Устройство автомобилей

Соотношение углов поворота управляемых колес

При повороте автомобиля его управляемые колеса должны катиться в плоскости своего вращения без бокового скольжения. Для обеспечения этого условия векторы скоростей центров всех колес должны быть перпендикулярны радиусам, проведенным из центра поворота (рис. 1).

У автомобиля, имеющего жесткие в поперечном направлении шины, векторы скоростей совпадают со средними плоскостями колес, и центр поворота О находится на продолжении оси заднего моста. Соотношение между углами поворота θ_н и θ_в соответственно наружного и внутреннего колес определяется из треугольников ОАВ и ОСД :

где L_шк – расстояние между центрами шкворней, равное приблизительно колее управляемых колес.

Из равенства (1) следует, что внутреннее колесо относительно центра поворота должно быть повернуто на больший угол, чем внешнее.
Чтобы обеспечить требуемое соотношение между углами поворота управляемых колес их соединяют рулевой трапецией.
Однако точного выполнения равенства (1) рулевая трапеция не обеспечивает. Поэтому при проектировании трапеций считают достаточным, если при значениях θ_н от 5 до 8 градусов расхождение между теоретическим и действительными значениями θ_н не превышает 12…15‘, а при θ_в от 25 до 30 градусов – не более 3 градусов.

При углах поворота до 15 градусов зависимость θ_н = f ( θ_в ) близка к линейной, что позволяет вместо углов θ_н и θ_в использовать расчетный средний угол θ , равный их полусумме.

Так как на автомобилях устанавливаются эластичные шины, то векторы скоростей центров колес вследствие их увода не совпадают со средними плоскостями колес.
Изменится также и соотношение углов поворота управляемых колес, которое будет зависеть от скорости движения, а так как учитывать этот фактор конструктивно сложно, то им пренебрегают.
Следовательно, автомобиль на эластичных шинах при совершении поворота движется с боковым проскальзыванием управляемых колес, и величина этого проскальзывания будет зависеть от скорости движения.

Колебания управляемых колес

Управляемые колеса, передний мост, подвеска и рулевое управление представляют собой упругую операционную систему, которая при наличии возмущающих импульсов может приходить в колебательное движение, сопровождающееся вилянием управляемых колес.
Так, передний мост вследствие упругой деформации рессор может перемещаться относительно продольной оси автомобиля (точка О на рис. 2, а) на угол ψ , а колеса вследствие упругой деформации привода управления – на угол φ относительно оси шкворня (точка δ на рис. 2, б).

Наезд одним из колес переднего моста на неровность дороги вызовет поворот управляемых колес относительно шкворней, который в свою очередь будет стремиться увеличить наклон колес. Таким образом, перекос переднего моста в результате наезда на неровность вызовет угловые колебания колес, которые в свою очередь усилят перекос моста. Колебания будут продолжаться и после того, как колесо съехало с неровности.
Такие колебания называются собственными . Они зависят только от характеристик упругих элементов подвески, моментов инерции и масс отдельных деталей.

Но бывают и вынужденные колебания колес автомобиля, если в системе управляемых колес имеется какой-нибудь постоянный источник возмущающих сил. Такая система будет иметь незатухающие колебания .

Источником незатухающих колебаний может являться, например, неуравновешенность (дисбаланс) колес. Например вентиль создает центробежную силу С (рис.3, а). При диаметральном расположении вентилей (рис. 3, б) возникает знакопеременный возмущающий момент, который и будет источником автоколебаний.
Дисбаланс колес может быть вызван неравномерностью распределения весовых элементов шины, дефектами колесных дисков и другими факторами. Наиболее эффективным методом борьбы с дисбалансом колес является их балансировка на специальном оборудовании.

При скорости движения автомобиля более 70 км/ч колеса могут создавать 6…8 колебаний в секунду со значительной амплитудой. Это может сопровождаться периодическим отрывом колес от дороги, вследствие чего возможна потеря управления автомобилем.

Способом борьбы с возникновением колебаний управляемых колес является устранение дисбаланса колес, а также применение независимых подвесок. Независимая подвеска не должна позволять управляемым колесам совершать угловые перемещения в плоскости дороги.
На рис. 5 показаны схемы независимых подвесок автомобиля. Подвески а , б и в позволяют колесам перемещаться только поступательно.

Подвески г и д позволяют колесам совершать угловые перемещения в вертикальной плоскости, т. е. могут явиться причиной возникновения колебаний колес. При этом подвеска д лучше подвески г , поскольку ее амплитуда колебаний будет меньше, чем подвески г .

—>Автозапчасти и СТО —>

От правильной регулировки колес автомобиля зависят многие факторы: управляемость автомобиля, срок службы покрышек, расход топлива, а также безопасность самого автомобиля. Так давайте разберемся в углах установки колес и дадим рекомендации по их регулировке.

