Влияние параметров установки колес на износ шин в задней независимой подвеске легкового автомобиля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Задворнов, Виктор Николаевич

• Задворнов, Виктор Николаевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Задворнов, Виктор Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Износ шин и факторы его определяющие

1.1.1. Виды износа шин.

1.1.2. Факторы, влияющие на износ шин.

1. 2. Параметры установки колес и их влияние на износ шин.

1. 2.1. Необходимость установки колес с начальными углами сховдения и развала.:.

1.2.2. Способы определения углов схождения и развала.

1. 2. 3. Влияние углов схождения и развала на износ шин. 21 1. 3. Выводы, постановка цели и задач.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА КАЧЕНИЯ КОЛЕСА, ПАРАМЕТРОВ

УСТАНОВКИ ЗАДНИХ КОЛЕС И рНОСАгЩ» 2.1. Разработка математической модели качения колеса. 2.1.1. Основные предпосылки для разработки модели.

2.1. 2. Математическая модель качения колеса.

2. 2. Разработка метода расчета параметров установки задних колес

2.2.1. Независимая диагонально-рычажная задняя подвеска.

2. 2. 2. Общие положения принятые при расчете.

2. 2. 3. Метод расчета кинематических составляющих изменений параметров установки колес.

2. 2. 4. Метод расчета динамических составляющих изменений параметров установки колес.

2. 3. Разработка методики расчета износа шины

2. 3.1. Анализ зависимостей для определения износа шины.

2. 3. 2. Методика расчета износа шины и его неравномерности.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕНИЯ КОЛЕСА, ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ ЗАДНИХ КОЛЕС И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ИЗНОС ШИН 3.1. Исследование жесткостных и уводных характеристик шин и параметров пятна контакта 3.1.1. Статические жесткостные характеристики шин и параметры пятна контакта.

3. '1. 2. Уводные характеристики шин.

3.1. 3. Влияние кривизны опорной поверхности на уводные характеристики шин.

3. 2. Исследования параметров установки колес в задней независимой подвеске автомобиля 3.2.1. Автоматизированный комплекс "Автоколлиматор" для определения углов установки колес автомобиля.

3. 2. 2. Стендовые исследования.

3.2.3. Дорожные исследования.

3.2.4. Результаты стендовых и дорожных исследований.

3. 3. Исследования влияния установки на износ шин

3. 3.1. Исследования износа шин на барабанном стенде

3.3.1.1. Обще условия проведения стендовых исследований. 146 3. 3.1. 2. Влияние продольных и боковых сил на износ шин. 148 3. 3.1. 3. Влияние углов схождения и развала на износ шин. 149 3. 3. 2. Исследования износа шин в дорожных условиях 3. 3. 2.1. Выбор характерных режимов движения автомобиля. 150 3. 3. 2. 2. Влияние температуры окружающей среды и скорости движения на износ шин.

3.3.2.3. Влияние углов установки на износ шин задних колес автомобиля.

Глава 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Сравнительный анализ уводных характеристик шин.

4. 2. Сравнительный анализ параметров установки колес.

4. 3. Сравнительный анализ износа шин.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние параметров установки колес на износ шин в задней независимой подвеске легкового автомобиля»

Внимание не одного поколения ученых было приковано к проблеме изучения и выбора оптимальных параметров установки управляемых колес в передней независимой подвеске автомобилей, поскольку для жесткой зависимой подвески задних колес выбор рациональных значений углов их установки не имел смысла.

Однако в настоящее время ведущие зарубежные фирмы "Ауди", "БМВ", "Мерседес-Бенц", "Пеж>", "Тоёта", "Фиат" и "Форд" на своих автомобилях стали применять независимую подвеску и задних колес.

В России же независимая подвеска задних колес пока не нашла своего внедрения на серийно выпускаемых моделях и находится еще в начальной стадии экспериментальных разработок на легковых автоби-лях АЗЛК, ВАЗ, ГАЗ, ЗИЛ.

