Параллелограмм Уатта vs А-образный рычаг. November 9th, 2011

В принципе, для тех, кто не съезжает с асфальта, или, съехав - ездит медленно - данная тема не особо актуальна. Еще меньше она может заинтересовать владельцев автомобилей с независимой подвеской. Разве что для самообразования посмотреть. Но для тех владельцев внедорожников в целом, и Ниво-водов, в частности, которые пользуют машину по назначению - вопрос изменения конструкции подвески встает каждый раз, когда речь заходит о движении по пересеченной местности на высоких скоростях.

Проблема в стандартном креплении нразрезного заднего моста. Тяга панара, применяемая для стабилизации "поперечных" колебаний моста - прекрасно чувствующая себя на дороге - при езде по неровной местности заставляет машину рыскать. В прыжке задний мост смещается вправо (если смотреть сзади), и при "посадке" - машину немного доворачивает влево, что на определенных скоростях, да еще на грунте - может стать пичиной аварии. Вот, собственно - принцип работы тяги панара.

Почему столь небезопасный механизм до сих пор применяется на внедорожниках? Ответ, скорее всего в том, что производитель не закладывается на использование автомобилей в экстримальных режимах. В массе своей.

Но для тех, кому штатных возможностей мало - давно уже существует два наиболее удачных конструкторских решения.

Параллелограмм Уатта и А-образный рычат.
Обе конструкции обеспечивают четкое вертикальное перемещение заднего мста при движении по пересеченной местности, повышение управляемости. И, соответственно, безопасности.

И все же между ними есть существеная разница.

Что из них лучше - решает каждый сам для себя, Мое мнение - механизм Уатта - больше подходит для скоростной езды по слегка пересеченной местности. Поскольку усложняет конструкцию заднего моста и имеет ограничение по вертикальному перемещению подвески.

Вот схематичное сравнение работы тяги Панара и параллелограмма Уатта

Механизм состоит из двух горизонтальных балок одинаковой длины, прикреплённых с каждой из сторон шасси. Между этими двумя балками присоединено короткое вертикальное звено. Центр вертикального звена - точка, принуждаемая двигаться вертикально, - присоединено к центру оси. Все места соединения звеньев способны свободно вращаться в вертикальной плоскости.

Механизм Уатта можно рассматривать как две тяги Панара, монтируемых друг напротив друга. В конструкции Уатта, однако, искривление движения, присущее тяге Панара, компенсируется поворотом короткого вертикального звена.
В действии

Тяга Панара прекрасно себя чувствует при небольших колебаниях подвески. Параллелограмм Уатта - сохраняет геометрию во всем диапазоне движения заднего моста. Но - добавляет "неподрессоренную массу" - ведь основная часть механизма крепится к мосту, а для обеспечения больших ходов подвески - ему необходим длинный центральный рычаг, который будет выступать в спокойном положении вниз - что не слишком хорошо для бюрющихся за каждый сантиметр дорожного просвета внедорожниов. И здесь на сцену выходит его конкурент.

А-образный рычаг.
Его появление - продолжение развития стандартной подвески. Стремясь избавится от поперечных колебаний заднего моста, нкоторые производители стали одну из двух пар продольных тяг, на которых крепится задний мост, располагать не параллельно, а трапецией. Как в этом примере,

Обратный вариант расположения тяг - узкой стороной трапеции к мосту - привел к возникновению А-рычага.

Конструктивно, этот механизм проще чем параллелограмм Уатта. Позволяет значительно увеличить ходы подвески по вертикали, упрощает лифт подвески. Поэтому его облюбовали Трофисты - А-рычаг, сохраняя жестко-вертикальное движение моста под машиной на пересеченной местности, сохраняет и огромные ходы подвески как по вертикали, так и при диагональном вывешивании.

Вот А-образный рычаг (но с двумя креплениями к мосту и одним к кузову) в действии:

Кстати, фото Нивы на А-рычагах - не случайность и не единичный случай. Хотя, в большинстве своем, весь этот тюнинг относится к автомобилям спортивного предназначения.
Как пример - знаменитые раллийные Нивы, неоднократно бравшие призовые места в ралли Париж-Даккар.
На легендарной Ниве Жан-Жака Пока задний мост работал на параллелограмме Уатта!

Сегодня именно этот механизм используется при мелкосерийной сборке Нивы Бронто-Джунгли - той самой Нивы Путина, близкой родственницы Бронто Рысь, которую мы уже тестировали.

Для серийных машины, используемых в условиях, близких к стандартным - такое решение выгодно, поскольку обеспечивает современную четкость в управлении. Но несколько увеличивает стоимость авто. А потому не применяется в бюджетных автомобилях.

А-образные же рычаги, в большинстве своем, встречаются в трофи - их установка на стандартные автомобили не обоснована, поскольку такая конструкиця, в штатных режимах использования, просто не раскрывает весь свой потенциал. Это все равно что купить Внедорожник - и не съезжать с асфальта. Деньги на ветер.

Станок СПД 1070 - 1900. Обжимные рычаги заменены кольцевой пружиной, получающей поступательное движение не от кольцевого пневмоцилиндра через систему рычагов, а от нескольких цилиндров, расположенных радиально вокруг главного вала. Привод шаблонов и кольцевой пружины пневматический, привод для движения остальных механизмов электрический.
Обжимной рычаг изготовляют точным литьем и после шлифовки боковых поверхностей в нем сверлят отверстия на универсальных сборочных приспособлениях. Далее производят фрезерование контура рычага по копиру с контролем за чистотой поверхности по эталону и цементацию. Окончательная обработка рычага заключается в шлифовании, полировании и хромировании поверхности. На всех операциях изготовления осуществляется контроль.
Браслетный барабан. Конструкция обжимных рычагов такова, что обеспечивается перекрытие между ними как в разжатом, так и сжатом положении.
Рычажный механизм сборочного станка СПД 750 - 1100 (АПДИ-3. Зазор между обжимными рычагами и кольцевой пружиной регулируется двумя упорными винтами. На передней части шаблона имеются шпильки 14 для установки крыла. Дополнительный барабан 2 вращается на роликах. В данном механизме производится обжатие корда по заплечикам барабана, но заворот слоев корда на крыло в связи с радиальным перемещением кольцевой пружины получается неполным.
Рычажный механизм сборочного станка СПД 675 - 950. Вместо роликов на обжимных рычагах установлены пружины, а кольцевая пружина выполнена в открытом варианте, благодаря чему она свободно катится по борту собираемой покрышки, не задирав слой обрезинки. Количество обжимных рычагов увеличено с целью получения более мелких складок на концах браслета при обжатии его по плечикам сборочного барабана. Кроме того, в механизме предусмотрено 40 дополнительных рычагов. Эти рычаги необходимы для сборки покрышек типа Р, так как создают мелкие, равномерно расположенные складки при обжатии бр аслета по запле чику барабана.
Тормоз барабана станка СПД 675 - 950.
Технологические переходы при сборке покрышки на станке СПД 660 - 1100.