При движении автомобиля колеса смещаются относительно кузова, причем траектория этого смещения определяется конструкцией так называемого направляющего аппарата подвески, состоящего из рычагов (продольных, поперечных или диагональных) и шарниров (шаровых и резинометаллических). В некоторых подвесках элементом направляющего аппарата могут являться стабилизаторы поперечной устойчивости, а также амортизаторные стойки (типа «Мак-Ферсон»). При деформации упругого элемента подвески в результате изменения загрузки автомобиля, преодоления неровностей дороги, кренов кузова под действием центробежных сил при повороте в подвесках большинства конструкций положение колеса относительно кузова меняется, вместе с ним изменяются и все установочные углы. Исключение, возможно, составляют подвески с параллелограммными продольными рычагами (использовалась в передней подвеске автомобиля ЗАЗ-965), да и то только в случае отсутствия крена кузова. Однако если отвлечься от общих рассуждений, то следует руководствоваться следующими соображениями. Автомобильная подвеска вместе с автомобилем постоянно совершенствуется уже более ста лет. Каждая конкретная конструкция, прежде чем воплотиться в серийную продукцию, проходит длительный этап исследований и доводок. Поэтому к рекомендациям фирм-производителей автомобилей вообще и по установке колес в частности следует относиться с полной серьезностью и ответственностью.

Для тех, кто хочет понять, что означают Углы Установки Колес (Развал/Схождение) и досконально разобраться в вопросе, в этой статье есть ответы на все вопросы.

Экскурс в историю показывает, что мудреная установка колес применялась на различных средствах передвижения задолго до появления автомобиля. Вот несколько более или менее хорошо известных примеров.
Не секрет, что колеса некоторых карет и прочих колясок на конной тяге, предназначенных для «динамичной» езды, устанавливали с большим, хорошо заметным глазу положительным развалом. Делалось это для того, чтобы грязь, летевшая с колес, не попадала в экипаж и на важных седоков, а разбрасывалась по сторонам.У утилитарных повозок для неспешного передвижения все было с точностью до наоборот. Так, дореволюционные руководства о том, как построить хорошую телегу, рекомендовали ставить коле- са с отрицательным развалом. В этом случае при потере нагеля, стопорящего колесо, оно не сразу соскакивало с оси. У возницы было время, чтобы заметить повреждение «ходовой», чреватой особенно большими неприятностями при наличии в телеге нескольких десятков пудов муки и отсутствии домкрата. В конструкции орудийных лафетов (опять-таки наоборот) иногда применялся положительный развал колес. Понятно, что не с целью уберечь пушку от грязи. Так прислуге было удобно накатывать орудие за колеса руками сбоку, не опасаясь отдавить ноги. А вот у арбы ее огромные колеса, которые помогали запросто перебираться через арыки, были наклонены в другую сторону — к повозке. Достигавшееся при этом увеличение колеи способствовало повышению устойчивости среднеазиатского «мобиля», отличавшегося высоким расположением центра тяжести. Какое отношение эти исторические факты имеют к установке колес современных автомобилей? Да, в общем, ни какого. Тем не менее, они позволяют сделать полезный вывод. Видно, что установка колес (в частности, их развал) не подчинена какой-либо единой закономерности.

Надо понимать, что для каждой модели автомобиля эти рекомендации различны. Например, на некоторых машинах устанавливаются нулевые и даже отрицательные углы развала колес. Но в любом случае эти углы обеспечивают наилучшие показатели устойчивости и управляемости, а также минимальный износ шин конкретной модели автомобиля.

Следует отметить, что заводские рекомендации включают определенные требования по загрузке автомобиля (снаряженная масса, полная разрешенная масса и т. п.), в техническом описании и в инструкции по эксплуатации автомобиля указаны значения углов установки колес и осей поворота, а также условия, при которых они проверяются и устанавливаются.

Периодически при эксплуатации автомобиля (минимум через 30 000 км пробега) их полезно контролировать, а если на автомобиле были заменены отдельные элементы подвески и тем более после серьезных ударов по ходовой это просто необходимо делать сразу же. В любом случае следует помнить, что регулировка углов развала и схождения управляемых колес является заключительной операцией ремонта подвески, деталей ходовой части и рулевого управления автомобиля, и никак не иначе. Но сначала давайте разберемся в теории и вспомним, какие параметры установки колес на что влияют и для чего нужны все эти углы.

М аксимальный угол поворота колес

Он характеризует максимальный угол, при котором повернется колесо автомобиля при полностью вывернутом руле. И чем меньше этот угол, тем больше точность и плавность управления. Ведь дл поворота даже на небольшой угол потребуется лишь малое движение рулем. Но не стоит забывать, что чем меньше максимальный угол поворота, тем меньше радиус поворота автомобиля. Т.е. развернутся в ограниченном пространстве будет очень тяжело. Вот и приходится производителям искать некую «золотую середину», маневрируя между большим радиусом поворота и точность управления.