Наибольшее распространение получила независимая задняя диагонально- рычаянаяХна косшГрычагах) подвеска из-за более благоприятных кинематических характаристик по сравнению с другими типами подвесок. Такая подвеска обеспечивает колесам наиболее выгодные параметры установки задних колес, под которыми^ понимаются углы схождения и развала, с точки зрения поворачиваемости автомобиля. Крен кузова автомобиля на повороте позволяет наружному колесу по отношению к центру поворота при ходе сжатия поворачиваться в сторону положительного схождения, а внутреннему при ходе отбоя - в сторону отрицательного. Достигнутая за счет этого недостаточная поворачиваемость под действием крена ослабляет зластокинематичес-кую избыточную поворачиваемость под действием боковых сил. При повороте, наружное колесо с отрицательным развалом и внутреннее с положительным также улучшают передачу шинами боковых сил, тем самым повышая устойчивость и управляемость автомобиля. Независимая подвеска на косых рычагах позволяет уменьшить углы увода и тем самым снизить износ шин, но усложняет проблему выбора параметров установки колес.

Проблема определения и выбора параметров установки задних колес с учетом их изменений при движении значительно обострилась в связи с ростом эксплуатационных скоростей движения, а также с применением обладающих значительными податливостями резинометалличес-ких шарниров в конструкции современной независимой задней подвеске, которые эффективно демпфируют вибрации и снижают шум. С этой целью появились и упругоподвешанные задние подрамники. При движении автомобиля из-за излишних податливостей шарниров подвески углы схождения и развала существенно изменяются по отношению к их начальным значениям в статике.

Все это вносит в проблему выбора углов установки задних колес новые сложности и их решение становится весьма актуальным, поскольку параметры установки колес, оказывая влияние на эксплуатационные качества автомобиля, прежде всего определяют износ шин, стоимость которых составляет до (20-25)% от общей стоимости автомобиля, а их вынужденная замена обходится потребителю до (10-12)% от обцщх расходов на поддержание автомобиля в работоспособном состоянии в эксплуатации.

В данной работе содержатся теоретические и экспериментальные исследования параметров установки колес и их влияния на износ шин в задней независимой подвеске легкового автомобиля.

Разработанный комплекс экспериментально-расчетных методов позволяет находить рациональные значения углов схождения и развала колес с целью получения минимального износа шин в задней независимой подвеске и на стадии проектирования и доводки автомобиля прогнозировать такие эксплуатационные качества, как поворачиваемость, устойчивость и управляемость, топливная экономичность, динамика. Однако последнее не выдвигается на защиту диссертации.

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии "Научно-исследовательском центре по испытаниям и доводке автомото-техники" (Центральный автомобильный полигон) и на кафедре "Колесные машины" Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Задворнов, Виктор Николаевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Впервые выполнен полный комплекс теоретических и экспериментальных исследований влияния параметров установки колес на износ шин в задней независимой подвеске переднеприводного легкового автомобиля.

2. Разработана математическая модель качения колеса для расчета характеристик и параметров взаимодействия шины с опорной поверхностью, базирующаяся на общепринятых и общедоступных (в части их определения) оценочных показателях выходных характеристик шины.

3. Разработан метод расчета параметров установки колес в задней независимой подвеске легкового автомобиля, учитывающий податливость ее резино-металличееких шарниров.

4. Разработана методика расчета износа шины и его неравномерности по ширине протектора, в зависимости от влияния параметров установки колес в задней независимой подвеске легкового автомобиля.

5. Впервые получено аналитическое выражение для расчета увод-ных характеристик шин для реальной асфальтобетонной дороги по результатам испытаний, полученных на стенде с беговыми барабанами. Относительная погрешность расчета не превышает 8 %.

6. Впервые получен показатель сравнительной оценки износостойкости протектора шин, позволяющий прогнозировать ресурс по их жесткостным параметрам.

7. Получен значительный объем экспериментальных материалов по жескоетным, уводным и износным характеристикам и оценочным показателям шин; параметрам установки колес и их влиянию на износ шин в задней независимой подвеске легкового автомобиля в стендовых и дорожных условиях. К основным результатам относятся:

7.1. При исследовании задних независимых подвесок отечественных легковых автомобилей АЗЛК-21426, ГАЗ-3105, ЗИЛ-4102 и их зарубежных аналогов "Фольксваген-Поло"г"Форд-Скорпио" и "Роллс-Ройс"

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Задворнов, Виктор Николаевич, 2000 год

1. Авдонькин Ф. Е Теоретические основы технической эксплуатации автомобилей. -М.: Транспорт, 1985. - 215 с.

2. Адлер Ю. Е , Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Е: Наука, 1976.- 279 с.

3. Аксенов Е В. , Белоусов Б. Е , Гамалай В. Е Сочлененные автомобили // Автомобильная промышленность. 1983. - N 1. - С. 37-39.