Кинематическая схема механизма прикатки и заворота бортовой ленты. Далее шаблон отводится в исходное положение, обжимные рычаги занимают исходное (верхнее) положение. Затем для выполнения операций заворота слоев корда на крыло воздух подается в первый (наружный) кольцевой цилиндр 9 рычажных механизмов. Затем сжатый воздух подается во вторые (внутренние кольцевые цилиндры 10 и, распорные рычаги разжимают кольцевую пружину до еще большего диаметра. После этого сжатый воздух подается в пневмофиксаторы, которые перемещают (отводят) механизмы от сборочного барабана.
При обработке третьей группы слоев корда зажатые между обжимными рычагами и обжимной пружиной слои обжимаются и дублируются (склеиваются) со слоями второй группы и заворачиваются на носок покрышки за счет последующей подачи механизмов формирования борта внутрь покрышки.
Остальные кинематические цепи продольных перемещений рычажных механизмов, раскрытия основных и обжимных рычагов, перемещений шаблонов, поворота кулачков, перемещений левой группы, левого центра, прикаточных механизмов, механизма прикатки бортовой ленты, а также подъема и опускания каретки тележки для съема покрышек аналогичны кинематическим цепям станка для сборки покрышек модели СПД 2 - 570 - 1 100П, поэтому здесь не рассматриваются.
На переднем торце шаблона укреплены ролики, по которым скользят обжимные рычаги, и штыри, предназначенные для посадки бортовых колец. Шаблоны разработаны на каждый посадочный диаметр покрышки. Детали их максимально унифицированы. Штыри для посадки крыльев имеют регулировку посадочного диаметра по 3 мм на сторону для обеспечения сборки покрышек по различным спецификациям.
Схема посадки крыла на станке СПД 675 - 950 (а и на станке СПД 970. Шаблоны начинают двигаться к барабану, опуская корд, зажатый между обжимными рычагами и кольцевой пружиной, к пятке борта. Затем включается гидравлический клапан, благодаря чему гидрофиксатор под действием рычажных механизмов подвигается к барабану до положения, ограничивающего движение рычажного механизма при проталкивании слоев корда за пятку борта. Останов гидрофиксатора, а следовательно, и рычажного механизма происходит от импульса конечного выключателя, подаваемого гидравлическому клапану. Последний перекрывает гидравлическую линию.
Следующий цикл начинается с движения к барабану шаблонов, которые упираются в обжимные рычаги и заставляют их подгибать под себя концы слоев корда до тех пор, пока рычаги не прижмут слои корда к кольцевой пружине.
Универсальный механизм для заделки бортов покрышки на полудорновом неподвижном барабане. К главным узлам универсального механизма (рис. 10.13) относятся: система обжимных рычагов 10, кольцевая спиральная пружина 8 с усиливающим ее резиновым шнуром 9, которые находятся на секторах 23, перемещающихся в радиальном направлении распорными рычагами 1; распорная резинотканевая камера 2; обжимная резиновая камера 6 для опрессовки борта покрышки. Система обжимных рычагов 10, кольцевая пружина 8, обжимная камера 6 и шаблон 13 для посадки крыльев могут выполнять операции самостоятельно и во взаимодействии с другими узлами.
В новом механизме распорная кольцевая пружина 17, как и кольцевая пружина на обжимных рычагах, движется радиально. Это дает возможность сохранить почти постоянным их взаимное расположение при обжатии слоев корда и тем самым обеспечивает хорошую обработку бортов покрышки. Перемещение кольцевой распорной пружины 17 по радиусу достигается тем, что движение распорным рычагам 2 сообщается не распорной резиновой камерой, как в универсальных механизмах НИИШП на станках СПД-4М, СПД-5ИМ и др., а кольцевым поршнем 13, как в станке СПД-8Я.
Технологический процесс при производстве станков можно охарактеризовать на примерах изготовления наиболее важных деталей: обжимного рычага, главного вала, станины и кольцевой пружины.
Механизм (рис. 75) включает шаблон /, корпус 7 пневмо-цилиндра, на котором шарнирно закреплены обжимные рычаги 3, распорные 10 и дополнительные 4 рычаги.

Корпус 6 механизма одновременно является цилиндром для приведения в действие распорных рычагов 3 с кольцевой пружиной и основанием для закрепления обжимных рычагов и шаблона для посадки крыльев. Установка указанных механизмов позволила механизировать основные операции обжатия слоев корда по заплечикам барабана, посадку крыльев, заворот слоев корда на крыло. Борт локрышки, собранной на механизированном станке, получается плотным, что дает возможность уменьшить ширину слоев на 5 - 10 мм.
При дальнейшем движении шаблоны с помощью конечных выключателей дают импульс на сжатие кольцевых пружин, воздух из кольцевых цилиндров механизмов стравливается и в результате продолжающегося давления шаблона обжимные рычаги с пружиной опускаются и тянут слои корда, происходит вытяжка и обжатие по заплечикам барабана.
Кинематическая схема станка СПД 660 - 1100. МФБ); 6 - качающийся рычаг; 7 - регулируемая тяга; 5 - шарнир; 9 - резьбовая муфта; 10 - фиксаторы; 12 - пневмоцилиндр отвода МФБ от барабана; 13 - обжимные рычаги; 4 - резиновый шнур; 15 - кольцевая пружина; 16 - распорные рычаги; 18 - пневмоцилиндр перемещения шаблонов; 19, 34 - ролики; 20 - пружины; 21, 33, 37 - направляющие; 23 - широкие прикаточные ролики; 24 - тороидальные ролики прикатки борта покрышки; 25 - пневмоцилиндр привода широких роликов; 26 - пневмоцилиндр привода тороидальных роликов; 28 - муфта; 29 - червячный редуктор; 30 - зубчатая передача; 31, 32 - ходовые винты; 35 - каретка; 38, 40 - рычаги; 41 - гидравлические демпферы; 42 - подшипники скалки; 43 - червячная передача; 45 - винтовая передача.
Станок СПД 1150 - 1900 (СПД-68К-1 для сборки покрышек крупногабаритных шин. СПД 970 - 1500 гидравлический, а у станка СПД 750 - 1100 электромеханический; этот механизм у станка СПД 970 - 1500 при выполнении операции обжатия слоев корда по плечикам барабана (см. рис. 10.15) захватывает пружинами обжимных рычагов свисающие с барабана слои корда не у плечика барабана, а за их кромки. Благодаря этому обеспечивается более точное обжатие слоев корда по плечикам барабана без их вытяжки. Кроме того, борта собранной покрышки более точно соответствуют профилю плечика барабана.
Вместо роликов на обжимных рычагах установлены пружины, а кольцевая пружина выполнена в открытом варианте, благодаря чему она свободно катится по борту собираемой покрышки, не задирав слой обрезинки. Количество обжимных рычагов увеличено с целью получения более мелких складок на концах браслета при обжатии его по плечикам сборочного барабана. Кроме того, в механизме предусмотрено 40 дополнительных рычагов. Эти рычаги необходимы для сборки покрышек типа Р, так как создают мелкие, равномерно расположенные складки при обжатии бр аслета по запле чику барабана.
К главным узлам универсального механизма (рис. 10.13) относятся: система обжимных рычагов 10, кольцевая спиральная пружина 8 с усиливающим ее резиновым шнуром 9, которые находятся на секторах 23, перемещающихся в радиальном направлении распорными рычагами 1; распорная резинотканевая камера 2; обжимная резиновая камера 6 для опрессовки борта покрышки. Система обжимных рычагов 10, кольцевая пружина 8, обжимная камера 6 и шаблон 13 для посадки крыльев могут выполнять операции самостоятельно и во взаимодействии с другими узлами.
Левая группа станка СПД 675 - 950. Механизм состоит из шаблона, корпуса с шарнирно-закреп-ленными на нем 40 обжимными и 40 фигурными рычагами с дополнительными рычагами. На концах обжимных рычагов укреплены и свободно вращаются пружины.
Технологические переходы при сборке покрышек на станке типа СПД 2 - 710 - 1100. а - рычажный механизм и шаблон в исходном положении, на барабане первая группа слоев. б - выход обжимных рычагов из-под шаблона для захвата слоев. в - траектория движения обжимных рычагов при захвате слоев. г - положение захвата слоев. д - посадка первого крыла. е - заворот слоев корда на первое крыло. ж - обжатие вокруг заплечика барабана и дублирование первой группы слоев. з - проталкивание группы слоев под крыло. и - проталкивание бортовой ленты под крыло. В пазах корпуса на винтах закреплены оси сорока основных 2 и сорока обжимных 3 рычагов. Принудительный поворот обжимных рычагов 3 осуществляется специальным подпружиненным кольцом, ход которого регулируется с помощью винтов. Концы обжимных рычагов 3 также соединены между собой специальными пружинами.
Браслетный барабан. Механизм обжатия (рис. 3.24) предназначен для обжатия слоев корда по плечикам барабана. Основным рабочим органом механизма являются обжимные рычаги 6 лепесткового типа. Телескоп 1 обеспечивает подачу воздуха в пневмоцилиндры.

