-частотные характеристики перемещения кузова и колеса, а также ускорения кузова при значениях ψ₀, равных

0, 15; 0,25; 0,35; 0,45 (кривые 1—4), приведены соответственно на рис. 160, а, б и в. Увеличение сопротивления вызывает значительные уменьшения перемещений кузова в области низкочастотного резонанса. При дальнейшем увеличении частоты (v > 11,0  1/сек) перемещение кузова быстро уменьшается при всех значениях ψ₀.

Коэффициент относительного затухания влияет на перемещения колеса (рис. 160, б) при различных частотах возмущающей силы по-разному. В небольшой области низкочастотного резонанса (v < 9 1 /сек) и в большой области высокочастотного резонанса (v > 22 1 /сек) увеличение сопротивления амортизатора уменьшает перемещение колеса. Только в области частот 9—22 1 /сек с возрастанием увеличивается перемещение колеса (абсолютная величина этого перемещения небольшая).

Зависимость изменения перемещений кузова и колеса от коэффициента ψ₀, соответствующего низкочастотному резонансу (кривые 1 и 3), и перемещение колеса при высокочастотном резонансе (кривая 2) приведены на рис. 161, а. Изменения ускорений кузова при резонансах (кривые 4 и 5) даны на рис. 161, б.

Увеличение сопротивления амортизатора вызывает вначале быстрое, а затем более медленное уменьшение перемещения кузова (рис. 161, а). По данным расчета можно приближенно принять, что перемещение кузова при увеличении значения ψ₀ уменьшается в 0,935 раза. Например, при увеличении ψ₀ с 0,20 до 0,40, т. е. в 2 раза, перемещение кузова уменьшается в 2∙0,935, т. е. в 1,87 раза. Перемещения колеса при низкочастотном резонансе в значительной мере обусловлены колебаниями кузова. Достаточно снизить эти колебания, чтобы уменьшить и колебания колеса. Практически сопротивление амортизаторов при ψ₀ > 0,20 не влияет на уменьшение перемещений колеса при v ≈ и.

Существенное значение имеет увеличение сопротивления амортизаторов для уменьшения перемещений колеса при высокочастотном резонансе. Характер кривой 2 указывает на наличие, в первом приближении, обратной пропорциональности между сопротивлением амортизаторов и перемещением колеса ζ_v. В рассматриваемом случае, если ψ₀ = 0,16, то наибольшие перемещения колеса при низкочастотном и высокочастотном резонансах становятся одинаковыми, а если ψ₀ = 0,30, то перемещение колеса не превышает половины высоты неровности.

Амплитудно-частотные характеристики ускорения кузова показаны на рис. 160, в. При любом значении ψ₀ амплитудно-частотная характеристика проходит через три узловые точки, соответствующие значениям частот v₁, v₂ и v₃.

Пользуясь узловыми точками, можно выделить четыре области частот: v < v₁ — область низкочастотного резонанса; v₁ < v < v₂ — межрезонансная область; v₂ < v < <v₃ — область высокочастотного резонанса; v₃ < v < ∞ — зарезонансная область колебаний системы.

В зависимости от того, к какой области относится рассматриваемая частота, увеличение сопротивления амортизаторов оказывает различное влияние на ускорения кузова при колебаниях. В области низкочастотного и высокочастотного резонансов увеличение сопротивления амортизаторов вызывает уменьшение ускорения. Однако (см. рис. 160, в) ощутимый эффект получается в области низкочастотного резонанса при малых значениях ψ₀.

В межрезонансной и зарезонансной областях увеличение сопротивления амортизаторов повышает ускорения кузова. Чтобы это пояснить нагляднее, на рис. 162 представлен график,

показывающий, как изменится ускорение, если от среднего сопротивления амортизаторов перейти к большему. Для этого по осп ординат отложено отношение ускорений кузова при ψ₀ = 0,45 к ускорениям кузова при ψ₀ = 0,25. Кривая дает численную оценку уменьшения ускорений в резонансных областях и увеличения ускорений во внерезонансных областях.

Можно аналитически найти величину ψ₀, при которой ускорения не будут выходить за пределы значений, соответствующих узловым точкам. В частности, на рис. 160, в этому случаю соответствует кривая 4. Однако зависимость, приведенная на рис. 162, показывает, что к такому большому значению ψ₀ стремиться не следует, так как уменышение ускорения в резонансных областях не компенсируется значительным его увеличением в межрезонансной и зарезонансной областях, соответствующих к тому же весьма широкой области частот.