4. Аксенов Е В., Белоусов Б. Е Состояние проблемы развития АТС особо большой грузоподъемности // Автомобильная промышленность. 1996. - N 3. - С. 37-39.

5. A.c. 1652865 (СССР). Стенд для исследования колес с эластичными шинами / И. В. Балабин, В. Е Задворнов, О. А. Мартынова //Б. И.- 1991. N 20.

6. A.c. 1805313 (СССР). Устройство для испытаний колес с эластичными шинами / И. В. Балабин, В. Е Задворнов // Б. И. 1993.- N 12.

7. Балабин И. В. , Давыдов А. Д., Сальников В. И. Режимы использования тормозов и их термонагруженность при испытаниях на полигоне, в городе и на горных дорогах //Автомобильная промышленность.- 1973. N 11. - С. 21-22.

8. Балабин И. В., Кнороз А. В. О влиянии угла наклона плоскости качения колеса на износ шин при повороте автомобиля // Автомобильная промышленность. 1979. - N9. - С. 13-14.

9. Балабин И. Е , Задворнов В. Е , Кнороз А. В. Комплексная оценка влияния основных силовых параметров на характеристику увода шин легковых автомобилей // Автомобильная промышленность. 1984.- N 4. С. 18-19.

10. Балабин И. В., Задворнов В. Е Статическая и динамическая жесткость пневматической шины при комплексном силовом нагружении // Полигонные испытания, исследования и совершенствование автомо- 180 билей. М.: НАШ, 1985. - С. 18-27.

11. Балабин И. В. , Вылегжанин С. И., Задворнов В. Е Тепловое состояние шин при качении с уводом // Автомобильная промышленность. 1986. - N 4. - С. 22.

12. Балабин И. В., Задворнов В. Е Стенд для определения динамических характеристик шин // Автомобильная промышленность.- 1986. N 7. - С. 35.

13. Балабин И. В., Задворнов В. Е Жёсткость шин радиальной и диагональной конструкции при сложной деформации // Полигонные испытания, исследования и соверствование автомобилей. М.: НАШ, 1988. - С. 15-27.

14. Балабин О. И., Задворнов В. Е Радиальные выигрывают //Автомобильная промышленность. 1989. - N 8 - С. 27.

15. Бойков В. Е, Белковский Е Е Шины для тракторов и сель-кохозяйственных машин. М.: Агропромиздат, 1988. - 240 с.

16. Бородин Ю. Е , Магдесян В. Р. Комплекс аппаратуры для исследования колебаний управляемых колес автомобиля // Автомобильная промышленность. 1985. - N II. - С. 29-30.

17. Белоусов Б. Е Методы оценки вертикальных нагрузок в ходовой части СКМ и обоснование параметров угла сочленения звеньев: Дис. . канд. техн. наук. М., 1986. - 156 с.

18. Бухин Б. JL Введение в механику пневматических шин. М.: Химия, 1988. - 224 с.

19. Васильев В. А. Методы обслуживания передней подвески с учетом индивидуальных свойств автомобилей: Дис. . канд. техн. наук. М. , 1987. - 193 с.

20. Влияние конструкционных и эксплуатационных факторов на износ, сцепление и сопротивление качению автомобильных шин- 183

21. Проблемы шин и резинокордных композитов. Математические методы в механике, конструировании и технологии: Материалы шестого Всеро-сийского симпозиума. М.: НИИШП, 1995. - С. 89-94.

22. Задворнов В. Е , Шалдыкин В. Е Углы установки задних колес легкового автомобиля // Автомобильная промышленность. 1999.- N 12. С. 33-34.

23. Запорожцев А. В., Пленников Е. В. Износ шин и работа автомобиля. М.: НИИНавтопром, 1971. - 51 с.

24. Зобов В. Е Разработка методики определения изменения параметров установки колес при движении автомобиля: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1989. - 26 с.

25. Зобов В. Е , Балабин И. В. , Задворнов В. Е Изменение установочных параметров качения колес при движении автомобиля // Всесоюзная научно-техническая конференция, посвященная 50-летию Московского автомеханического института: Тез. докл. М., 1989.- С. 68.

26. Иванова Е Е , Пращикин В. Е , Слюдиков Л. Д., Влияние коне- С. 16-18.