Пневмоупор / представляет собой цилиндр с регулируемым наконечником на штоке, в который упирается рычаг 5 при движении вперед. Применение пневмоупора позволило уменьшить длину обжимных рычагов, которая в станках, выпускавшихся ранее, была больше максимальной величины свисания корда, и улучшить качество обработки борта, так как захват концов слоев корда происходит на некотором удалении от плечика барабана с последующей подачей механизма вперед до упора в соответствующий фиксатор.
Обработка третьей группы слоев производится следующим образом: после наложения слоев корда к барабану подаются рычажные механизмы, обжимные рычаги становятся в вертикальное положение, а кольцевые пружины разжимаются под действием сжатого воздуха высокого давления, подаваемого под вторые поршни кольцевых цилиндров механизмов формирования борта. Шаблоны, двигаясь к барабану, наклоняют обжимные рычаги, которые захватывают свисающий с барабана корд и прижимают его к кольцевой пружине.
Рычажные механизмы подводятся к барабану, обжимные рычаги выходят из-под шаблона и под действием упругого элемента (резинового шнура) устанавливаются в вертикальное положение. Кромки слоев корда, свисающие с барабана, находятся под обжимными рычагами.
Подвести к барабану рычажные механизмы, обжимные рычаги которых устанавливаются в вертикальное положение. Кромки слоев корда, свисающие с барабана, находятся под обжимными рычагами.
Станок для сборки покрышек СПД 2 - 720 - 1 ЮОШ. Он оснащен механизмами формирования борта, универсальными прикатчиками для прикатки слоев корда и протектора по цилиндрической части и по борту покрышки, а также прикатчиками для заворота и прикатки бортовой ленты. Для повышения качества обработки борта на станке применен механический привод механизмов и дополнительный привод обжимных рычагов, что обеспечивает движение исполнительного элемента (пружины кольцевой) по профилю, более близкому к профилю плечика барабана.
Рычажные механизмы выдвигаются к барабану, обжимные рычаги выходят из-под шаблона и под действием резинового шнура устанавливаются в вертикальном положении. Затем разжимается кольцевая пружина 7 (рис. 36, б), шаблон 4 движется к барабану, наклоняя обжимные рычаги 6 и зажимая слои корда между кольцевой пружиной и рычагами. При дальнейшем движении шаблона обжимные рычаги 6 совместно с пружиной 7 опускаются, производя обжатие слоев корда по заплечикам сборочного барабана. Шаблон доходит до барабана и производит посадку крыла.
Сборка каркаса автопокрышки радиальной конструкции может проводиться на двух различных сборочных барабанах - двумя разными методами. Первая стадия включает в себя следующие операции (рис. 11.6): а - наложение на барабан бортовых лент и одного или нескольких слоев каркаса покрышки; б - начало операции формирования борта, захват слоев корда каркаса кольцевой пружиной 10 и обжимным рычагом 4; в - обжатие слоев каркаса по периметру заплечиков барабана и посадка бортовых крыльев 5 шаблоном 6; г - заворот слоев каркаса на крыло; д - заворот слоев каркаса на цилиндрическую часть барабана; е - отвод кольцевой пружины и распорных рычагов в исходное положение.
В пазах корпуса на винтах закреплены оси сорока основных 2 и сорока обжимных 3 рычагов. Принудительный поворот обжимных рычагов 3 осуществляется специальным подпружиненным кольцом, ход которого регулируется с помощью винтов. Концы обжимных рычагов 3 также соединены между собой специальными пружинами.
Обжимные рычаги упираются в поршень кольцевого цилиндра, предназначенного для разжатия пружины. Для регулировки выхода кольцевой пружины имеются гайки, укрепленные на торце корпуса. Зазор между обжимными рычагами и кольцевой пружиной регулируется двумя диаметрально расположенными упорными винтами. Расчет механизма дан в гл.
Правая группа станка СПД 675 - 950. Вторые рычаги кольцевой пружины упираются в поршень кольцевого цилиндра, разжимающего кольцевую пружину. Ход кольцевой пружины ограничивается двумя гайками, укрепленными на корпусе. Зазор между обжимными рычагами и кольцевой пружиной регулируется двумя диаметрально расположенными упорными винтами. На передней части шаблона укреплены 40 роликов, по которым скользят обжимные рычаги и 20 шпилек для посадки бортового кольца. На наружной поверхности шаблона на трех вращающихся роликах закреплен дополнительный барабан.
Обжимные рычаги упираются в поршень кольцевого цилиндра, предназначенного для разжатия пружины. Для регулировки выхода кольцевой пружины имеются гайки, укрепленные на торце корпуса. Зазор между обжимными рычагами и кольцевой пружиной регулируется двумя диаметрально расположенными упорными винтами.
Рычажные механизмы выдвигаются к барабану, обжимные рычаги выходят из-под шаблона и под действием резинового шнура устанавливаются в вертикальном положении. Затем разжимается кольцевая пружина 7 (рис. 36, б), шаблон 4 движется к барабану, наклоняя обжимные рычаги 6 и зажимая слои корда между кольцевой пружиной и рычагами. При дальнейшем движении шаблона обжимные рычаги 6 совместно с пружиной 7 опускаются, производя обжатие слоев корда по заплечикам сборочного барабана. Шаблон доходит до барабана и производит посадку крыла.
Обработка первой группы слоев корда осуществляется следующим образом. Фиксатор положения механизмов обработки борта устанавливается в положение для обжатия и посадки первого крыла. Рычажные механизмы выдвигаются к барабану, при этом обжимные рычаги выходят из-под шаблона и под действием резинового шнура устанавливаются в вертикальном положении. Затем разжимается кольцевая пружина. Шаблон при движении к барабану наклоняет обжимные рычаги и зажимает слои корда между кольцевой пружиной и рычагами.