П лечо обката

Плечо обката — кратчайшее расстояние между серединой покрышки и осью поворота колеса. Если ось вращения колеса и середина колеса совпадает, то значение считается нулевым. При отрицательном значении — ось вращения будет смещаться наружу колеса, а при положительном значении — внутрь. Для автомобилей с задним приводом рекомендуется плечо обката с нулевым или отрицательным значением. Но в практике, из-за конструкции автомобиля, сделать это очень сложно, т.к. механизм не помещается внутрь колеса. Вот и получается в итоге автомобиль с положительным плечом обката, который ведет себя непредсказуемо: руль при проезде по неровностям может вырывать из рук, при проезде поворотов создается ощутимый момент, препятствующий равномерному движению. Для борьбы с положительным плечом оката, специалисты наклоняли ось поворота в поперечном направлении и делали положительный развал колес. Это хоть и уменьшало плечо обката автомобиля, но плохо сказывалось на управлении автомобилем в повороте.

У гол кастера

Кастер отвечает за динамическую стабилизацию управляемых колес. Если говорить простыми словами, то кастер заставляет автомобиля ехать прямо при отпущенном руле. Т.е. если вы убрали руки с руля, то автомобиль в идеале должен ехать прямо и не куда не отклоняться. Если же на автомобиль действует боковая сила (например, ветер), то кастер должен обеспечивать очень плавный поворот автомобиля в сторону действия силы при отпущенном руле. К тому же, кастер не дает машине опрокинуться.

Угол кастера. Главная функция кастера — это наклон колес в сторону поворота руля автомобиля. Наклон колеса влияет на сцепление с дорогой, а значит и на управляемость автомобиля. Если автомобиль двигается прямо, то колеса имеются наибольшее сцепление с дорогой, что обеспечивает для водителя быстрый старт и позднее торможение. А вот в повороте все иначе. При повороте колеса, покрышка деформируется под действием боковых сил. И чтобы сохранить максимальное пятно контакта с дорогой, колесо автомобиля тоже наклоняется в сторону поворота. Но везде нужно знать меру, ведь при очень большом кастере, колесо автомобиля будет сильно наклоняться, и утратит тогда сцепление с дорогой.

П оперечный наклон оси поворота

Отвечает за весовую стабилизацию управляемых колес. Суть в том, что в момент отклонения колеса от «нейтрали» передок начинает подниматься. А так как весит он немало, то при отпускании руля под действием силы тяжести система стремится занять исходное положение, соответствующее движению по прямой. Правда, чтобы эта стабилизация работала, нужно сохранить (хоть и небольшое, но нежелательное) положительное плечо обката. Изначально, поперечный угол наклона оси поворота был применен инженерами для устранения недостатков подвески автомобиля. Он избавлял от таких «недугов» автомобиля как положительный развал колес и положительное плечо обката.

Во многих современных автомобилях применяется подвеска типа «Мак-Ферсон». Она дает возможность получить отрицательное или нулевое плечо обката. Ведь ось поворота колеса состоит из опоры одного единственного рычага, которой легко можно поместить внутрь колеса. Но и эта подвеска не совершенна, ведь из-за его конструкции сделать угол наклона оси поворота маленьким практически невозможно. В повороте он наклоняет внешнее колесо под невыгодным углом (как у положительного развала), а внутреннее колесо одновременно наклоняется в противоположную сторону. В результате пятно контакта у внешнего колеса сильно уменьшается. А так как на внешнее колесо в повороте приходится основная нагрузка, вся ось сильно теряет в сцеплении. Это, конечно, можно частично компенсировать кастером и развалом. Тогда сцепление внешнего колеса будет хорошим, а у внутреннего (менее важного) колеса практически исчезнет.

П араллельность поворота

При повороте руля колесо, которое смотрит внутрь поворота, отклоняется на больший угол, чем внешнее, изменяя угол схождения передних колес. Таким образом достигается большая устойчивость автомобиля и стабильность поведения.

С хождение колес автомобиля

Существует два вида схождения автомобиля: положительное и отрицательное. Определить тип схождения очень просто: нужно провести две прямые линии вдоль колес автомобиля. Если эти линии пересекутся спереди автомобиля, то схождение положительное, а если сзади — отрицательное. Если будет положительное схождение передних колес, то автомобиль будет легче заходить в поворот, а также приобретет дополнительную поворачиваемость. На задней оси при положительном схождении колес, автомобиль при прямолинейном движении будет более устойчивым, а если будет отрицательное схождение — то автомобиль будет вести себя неадекватно, и рыскать из стороны в сторону. Но следует помнить, что чрезмерное отклонение схождения автомобиля от нулевого значения увеличит сопротивление качению при прямолинейном движении, в поворотах это будет заметно в меньшей степени.

Р азвал колес

Развал колес, как и схождение, может быть как отрицательным, так и положительным. Если смотреть спереди автомобиля, и колеса будут наклоняться вовнутрь, то это отрицательный развал, а если будут отклоняться наружу автомобиля — то это уже положительный развал. Развал колеса необходим для сохранения сцепления колеса с дорожным полотном. Изменение угла развала колес сказывается на поведении автомобиля на прямой, ведь колеса стоят не перпендикулярно дороге, а значит имеют не максимальное сцепление. Но это сказывается только на заднеприводных автомобилях при трогании с места с пробуксовкой.