27. Кислицин Е М. , Михайловский Е. В. Определение оптимальных углов установки управляемых колес // Автомобильный транспорт.- 1976. N 3. - С. 29-30.

28. Кислицин Е М., Максимов Ю. М. Определение углов установки управляемых колес при движении автомобиля // Автомобильная промышленность. 1977. - N 9. - С. 26-27.

29. Пленников Е. В. Шины легковых автомобилей. М. : Транспорт, 1979. - 48 с.

30. Кленников Е. В. Влияние боковой силы на износ шин и сопротивление качению // Автомобильная промышленность. 1971. - N 8.- С. 13-14.

31. Кленников Е. В., Кнороз В. И., Петров И. Е Экспериментальные исследования напряжений в плоскости контакта ведущего и тормозного колеса // Автомобилестроение. 1967. - N 3. -С. 5-8.

32. Кнороз В. И., Кленников Е. В. Шины и колеса. М. : Машиностроение, 1975. - 184 с.

33. Колесников КС. Автоколебания управляемых колес автомобиля. М. : Гостехиздат, 1955. - 238 с.

34. Королев А. И., Мирзоев Г. К., Слюдиков Л. Д. Исследование влияния передней подвески и рулевого привода на износ шин автомобиля // Автомобильная промышленность. 1965. - N 5. - С. 28-31.

35. Крагельский И. В. Основы расчетов на трение и износ.- М. : Машиностроение, 1977. 526 с.

36. Кубраков В. Е Влияние режимов нагружения и дорожных факторов на износ шин: Дне. . канд. техн. наук. Волгоград, 1995.- 144 с.

37. Лебедев Ф. К. Роль температуры в износе фторопластов //Автомобильная промышленность. 1965. - N 6. - С. 32-34.

38. Леиашвили Г. Р. Оптимизация углов установки управляемых колес автомобиля: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Тбилиси, 1979. - 15 с.- 186

39. Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля. М. : Машиностроение, 1971. - 416 с.

40. Лурье М. И., Алешин В. В. Подбор оптимальных углов установки задних колес автомобиля "Запорожец" методом испытаний на стенде с беговыми барабанами // Автомобильная промышленность. 1964. - N 3. - С. 33-34.

41. Мартемьянов И. В. , Балабин И. Е , Задворнов Е а Автоматизированный комплекс для определения углов установки колес // Автомобильная промышленность. 1992. - N 11. - С. 28-31.

42. Митков А. Л., Кардашевский С. В. Статистические методы в сельхозмашиностроении. М.: Машиностроение, 1978. - 360 с.

43. Морозов Б. И., Козлов Е Ф., Шишацкий А. И. Об учете окружной эластичности автомобильного колеса при описании его работы в тормозном режиме // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. Омск, 1979. - С. 19-25.

44. Морозов Б. И., Шишацкий А. И., Катанаев Е Т. Автомобильное колесо, как элемент противоблокировочного устройства // Автомобильная промышленность. 1973. - N 3. - С. 21.

45. Немчинов М.Е Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. М.: Транспорт, 1985. - 231 с.

46. Непомнящий Е. Ф. Износ эластичного колеса при качении с проскальзыванием. М.: Химия, 1967. - 318 с.

47. Новоселов И. Е К вопросу влияния углов установки передних колес на износ шин и исследование стабилизации этих колес // Автомобильная промышленность. 1962. - N 7. - С. 38-41.

48. Определение некоторых характеристик шин при одновременном действии на них вертикальных, боковых и продольных сил /Дс. Литвинов,

49. НЗ.Ю. Беленький,: ДБ. Азбель, Н.С. Гринберг;. ПД. Оганесян // Автомобильная промышленность. - 1979. - N 2. - С. 17-20.

50. Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме. Омск: Зап. Сиб. кн. изд-во, 1973. - 224 с.

51. Петров М. А., Балакин В. Д., Нарижный О. И. Моделирование- 187 рабочего процесса противоблокировочного устройства тормозной системы // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. Омск, 1977. - С. 3-16.

52. Петров М. А., Приходько Г. К , Сергеев С. С. О моделировании траектории движения тормозящего колеса, // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. Омск, 1977.- С. 58-65.

53. Петрушов Б. А., Московкин В. В., Евграфов А. Е Мощностной баланс автомобиля. М.: Машиностроение, 1984. - 160 е.