После наложения и дублирования слоев корда дополнительные барабаны отводятся в исходное положение и начинается основной процесс сборки покрышки - формирование борта. Необходимо поставить переключатель положений для обработки первого крыла и нажать кнопку подготовка, что повлечет включение полуавтоматического цикла: электродвигатели привода механизмов на большой скорости подают их к барабану. Затем конечным выключателем включается малая скорость и механизмы устанавливаются в положение для обжатия слоев. При движении механизма к бара-бану обжимные рычаги выходят из-под шаблона и под действием резинового шнура принимают вертикальное положение.
Вторые рычаги кольцевой пружины упираются в поршень кольцевого цилиндра, разжимающего кольцевую пружину. Ход кольцевой пружины ограничивается двумя гайками, укрепленными на корпусе. Зазор между обжимными рычагами и кольцевой пружиной регулируется двумя диаметрально расположенными упорными винтами. На передней части шаблона укреплены 40 роликов, по которым скользят обжимные рычаги и 20 шпилек для посадки бортового кольца. На наружной поверхности шаблона на трех вращающихся роликах закреплен дополнительный барабан.
Кольцевая пружина под действием распорных рычагов под-ходит к свисающим с барабана слоям корда. Шаблоны, двигаясь вперед и действуя на рычаги, поджимают их к корду и кольцевой пружине. В результате этого свисающие с барабана слои корда плотно зажимаются между кольцевой пружиной и обжимными рычагами. При дальнейшем движении шаблона к барабану и одновременном стравливании воздуха из цилиндра подъема кольцевой пружины обжимные рычаги тянут за собой слои корда, обжимая их по плечикам сборочного барабана. Одновременно отключается пневмоупор, и механизмы формирования борта продвигаются к сборочному барабану до упора в фиксатор положения механизмов.

Рычаг - один из наиболее распространенных и простых типов механизмов в мире, присутствующий как в природе, так и в рукотворном мире, созданном человеком.

Тело человека как рычаг

К примеру, скелет и опорно-двигательная система человека или любого животного состоит из десятков и сотен рычагов. Взглянем на локтевой сустав. Лучевая и плечевая кости соединятся вместе хрящом, к ним так же присоединяются мышцы бицепса и трицепса. Вот мы и получаем простейший механизм рычага .

Если вы держите в руке гантель весом в 3 кг, какое усилие при этом развивает ваша мышца? Место соединения кости и мышцы делит кость в соотношении 1 к 8, следовательно, мышца развивает усилие в 24 кг! Получается, мы сильнее самих себя. Но рычажная система нашего скелета не позволяет нам в полной мере использовать нашу силу.

Наглядный пример более удачного применения преимуществ рычага в скелетно-мышечной системе организма обратные задние колени у многих животных (все виды кошек, лошади, и т.д.).

Их кости длиннее наших, а особое устройство их задних ног позволяет им гораздо эффективнее использовать силу своих мышц. Да, несомненно, их мышцы гораздо сильнее чем у нас, но и вес их больше на порядок.

Средне-статистическая лошадь весит около 450 кг, и при этом может легко прыгнуть на высоту около двух метров. Нам же с вами, чтобы выполнить такой прыжок, надо быть мастерами спорта по прыжкам в высоту, хотя мы весим в 8-9 раз меньше, чем лошадь.

Раз уж мы вспомнили о прыжках в высоту, рассмотрим варианты применения рычага, которые придуман человеком. Прыжки в высоту с шестом очень наглядный пример.

При помощи рычага длинной около трех метров (длинна шеста для прыжков в высоту около пяти метров, следовательно, длинное плечо рычага, начинающееся в месте перегиба шеста в момент прыжка, составляет около трех метров) и правильного приложения усилия, спортсмен взлетает на головокружительную высоту до шести метров.

Рычаг в быту

Рычаги так же распространены и в быту. Вам было бы гораздо сложнее открыть туго завинченный водопроводный кран, если бы у него не было ручки в 3-5 см, которая представляет собой маленький, но очень эффективный рычаг.

То же самое относится к гаечному ключу, которым вы откручиваете или закручиваете болт или гайку. Чем длиннее ключ, тем легче вам будет открутить эту гайку, или наоборот, тем туже вы сможете её затянуть.

При работе с особо крупными и тяжелыми болтами и гайками, например при ремонте различных механизмов, автомобилей, станков, используют гаечные ключи с рукояткой до метра.

Другой яркий пример рычага в повседневной жизни самая обычная дверь. Попробуйте открыть дверь, толкая её возле крепления петель. Дверь будет поддаваться очень тяжело. Но чем дальше от дверных петель будет располагаться точка приложения усилия, тем легче вам будет открыть дверь.

Рычаги в технике

Естественно, рычаги так же повсеместно распространены и в технике. Самый очевидный пример рычаг переключения коробки передач в автомобиле. Короткое плечо рычага та его часть, что вы видите в салоне.

Длинное плечо рычага скрыто под днищем автомобиля, и длиннее короткого примерно в два раза. Когда вы переставляете рычаг из одного положения в другое, длинное плечо в коробке передач переключает соответствующие механизмы.

Здесь так же очень наглядно можно увидеть, как длина плеча рычага, диапазон его хода и сила, необходимая для его сдвига, соотносятся друг с другом.

Например, в спортивных автомобилях, для более быстрого переключения передач, рычаг обычно устанавливают короткий, и диапазон его хода так же делают коротким.

Однако, в этом случае водителю необходимо прилагать больше усилий, чтобы переключить передачу. Напротив, в большегрузных автомобилях, где механизмы сами по себе тяжелее, рычаг делают длиннее, и диапазон его хода так же длиннее, чем в легковом автомобиле.