Характер изменения наибольших ускорений кузова в зависимости от величины сопротивления амортизаторов показан на рис. 161, б, причем кривая 4 соответствует низкочастотному резонансу, а кривая 5 — высокочастотному. При малом сопротивлении амортизаторов (ψ₀ = 0,10 ÷ 0,20) ускорения в области низкочастотного резонанса больше, чем в области высокочастотного. Колебания сопровождаются значительными перемещениями кузова (см. рис. 160, а) и поэтому особенно плохо переносятся людьми. Если ψ₀ = 0,215, то ускорения в обеих областях резонанса становятся одинаковыми. При большем сопротивлении ускорения кузова продолжают снижаться в области низкочастотного резонанса и остаются неизменными в области высокочастотного.

В дополнение к сопротивлению амортизаторов в области высокочастотного резонанса будут действовать силы сопротивления, вызванные трением внутри шины. Для проверки их влияния при стендовых испытаниях на вынужденные колебания искусственно создавали различные по величине перемещения колеса. Для этого испытания вели в области высокочастотного резонанса, когда кузов практически неподвижен, а колеблются лишь колеса на рессорах и шинах. Испытание проводили для нескольких давлений воздуха в шине. При больших давлениях воздуха шина мало деформировалась, а при малых давлениях деформация каркаса шины, а следовательно, и трение в ней возрастали.

Испытание повторяли с подсоединенными и отсоединенными амортизаторами. При давлении воздуха в шине 3,5 кГ/см² отсоединение амортизаторов вызывало увеличение перемещения колес в 2,21 раза, а при давлении 1,5 кГ/см² — лишь в 1,35 раза. Трение в шинах в последнем случае стало настолько большим, что необходимость в амортизаторах почти отпала.

Несколько по-иному влияет изменение сопротивления в подвеске на колебания автомобиля при проезде единичной неровности. Рассмотрим характеристики перемещений и ускорений при единичном возмущении, построенные для типового автомобиля, при двух значениях относительного затухания в подвеске, соответствующих коэффициентам ψ₀ = 0,10 и ψ₀ = 0,25.

Увеличение сопротивления амортизаторов мало сказывается на уменьшении перемещения кузова (рис. 163, с); увеличение сопротивления в 2,5 раза привело к уменьшению наибольшего отклонения кузова в области низкочастотного резонанса всего в 1,08 раза. Также мало влияет изменение сопротивления амортизаторов на перемещения колеса (рис. 163,б). С увеличением сопротивления амортизаторов происходит выравнивание перемещений колеса: в межрезонаисной области оно несколько возрастает, а в области высокочастотного резонанса и за ней незначительно снижается.

Наибольшие отклонения кузова и колес в области низкочастотного резонанса, а также наибольшие отклонения колес в области высокочастотного резонанса в зависимости от сопротивления амортизаторов показаны на рис. 161, а (штриховые кривые). Здесь даны также наибольшие отклонения, полученные при периодической возмущающей силе (сплошные кривые). Как видим, при единичном возмущении увеличение сопротивления амортизаторов мало влияет на наибольшие отклонения кузова в области низкочастотного резонанса, а колес — в областях низкочастотного и высокочастотного резонансов. Кроме того, при ψ₀ > 0,32 перемещения колес при единичном возмущении становятся больше, чем отклонения, вызванные периодической возмущающей силой.

В случае малого затухания (см. рис. 163, в,  кривую 2) заметны максимумы, соответствующие низкочастотному и высокочастотному резонансам при единичном возмущении. При увеличении затухания (кривая 1) максимум при низкочастотном резонансе перестает быть явно выраженным, а ускорения, в широкой области значений v > u, возрастают на 16—32%. На рис. 161, б было показано, как изменяются ускорения кузова в области низкочастотного и высокочастотного резонансов при периодическом возмущении.

При единичном возмущении увеличение сопротивления амортизаторов практически не сказывается на ускорении кузова в области низкочастотного резонанса и вызывает увеличение

ускорения кузова в области высокочастотного резонанса. Если коэффициент относительного затухания превысит значение ψ₀ = 0,25, то ускорения во время проезда периодических неровностей снизятся настолько, что станут меньше ускорений от действия единичной неровности.

Таким образом, увеличение затухания при проезде единичной неровности не оказывает положительного влияния на максимальный размах колебаний: перемещения кузова и колес меняются несущественно, а ускорение кузова заметно возрастает в широком интервале значений v. Однако увеличение сопротивления амортизатора дает, в определенных пределах, заметный эффект и при проезде единичной неровности. Это объясняется тем, что колебания затухают быстрее после действия возмущения.

Для ψ = 0,15 на участке свободных колебаний (см. рис. 45) имеется шесть существенных отклонений (воздействий на пассажиров), а при увеличении затухания до ψ = 0,30 только три. В отношении плавности хода еще не вполне выяснено, что лучше уменьшать—максимальный размах или число размахов. Однако практические наблюдения за грузовыми автомобилями на грунтовых дорогах показывают, что введение сильных амортизаторов улучшает в ряде случаев плавность хода автомобиля и повышает скорость движения.

