Силы и трение
Когда колесо совершает ход сжатия или отбоя, то неподвижно соединенный с опорой подшипника колеса рабочий цилиндр демпфирующего элемента перемещается относительно поршня и штока. Если упругим элементом служат продольные торсионы, поперечная рессора или в верхней опорной точке фиксируется только шток, а не пружина подвески, то при повороте руля происходит относительное вращение, которое уменьшает или почти полностью устраняет трение в направляющей штока и на поршне. Пружины должны при этом иметь возможность поворота на легкоподвижной верхней опоре, в противном случае в результате их деформации в них появились бы дополнительные напряжения изгиба и возник бы возвратный момент. Если пружина установлена соосно с амортизатором, то как в статике, так и при прямолинейном движении без внешних воздействий в точке крепления к кузову Е действует поперечная сила FFy. Она вызывает на поршне реакцию FKy того же направления, а на направляющей штока — приблизительно вдвое большую силу FCy=FFyFКу. Поршень имеет большой диаметр, что обусловливает малое давление на поверхности, и, кроме того, скользит в амортизаторной жидкости; шток же имеет меньший диаметр и испытывает большую боковую нагрузку. Чем больше FCy, тем больше сила трения Fr в направляющей; соответственно возрастает и требуемое для ее преодоления изменение нагрузки на колесо.
Силу FCy легко рассчитать по размерам, обозначенным на 6.13, массе m приходящейся на ось, и неподпессоренной массе mu.
При переднем приводе в точке контакта колес кроме вертикальной и боковой сил присутствует еще тяговая сила Fa. Эту силу нужно рассматривать приложенной к оси поворота ниже центра колеса; сила Fa' вызывает в точке Е, а также в направляющем шарнире G реакции FEx0 и FGx0. За счет смещения пружины назад можно в некотором диапазоне скоростей почти полностью устранить силу РЕХОУ также вызывающую трение в направляющей и на поршне. На 6.16 приведены силы, действующие в статике в передней подвеске автомобиля «Фольксвагенполо», имеющей вынос колеса вперед — пт и угол продольного наклона оси поворота т=2°20'. Пружина смещена на расчетное расстояние и относительно обеих вертикальных сил F'n и FG2, чтобы получить пару горизонтальных сил FExX и FGxi. Вторая из этих сил складывается с уже имеющейся на направляющем шарнире силой FGx0; сила же FExi при скорости около 100 кмч компенсирует действие противоположно направленной силы FEx0. При этой скорости в точке Е практически отсутствуют продольные силы, вызывающие трение, а вместе с этим и силы на поршне K и в направляющей С.
Тормоз на этом автомобиле — наружного расположения и при его срабатывании в точке Е возникает составляющая FEx2 , которая совпадает по направлению с тормозной силой и при торможении с небольшой интенсивностью обеспечивает отсутствие продольных сил в точке Е, Уменьшение подачи топлива приводит, наоборот, к повышению трения, при этом схема приложения сил аналогична показанной на 6.16.
Рис. 6.13. Если пружина (усилие FF) и направляющий шарнир G расположены соосно с амортизатором, то в точке крепления Е пружинной стойки к кузову имеется поперечная сила FEy продолжительного действия. Она вызывает реакции в направляющей FCy и на поршне FKy, при этом FCy = FEy+FKy
Рис. 6.16. За счет смещения пружины (сила FF) на виде сбоку за ось колеса можно при определенной скорости устранить трение в направляющей С и на поршне К, вызванное продольной тяговой силой Fa на переднем колесе. Это конструктивное решение осуществлено фирмой «Фольксваген» на мод. «Поло» и «Дерби»