Таким образом, мы можем убедиться в том, что механизм рычага очень широко распространен как в природе, так и в нашем повседневном быту, и в различных механизмах.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Момент силы: правило и применение
Следующая тема:   Приложение закона равновесия рычага к блоку: золотое правило механики

К органам управления автомобилем относятся: рулевое управление и тормоза, вернее, вся тормозная система. Они являются главными органами и обеспечивают безопасность движения автомобиля. Поэтому к конструированию и изготовлению их нужно отнестись со всей серьезностью, чтобы достигнуть надежности, присущей современному транспортному средству, двигающемуся с большой скоростью в общем потоке автомобилей.

Рулевое управление

Рулевое управление должно обеспечивать движение автомобиля в соответствии с направлением, заданным водителем. Правильность движения управляемых колес не должна нарушаться ни при изменениях положения в результате подрессоривания, ни под действием неровностей и поперечного уклона дороги, бокового ветра, вменения коэффициента сцепления и сопротивления качению на колесах одной стороны по отношению к другим. Поворот рулевого колеса в любую сторону должен быть без значительного усилия и заеданий в рулевом механизме. Рулевое управление должно обеспечивать самовозвращение рулевого колеса из положения поворота в среднее положение.

Несоответствие кинематики рулевого привода и подвески (при деформации ее упругих элементов) также может вызвать колебание управляемых колес и ухудшить управляемость автомобиля. Чтобы избежать этого, рулевой механизм размещают на подрессорной части шасси и так располагают продольную рулевую тягу от сошки до переднего колеса, чтобы при любом движении колес она подвергалась наименьшим осевым перемещениям.

B современных автомобилях управляемыми колесами в подавляющем большинстве являются передние. Если два управляемых колеса размещены на одной оси, то, чтобы обеспечить раздельное поворачивание каждого колеса вокруг своего центра поворота (ряс. 47), их необходимо устанавливать на поворотных цапфах. Поворот передних управляемых колес на разные углы α и β должен обеспечивать их качение без скольжения по своим окружностям, описанным из центра поворота автомобиля. Чем круче поворот, тем больше разница между углами, на которые поворачиваются колеса.

Для обеспечения поворота управляемых колес на разные углы служит четырехзвенный механизм, называемый рулевой трапецией. У автомобилей, имеющих балку передней оси, рулевая трапеция образуется балкой передней оси, рычагами поворотных цапф и поперечной рулевой тягой. Такое рулевое управление называется нераздельным. В связи с распространенностью независимой подвески у передних управляемых колес в настоящее время применяется раздельный привод рулевого управления. Здесь рулевая трапеция образуется поперечиной кузова, рычагами поперечных тяг и составной поперечной тягой, соединенной с маятниковым рычагом.

При проектировании рулевого привода определяют размеры рычагов рулевой трапеции, углы их наклона по отношению к продольной оси автомобиля и подбирают необходимые передаточные числа рычажного привода к управляемым осям. Эти расчеты и последующую их проверку часто выполняют графически, вычерчивая в масштабе элементы рулевого управления (схематично) в плане и в виде сбоку. Чтобы проверить, выполняется ли необходимое соотношение между углами поворотов отдельных звеньев механизма, вычерчивают положение одного из элементов в нескольких позициях и связывают геометрически положение всех остальных звеньев.

Помимо выяснения правильности соотношения между углами поворота правого и левого колеса, при графической проверке следует убедиться в том, что перемещения рычагов подвески колес при наезде последних на неровности дороги не будут мешать перемещению рычагов рулевого привода и трапеции и наоборот. Поверочным графическим расчетом окончательно корректируют размеры элементов рулевой трапеции и привода, а также углов их наклона по отношению к продольной оси автомобиля.

При конструировании элементов трапеции можно воспользоваться простым, широко распространенным методом. В определенном масштабе вычерчивают прямоугольник, одна из сторон которого равна базе автомобиля L, а другая - расстоянию между осями поворотных цапф D (рис. 48). На продольной оси этого прямоугольника на расстоянии, равном 0,7 базы автомобиля, ставят точку С, которую затем соединяют прямыми линиями с точками, обозначающими оси поворотных цапф. Вдоль этих линий и располагают рулевые поворотные рычаги трапеции. Положение поперечной рулевой тяги и ее величину можно определить вначале расчетным путем, приняв отношение длины поворотных рычагов к длине поперечной рулевой тяги равным 0,12-0,14.

Затем графически, вычертив несколько положений трапеции, проверяют связь между углами поворота внутреннего и внешнего колес автомобиля. Если не учитывать увода колес, то оптимальным соотношением углов поворота управляемых колес будет такое, когда оси их вращения пересекаются на продолжении задней оси (рис. 47), что соответствует качению колес без бокового скольжения. При этом должно выполняться равенство

Для того чтобы учесть увод шин, возникающий из-за их эластичности, при построении трапеции следует брать не действительный размер базы автомобиля, а увеличенный на 25%

Но не только рулевая трапеция обеспечивает прямолинейное движение автомобиля при среднем расположении рулевого колеса. Во время движения на колеса действуют внешние силы, стремящиеся повернуть колеса вокруг шкворней. Если бы в сочленениях рулевого управления не было зазоров, тогда автомобиль "держал" бы дорогу, как это ему было задано рулевым колесом. Но при наличии зазоров под действием внешних сил колеса могут занять другое положение. Во избежание этого оси шкворней и сами колеса устанавливают с некоторым наклоном, чтобы при выводе колес из нейтрального положения они под действием возникающих сил сами возвращались в исходное положение. Это называется стабилизацией управляемых колес. Углы наклона колес к вертикали и горизонтали, направленной вдоль автомобиля, и углы отклонения шкворня от вертикали называются углами стабилизации передних колес автомобиля.

Угол развала колес у отечественных автомобилей находится в пределах 0° 30-1°. Сходимость колес можно принять около 3 мм, углы установки шкворней в поперечном направлении - 3-6°, в продольном - от 0° до 3°, Учитывая, что рулевое управление является важным узлом, обеспечивающим безопасность движения автомобиля, необходимо, особенно при создании четырехместных микроавтомобилей, использовать уже имеющиеся заводские конструкции и только в исключительных случаях применять самодельные рулевые управления. Это, конечно, не относится к тихоходным и небольшим по весу детским микроавтомобилям. Здесь конструктор может в полную меру приложить свои знания и, возможно, создаст оригинальное рулевое управление, не уступающее заводским конструкциям.