Расчет на случайное воздействие (булыжное покрытие) показывает, что для сохранения определенного среднего квадратического нормированного ускорения, например, z_с = 150 1 /сск², при ψ₀ = 0,10 необходимо иметь v_a ≤ 32 км/ч, при -ψ₀ = 0,15 скорость возрастает до v_a = 50 км/ч, при ψ₀ = 0,25 еще больше: до v_a = 70 км/ч. Дальнейшее увеличение затухания уже не увеличит скорости движения: при ψ₀ = 0,35 ÷ 0,45 скорость v_a = 57 ÷ 66 км/ч.

Величина затухания на дороге со случайным микропрофилем оказывает наибольшее влияние на деформацию рессор, меньшее на деформацию шин и еще менее значительное на ускорения кузова (рис. 164). При расчете колебаний неудобно заранее принимать коэффициенты ψ и ψ_к, так как между ними имеется связь, которую можно установить лишь в процессе расчета Значительно проще принять парциальный коэффициент ψ₀ затухания низкочастотных колебаний, позволяющий перейти непосредственно к коэффициентам сопротивления амортизатора.

Если задавшись параметрами подвески (варианты 4 и 19—22 табл. 20), найти зависимость коэффициентов ψ и ψ_к от ψ₀, то получим кривые, приведенные на рис. 165. Вследствие существующей зависимости между колебаниями кузова и колес величина затухания изменяется: относительное затухание низкочастотных колебаний уменьшается, а высокочастотных увеличивается по сравнению с соответствующими коэффициентами для

парциальных систем. Поэтому, если будет обусловлено достаточное затухание колебаний кузова, то тем более будет обеспечено надлежащее затухание колебаний колес. Чем большей выбрана величина ψ₀, тем больше затухание высокочастотной составляющей (колес) по сравнению с затуханием низкочастотной составляющей (кузова).

Расчеты показывают, что если заранее принять относительный коэффициент затухания ψ₀ = 0,25 ÷ 0,35, то при обычных пределах изменения параметров чаще всего получим ψ = 0,15 ÷ 0,25 для низкочастотных колебаний и ψ_к = 0,25 ÷ 0,45 для высокочастотных колебаний. При достаточно интенсивном затухании низкочастотных колебаний относительное затухание высокочастотных колебаний может стать чрезмерным. Это приведет к увеличению ускорений в межрезонансной области, а главное — в области, лежащей за высокочастотным резонансом, т. е. при импульсных воздействиях.

Одним из средств уменьшить величину ψ_к, не влияя практически на коэффициент ψ, является изменение момента включения разгрузочных клапанов, которые, открываясь при определенной скорости колебаний, уменьшают сопротивление амортизаторов. Выбирая указанные скорости, например, соответствующими интенсивным высокочастотным колебаниям, можно добиться, чтобы при низкочастотных колебаниях клапаны были закрыты, а сопротивление амортизаторов стало достаточно большим.

Следовательно, амортизатор является важнейшим элементом подвески, определяющим степень затухания колебаний. Амортизатор не дает накапливаться колебаниям масс автомобиля, вызванным частыми случайными воздействиями неровностей дороги. Это свойство амортизатора проявляется особенно заметно, если неровности являются периодическими с частотой воздействия, отвечающей условиям одного из резонансов. От величины затухания колебаний зависят следующие показатели:

1. Плавность хода автомобиля. С увеличением затухания наибольшие перемещения кузова в области низкочастотного резонанса при периодической возмущающей силе уменьшаются существенно, а в случае единичного возмущения — незначительно. Ускорения кузова в области низкочастотного и высокочастотного резонансов при действии периодической возмущающей силы также уменьшаются. Увеличение ускорений во время усиления затухания наблюдается при периодической возмущающей силе в межрезонансной и в зарезонансной областях (воздействие типа импульса), а в случае единичного возмущения для наибольшего размаха — в широкой области, лежащей выше низкочастотного резонанса. С увеличением затухания уменьшается число ударов в ограничители хода колеса. Кроме того, при увеличении затухания жесткость подвески может быть несколько уменьшена без опасности ударов в ограничители хода.

2. Устойчивость автомобиля и безопасность движения. При периодических неровностях увеличение затухания уменьшает перемещение колеса и улучшает его контакт с дорогой. Опасность отрыва колес от дороги особенно возрастает при уменьшении жесткости подвески и увеличении жесткости шин и может быть дополнительно уменьшена, если изменить конструкцию амортизатора так, чтобы сила сопротивления менялась в зависимости как от относительной скорости, так и от относительного перемещения.