54. Петрушов В. А., Стригин И. А. Исследование тангенциальной эластичности автомобильных шин // Труды НАМИ. 1968. - Вып. 97.- С. 44-51.

55. Пирковский Ю. В. Общая формула мощности сопротивления качению полноприводного автомобиля // Автомобильная промышленность.- 1973. N 1.- С. 34-35.

56. Платонов В. Ф. , Леиашвили Г. Р. Повышение экономичности автомобилей за счет оптимизации углов установки управляемых колес // Автомобильная промышленность. 1983. - N 4. - С. 16-17.

57. Правила эксплуатации автомобильных шин. М.: Химия, 1983.- 176 с.

58. Пугин В. А. , Володина Т. Е Влияние конструкции каркаса на свойства, определяющие износостойкость шин // Механика пневматических шин. М. , - 1976. - С. 124-135.

59. Работа автомобильной шины / Под ред. В. И. Кнороза. -М.: Транспорт, 1976. 238 с.

60. Ракляр А. М. Исследование "J-S" диаграмм дорог автополигона: Автореф. дис. канд. техн. наук. М. , 1978. - 24 с.

61. Раймпель Й. Шасси автомобиля / Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1983. - 356 с.

62. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Аммортизаторы, шины и колеса / Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1986. - 228 е.

63. Раймпель £ Шасси автомобиля: Элементы подвески / Пер. с- 189

64. Фрумкин А. К., Лукавский Е Б., Календаров А. Ж. Динамика и кинематика процесса торможения автомобильного колеса // Труды МАЛИ. 1974. - вып. 76. - С. 28-35.

65. Фрумкин А. К , Лигай В. В. Аналитическое исследование торможения автомобильного колеса с АБС // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. Омск, 1979.- С. 41-52.

66. Хромов ПК О влиянии кривизны поверхности барабанов обкатных станков на величину потерь на качение шин // Каучук и резина. 1970. - N 1. - С. 37-40.

67. Чудаков Е. А. Влияние тангенциальной эластичности колес на боковую устойчивость автомобиля. М. : Изд. Акад. наук СССР, 1947. - 260 с.

68. Щенко Е Е , Шалдыкин В. Е , Енаев А. А. Упругость и деформирование шин при совместном радиальном и тангенциальном нагру-жении // Автомобильная промышленность. 1982. - N 7. - С. 17-19.

69. Яценко Е Е , Шалдыкин В. Е , Слыхов А. А. Угловые и линейные деформации рессор при перемещениях моста // Деп. рукопись

70. НИИАвтопром. М., 1978. - Ns ДЗЮ. - С. 10-«24.

71. Blumenfeld W., Scheider W. Opto-elektronisches Verfahren zur Spur und Sturzwinkelmessung am fahrenden Fahrzeug // ATZ.- 1985. N 1. - S. 17-21.

72. Koebler P.,Klaue H. Der Kraftscnluss zwischen Rad und Fahrbahn // ATZ. 1987. - N 9 - S. 224 - 228.

73. Kuralay N. S. Einfluss von FahrwekelastiZitaten und Reifenparametern auf das Fahrverhalten von Personenkraftwagen: Dissertation. Hannover, 1985. - 150 s.

74. Mischke M., Wiegner P. Der Blockiervorgang eines gebremsten Rades // ATZ. 1970. - N 10. - S. 359-363.

75. Physios of Tire Traction. Theory and Experiment / Ed. by D. F. Hays and A. L. Browne. -New-Jork-London: Pienym Press, 1974.- 428 p.- 190

76. Pottinger Marnold Gary A. Effects of test speed and surface curvature on cornering properties of tires // SAE Preprints.- 1976. N 760029. - 10 p.

77. Schal lamach A. Theory of Dynamics Rybber Friction //Wear. 1963. v. 6. - P. 4-16.

78. Schallamach A. Lateral Tire Forces on Wet Roads /Tire Science and Technology. 1977. - N 2. - P. 75-82.

79. Schal lamach A. The Load Dependence of Side and Self't-Aligning Torgue of Pneumatik Tires // Rybber Chemistry and Technlogy. 1970. - N 2. - P. 995-1004.

80. Schalamach A. , Tyrner D.M. The Wear of Slipping Wheels // Wear. 1960. - N 3. - P. 1-25.

81. Zeranski P. Übertragung tangentialer Umfang und Seitenk-rafte am Luftreifen // Kraftfahi%ugtechnik. 1972. - N 11.- S. 334-337.