Во всех остальных случаях, если возникнет необходимость, рулевые управления следует делать по подобию тех, которые установлены на мотоколясках и автомобилях "Москвич" и "Запорожец", с максимальным использованием деталей от этих механизмов, особенно шарнирных сочленений рулевых тяг. Детали и узлы их можно приобрести в автомагазинах и магазинах спортивных товаров. При конструировании рулевых управлений следуй правильно подобрать передаточное отношение как рулевого механизма, так и рулевого привода. Исходить нужно из максимальных углов поворота управляемых колес, которые не должны превышать 40-45°, при этом рулевое колесо у автомобилей делает поворот на 1,5-3 оборота в каждую сторону, что соответствует угловому передаточному числу, равному 12÷25. Угловые же передаточные числа рулевых механизмов автомобилей "Москвич" и "Запорожец" равны 17, а мотоколяски - 10,5. Угловое передаточное число рулевого управления i ω , представляющее отношение угла поворота рулевого колена к углу поворота управляемых колес, есть произведение передаточного числа рулевого механизма i м и рулевого привода i п

Под угловым передаточным числом рулевого механизма понимают отношение угла поворота колеса и вала сошки или соответственно угловые скорости вращения рулевого колеса и вала сошки

где dθ к, dθ с - элементарные углы поворота рулевого колеса и вала сошки;

ω к, ω с - соответственно их угловые скорости. Передаточное число рулевого привода i п зависит от соотношения плеч рычагов привода и может быть определено как отношение плеч рычага поворотной цапфы и рулевой сошки

Если имеется готовый рулевой механизм, но с недостаточным угловым передаточным числом, то можно несколько повысить общее угловое передаточное число рулевого управления, подбирая соответствующие длины рычага поворотной цапфы и рулевой сошки. В случае отсутствия рулевого механизма можно самому изготовить его. Для этого нужно использовать простой механизм типа шестерни-рейки, который позволит сократить в рулевом приводе количество шаровых соединений, являющихся ответственными узлами привода, Однако этому механизму присущи некоторые недостатки. Его угловое передаточное отношение, о котором говорилось выше, редко превышает 10-12. При разработке конструкции механизмов такого типа трудно получить удовлетворительный узел компенсации неравномерного износа рейки. Он не создает у водителя ощущения движения по прямой.

В механизмах других типов передаточное отношение изменяется с изменением угла поворота рулевого колеса. Несколько изменяется также коэффициент полезного действия механизма. Это позволяет водителю, как говорят, чувствовать то положение рулевого колёса, при котором автомобиль движется прямолинейно. Этот недостаток реечного рулевого механизма можно устранить, если фиксировать среднее положение рейки, соответствующее движению колес по прямой, с помощью шарикового фиксатора.

На рис. 49 показана простейшая конструкция рулевого механизма реечного типа. Рулевой вал 1 с помощью штифтов или другого элемента соединяется с хвостовиком шестерни 11, располагаемой в картере рулевого механизма 4. Хвостовик шестерни вращается во втулке 3, зажатой между крышкой картера 2 и упорной шайбой 12. Положение шестерни вдоль ее оси изменяется с помощью регулировочного винта 8. Рейка 7 перемещается перпендикулярно оси шестерни в специальном направляющем отверстии картера рулевого механизма.

Рейка с одного конца закрыта глухим резиновым чехлом 5, а с другого защищена от попадания грязи и влаги в механизм гофрированным резиновым чехлом 9. Выступающий из гофрированного чехла конец рейки имеет два конических отверстия, в которые укрепляют шаровые пальцы шарниров поперечных тяг, так как этот механизм предназначен для независимой подвески передних управляемых колес. Он может применяться и для управляемых колес с неразрезной балкой и зависимой подвеской, тогда будет вполне достаточно одного отверстия. На литом картере имеются две проушины 6 для крепления рулевого механизма к балке передней подвески. При самостоятельном изготовлении рулевого механизма картер можно выполнить сварным из выточенных на токарном станке деталей. От проворачивания во время работы механизма рейка удерживается шпонкой, помещенной в нижней части картера. Шпонка крепится на винтах, и под нее ставят прокладки. Изменяя толщину прокладки под шпонкой, можно устранить зазор между шестерней и рейкой. Расстояние между шестерней и рейкой можно изменить и за счет поворота эксцентриковой втулки.

Те, кто знаком с расчетом деталей на прочность, могут не только подобрать узлы и элементы рулевого управления, но и произвести проверочные расчеты всех рычагов и тяг. Нагрузки на детали рулевого управления подсчитывают, когда известно усилие, приложенное к рулевому и управляемым колесам.

В первом случае считается, что водитель на окружности рулевого колеса может приложить касательную окружную силу, равную 40 кгс. Тогда нетрудно подсчитать момент, соответствующий этой силе, который будет приложен к валу рулевого колеса,

Затем нетрудно определить нагрузки во всех звеньях рулевого управления, рассматривая последовательно кинематическую связь его отдельных элементов. Коэффициент полезного действия рулевых механизмов колеблется в пределах от 0,5 (червячных) до 0,8 (механизмов реечного типа). Общий к. п. д. рулевого управления для автомобилей с одной передней управляемой осью составляет 0,5-0,7.

Во втором случае за расчетный принимается момент сопротивления повороту колес на месте. Для расчетов можно воспользоваться полуэмпирической формулой, которая дает результаты, достаточно близкие к действительным,

φ - коэффициент сцепления;

Р - давление воздуха в шине.

где l с - плечо рулевой сошки;

l п.р. - плечо поворотного рычага;

R к - радиус рулевого колеса;

i п - передаточное число рулевого механизма;

η р.у. - к. п. д. рулевого управления.

Так как рулевой механизм в самодельных микроавтомобилях берется из готовых, изготовляемых заводами на его расчете останавливаться нет надобности. Чаще всего приходится либо изготавливать, либо подгонять из существующих вал рулевого управления. Рассчитывав вал рулевого управления на прочность, следует определить возникающие в нем напряжения от кручения по формуле

где М в - момент на валу, кгм;

D - наружный диаметр полого вала, м;

α - отношение внутреннего диаметра вала к наружному

Полученное напряжение при сдвиге сравнивают с допускаемым напряжением, которое следует брать по пределу текучести, принимая запас прочности n в пределах 2,5-3,5.

где σ т - предел текучести для данного материала, кгс/м 2 . Если вал длинный, тогда необходимо произвести расчет на жесткость, определяя угол закручивания по формуле

где l в - длина вала, м;

М к - максимальный крутящий момент на валу, кгс/м 2 ;

G - модуль сдвига, который в расчете стальных деталей следует принимать равным 78-80 кгс/м 2 ;

J - полярный момент инерции сечения, м 4 .