Ф. Бомхард, выясняя влияние амортизатора на безопасность движения, установил следующее. На участке шоссе произошло несколько катастроф с легковыми автомобилями, находившимися в нормальном состоянии. В различное время дня, без видимых причин, автомобили, двигавшиеся с большой скоростью, выезжали за проезжую часть и наталкивались на деревья, высаженные вдоль шоссе.

Запись вертикальных реакций на опасном участке при отсоединенных амортизаторах (рис. 166, а и б) показала, что сильные резонансные колебания колес вызывали их частые отрывы от поверхности дороги. Например, на одном участке (рис. 166, а) в течение 0,366 сек (на расстоянии 7,2 м) колеса 5 раз теряли контакт с дорогой. На другом участке (рис. 166, б), где высоко-

частотные колебания колеса накладывались на низкочастотные колебания кузова, колеса в зоне резонанса почти 50% времени находились в воздухе, что соответствовало пройденному пути около 2,8 м.

В таких условиях при движении с большой скоростью достаточно было неосторожно повернуть рулевое колесо, чтобы возникшие боковые силы (пропорциональные боковым деформациям шин ∆у_л и ∆у_п) вывели автомобиль за проезжую часть дороги. При наличии исправных амортизаторов (рис. 166, в) величина вертикальных реакций не выходила за допустимые пределы.

По данным других испытаний оказалось, что у легкового автомобиля, двигавшегося со скоростью 70 км/ч по булыжному покрытию среднего качества, при отключенных амортизаторах колеса находились в воздухе 30% пройденного пути, а при включенных амортизаторах с оптимальной регулировкой— лишь 2%.

Следовательно, при оценке технического состояния автомобиля, рассчитанного на большие скорости, необходимо проверять также амортизаторы.

3. Тяговые качества автомобиля. Вследствие колебаний автомобиля часть мощности двигателя расходуется. Увеличение затухания уменьшает дополнительные затраты мощности двигателя, достигающие при периодических неровностях и особо неблагоприятных условиях 10—15 л. с.

4. Увеличение срока службы упругого элемента подвески. Увеличение затухания существенно уменьшает средние значения прогиба рессор на дорогах с неровной поверхностью и повышает тем самым усталостную прочность упругого элемента. Об этом свидетельствуют сравнения кривых относительных перемещений z — ζ, характеризующих деформацию упругих элементов, и другие данные.

5. Увеличение срока службы шин. Увеличение затухания уменьшает деформацию шины при периодической возмущающей силе и увеличивает этим ее срок службы. При единичном возмущении влияние затухания на срок службы шин несущественно. Уменьшение деформации шины при наличии амортизатора видно из сравнения вертикальных реакций Z (рис. 166, а и б) и по изменению деформаций боковин шины ∆у (верхние кривые) при включении амортизаторов.

6. Уменьшение износа покрытия. Снижение числа и амплитуды колебаний давления колес на дорогу при включении амортизаторов обеспечивает увеличение срока службы покрытия.

Улучшение качества амортизаторов автомобиля ведет обычно к увеличению скоростей движения на дорогах с неровным покрытием. Оптимальное затухание, обеспечиваемое амортизаторами, должно соответствовать относительным коэффициентам затухания ψ = 0,15 ÷ 0,25 (низкочастотные колебания) и ψ_к = 0,25 ÷ 0,45 (высокочастотные колебания). Такому затуханию соответствуют:

достаточно малые перемещения кузова в области низкочастотного резонанса при периодических неровностях;

меньшее ускорение кузова в области низкочастотного резонанса, чем в области высокочастотного резонанса (при периодических неровностях);

незначительное увеличение ускорения кузова при периодических неровностях в широком интервале частот, соответствующем межрезонансной и зарезонансной областям (воздействие в виде импульсов), и в широкой области, лежащей выше низкочастотного резонанса (при единичной неровности);

предельное уменьшение перемещения колес в наиболее неблагоприятных условиях, т. е. в области высокочастотного резонанса при периодических неровностях.

При выборе затухания следует учитывать значения других параметров, влияющих на плавность хода автомобиля. Например, меньшую величину затухания выбирают при меньшем значении малой собственной частоты и при небольшой жесткости шип, когда вероятность резонанса низкочастотных колебаний незначительна, а перемещения колес в области высокочастотного резонанса невелики. Большее значение затухания целесообразно принимать при малой жесткости подвески и большой жесткости шин, когда возможен частый отрыв колес от дороги; высоких напряжениях в упругом элементе подвески и малом сроке его службы; малом динамическом ходе упругого элемента подвески; наличии на дороге частых и значительных по высоте неровностей.

Ротенберг Р.В.
Подвеска автомобиля
1972