Полярный момент инерции вала сплошного сечения подсчитывается так

а для полого вала при известном отношении

Рычаги, работающие на изгиб и кручение (сошка, рычаги, передаточные рычаги поворотных цапф), рассчитываются на сложные напряжения изгиба и кручения по известным формулам сопротивления материала. Продольная, поперечная межосевые тяги привода рассчитаются на сжатие и продольный изгиб. Растяжение вызывает меньше опасений. Сжатие тяг может привести к потере их продольной устойчивости. Поэтому следует произвести расчет на определение критического напряжения, при котором появляется опасность потери устойчивости. Это можно сделать по формуле

где l - длина тяги;

F - площадь поперечного сечения тяги, м 2 ;

Е - модуль упругости первого рода, кгс/м 2 ; *

* (Модуль упругости для стальных деталей в расчете можно принимать равным 200÷210 кг/м 2 . )

I - экваториальный момент инерции сечения, который для круглого сечения подсчитывается по формуле

После чего рассчитывается напряжение сжатия по формуле

где Р т - продольное усилие, кгс.

Зная критическое напряжение и напряжение сжатия, можно определить запас устойчивости, который представляет собой отношение критического напряжения к напряжению сжатия

Запас устойчивости следует принимать равным 1,25-2,5. При изготовлении рулевого механизма для шестерни следует брать цементуемую сталь 12ХНЗА. Рейку можно изготавливать из углеродистой стали 45 с последующей термообработкой (закалкой и отпуском). Для рулевых валов и рулевых тяг применяются бесшовные трубы из стали 30, 35 и 40. Рычаги поворотных цапф и сошек рекомендуется делать из стали 40, 40Х и 40ХН.

Тормозная система

Другой системой, от которой также зависит безопасность движения, является тормозная система. Состоит она из тормозов, которые располагаются обычно на колесах, и тормозного привода, передающего усилие от рычага или педали к тормозным механизмам.

По существующим в Советском Союзе нормативам тормозной путь легковых автомобилей при торможении на горизонтальном участке дороги со скорости 30 км/час должен быть не больше 7,2 м, а максимальное замедление при этом не менее 5,8 м/сек 2 .

Если рассматривать процесс торможения, то за все время тормозного пути действительное торможение с полным тормозным моментом на колесах происходит только за определенную часть этого пути. Какое-то, хотя и небольшое, время необходимо для реакции водителя и срабатывания тормозного привода, куда относятся выбор зазора в приводе и механизме тормозов и нарастание тормозного усилия. Учитывая последнее, можно сразу сказать, что гидравлический привод в тормозных системах предпочтительней, так как время срабатывания у него является наименьшим. Но все же в самодельных микроавтомобилях, а также в мотоциклах применяется большей частью механический привод как наиболее простой в изготовлении.

Для безопасности и безотказности действия тормозов на автомобилях устанавливают две или даже три тормозные системы. В микролитражных машинах в основном две системы тормозов: рабочий и стояночный тормоз. У автомобилей с весом не выше 600 кг допускается установка рабочих тормозов только на задние колеса, в то время как на автомобилях с большим весом тормоза должны быть на всех колесах.

Если на микроавтомобиле вы решили использовать гидравлическую систему привода тормозов, то, конечно, ее лучше всего взять от автомобиля "Запорожец" или от мотоколяски СЗАМ, для чего на колесах нужно установить тормозные диски и тормозные барабаны вместе с внутренними механизмами. Эти системы подробно описаны в специальной технической литературе.

Все же большее распространение на самодельных микроавтомобилях, как уже отмечалось выше, получают тормоза с механическим приводом. Они более просты в устройстве и эксплуатации, несмотря на то, что время срабатывания привода несколько больше и сложнее их регулировка. На рис. 50 показано устройство механического привода тормозов, которое может быть применено на микролитражных автомобилях. Тормозная педаль 5, укрепленная на валике 9, с помощью рычагов и тросов воздействует на рычаги разжимного кулака 7 и через них на тормозные колодки. На этом же валу находится привод ручного тормоза, связанный с рычагом 4, который при действии ножного тормоза остается на месте.

Если происходит затормаживание ручным тормозом, педаль не изменяет своего положения, так как свободно сидит на валу и поворачивает последний, действуя на специальный упор. Таким образом, в данной конструкции рабочие тормоза всех четырех колес являются стояночными. Привод ручного тормоза можно сделать только на два задних колеса. Рычаг привода ручного тормоза должен обязательно иметь фиксирующее устройство, для того чтобы его можно было оставлять в заторможенном состоянии. Обычно это устройство выполняется в виде храпового механизма, Чтобы обеспечить одинаковые усилия в приводе на каждое из задних колес, в механизм привода включается уравнительное устройство. За счет различной длины рычагов привода, насаженных на вал, можно изменять тормозные усилия передних и задних колес. В механизме привода тормозов обязательно должны быть предусмотрены регулирующие устройства натяжения тросов для регулировки свободного хода педали и рычага стояночного тормоза. Проектируя привод, следует тщательно продумать все узлы, чтобы исключить возможность заеданий механизма в процессе эксплуатации.

Тормозные устройства колес для системы с механическим приводом необходимо брать готовые, заводские, которые устанавливаются на мотоциклах, мотороллерах и мотоколясках.

При выборе тормозных устройств необходимо обратить внимание на те, которые будут наиболее эффективными для автомобиля данного веса, т. е. они должны развивать на колесах требуемые тормозные усилия. Если тормоза недостаточно мощные, возрастет тормозной путь автомобиля. Если же тормозной момент у выбранного тормоза больше, чем требуется, будет происходить частая блокировка колес при торможении. Это приводит к повышенному износу шин и к возрастанию тормозного пути. Исследования показали, что тормозной путь автомобиля с заблокированными колесами на 15-20% больше, чем при торможении, когда колеса находятся на грани блокировки.

Тормозные усилия на колесах и тормозной момент, которые потребуются автомобилю, можно подсчитать после завершения компоновки, когда ориентировочно будет известен полный сухой вес автомобиля. Нужно узнать вес автомобиля с пассажирами и снаряжением. Зная процентное распределение веса по осям, можно подсчитать нагрузку на каждое колесо.

При этом следует учитывать перераспределение нагрузок по колесам в процессе торможения. Нагрузка на передние колеса возрастет, а на задние - уменьшится. Когда известны статические нагрузки на колеса G п и G з, высота центра тяжести h, расстояние центра тяжести по горизонтали от передней оси а, можно подсчитать возникающие реакции на колесах передней и задней оси.

Для колес передней оси

Для колес задней оси

Если положение центра тяжести автомобиля неизвестно, тогда ориентировочно можно определить перераспределение нагрузки по осям, умножая статические нагрузки на коэффициенты перераспределения, которые для передней оси можно взять в пределах m 1 =1,7, а для задней оси m 2 =0,6 (значения средние). Тогда

Зная нагрузки, приходящиеся на каждое колесо, можно подсчитать тормозное усилие, которое необходимо приложить к колесу, чтобы полностью использовать его сцепной вес на дороге с твердым покрытием. Для этого в расчете принимаем коэффициент сцепления 0,8 (значение для обычных асфальтовых дорог). Перемножив вес, приходящийся на колесо, на этот коэффициент, получим максимально возможное тормозное усилие, которое допустимо по сцеплению колеса с дорогой

Если теперь это тормозное усилие умножить на радиус качения колеса, получим максимальный тормозной момент, который можно допустить на колесе при полном использовании сцепного веса. Тормозной момент больше этого расчетного приведет к блокировке колес со всеми нежелательными явлениями, о которых говорилось выше.

Когда тормозные механизмы на всех колесах будут одинаковыми, их следует подбирать по наиболее нагруженному колесу (максимальному тормозному моменту). Зная конструкцию тормоза, можно определить значение тормозного момента аналитически - расчетным путем. Расчет тормозных механизмов различных типов приведен в специальной литературе * .

* (А. С. Литвинов, Р. М. Ротенберг, А. К. Фрумкин. Шасси автомобиля. Конструкция и элементы расчета. М., Машгиз, 1963.

Н. А. Бухарин, В. С. Прозоров, М. М. Щукин. Автомобили. Теория рабочих процессов, теория прочности агрегатов и систем автомобиля (под ред. Н. А. Бухарина). М., "Машиностроение", 1965.)

Подобрать тормозные механизмы можно другим методом, не производя расчета. Известно, что тормоза мотоциклов, мотороллеров и мотоколясок обеспечивают при установленной нагрузке необходимую эффективность торможения. Следовательно, если определить нагрузку на колеса и принять условия, аналогичные вышерассмотренным (когда коэффициент сцепления 0,8), нетрудно подсчитать тормозное усилие и тормозной момент.

Наконец, имея собранный тормозной механизм, можно чисто экспериментальным путем определить тормозной момент следующим образом. Закрепить колесный тормоз за опорный диск (рис. 51). На тормозной барабан установить рычаг, длина которого должна быть несколько больше 1 м, чтобы затем на нем, на расстоянии 1 м от центра оси тормозного барабана, можно было сделать отметку или треугольный запил. При заторможенных колодках на расстоянии 1 м на рычаг навесить гири или навески, пока барабан не провернется. Вес гирь укажет в данном случае тот тормозной момент, который могут дать испытываемые тормоза. При этом необходимо, чтобы усилие на рычаге тормозного кулачка, разжимающего колодки, было такое же, какое возникает в результате нажатия на педаль с силой 50 кг. Определить это усилие можно тогда, когда в тормозном приводе известны плечи всех рычагов привода и выбрана педаль. Конечно, лучше всего определять требуемый тормозной момент, укрепляя тормозные механизмы с рычагом на ступицах колес собранного шасси с готовым тормозным приводом.

При длительном торможении тормозные колодки нагреваются, и в результате снижения коэффициента трения между поверхностями тормозных накладок и барабаном начинает снижаться эффективность торможения. Поэтому, конструируя тормозные механизмы, необходимо произвести расчет нагрева тормозов. Учитывая сложность и недостаточную точность такого расчета, эффективность действия тормозов при длительном торможении часто определяют отношением веса автомобиля к общей площади тормозных накладок

В легковых автомобилях, у которых тормоза находятся в худших условиях для охлаждения, так как колеса располагаются под крылом кузова и эффективность торможения выше ввиду высоких скоростей и больших замедлений, рекомендуется брать это отношение в пределах 1,3÷4,0 кгс/см 2 .

Ручной стояночный тормоз, предназначенный для удержания автомобиля на наибольшем подъеме, должен быть достаточно эффективным. Наиболее неблагоприятными условиями для автомобиля, имеющего привод от стояночного тормоза только на задние колеса, будут такие, когда он не затормаживается на уклоне. В этом случае для удержания его потребуются тормоза, способные развивать тормозной момент, равный:

где α - величина уклона в градусах;

L - база автомобиля, м;

h - высота центра тяжести, м;

а - расстояние по горизонтали от передней оси до центра тяжести, м;

r к - радиус качения колеса, м;

G a - полный вес (масса) автомобиля, кг.

При затормаживании автомобиля на подъеме с величиной угла подъема α на задних его колесах должен быть приложен несколько больший момент, чем рассчитанный по вышеприведенному уравнению. В этом случае необходимо, чтобы тормоза развивали тормозной момент, равный

Описанное выше относится к приводу стояночного тормоза только на задние колеса. Когда же стояночный тормоз при затормаживании автомобиля действует на все колеса, то общий тормозной момент должен быть равен

При известных значениях тормозных моментов на колесах, используя вышеприведенные уравнения, можно решить обратную задачу по определению максимального угла наклона, на котором эти тормоза еще будут способны удерживать автомобиль.

Рычаг привода стояночного тормоза должен быть так связан с остальными деталями тормозных механизмов, чтобы водитель, затормаживая автомобиль, перемещал его по направлению к себе.

Ходовая часть

Конструируя ходовую часть шасси, соединять раму или кузов с мостами (колесами) автомобиля следует элементами подвески, в которую входят упругие элементы, направляющие устройства и амортизаторы.

Первые смягчают динамические нагрузки, действующие от колес на раму, и обеспечивают требуемую плавность хода.

Направляющие устройства передают на раму действующие со стороны Дороги и колеса силы и моменты, а амортизаторы предназначены для гашения возникающих колебаний.

В качестве упругих элементов подвески применяются листовые рессоры, спиральные пружины, торсионы, резиновые и телескопические гидравлические элементы. Пневматические элементы, получающие в последнее время распространение в автостроении, при создании самодельных автомобилей пока не используются.

Колебания подвески гасятся большей частью гидравлическими амортизаторами одностороннего и двустороннего действия, которые выпускаются промышленностью, а иногда за счет трения в упругом элементе и направляющем устройстве или за счет специально сконструированных амортизаторов механического трения.

В самодельных микроавтомобилях могут применяться как зависимые подвески, когда перемещение одного колеса в поперечной плоскости передается другому колесу, так и независимые, при которых непосредственная связь одного колеса с другим отсутствует. В зависимых подвесках правое и левое колеса одной оси связываются жесткой балкой, которая через подвеску связана с рамой или кузовом автомобиля. В независимых подвесках каждое колесо связывается с рамой или кузовом одним или двумя рычагами, перемещающимися независимо друг от друга.

На рис. 52 приведены основные типы независимых подвесок, которые могут быть использованы для самодельных микролитражных автомобилей. Первые две схемы (а и б) дают представление об однорычажной и двухрычажной подвесках с перемещением колес в поперечной плоскости. Две другие схемы (в и г) показывают, как можно выполнить однорычажную и двухрычажную подвески колес, качающихся в продольной плоскости. Если ось крепления рычага разместить под углом к продольной оси автомобиля, то можно получить подвеску с перемещением колес одновременно в продольной и поперечной плоскостях (рис. 52, д). Наконец, встречается вариант свечной подвески (рис. 52, е), когда колесо при наезде на препятствие поднимается вертикально вверх, не изменяя углов установки.

Для зависимых подвесок наиболее простой является подвеска на полуэллиптических рессорах (рис. 53). Такие рессоры, например, применены в автомобилях "Юный сибиряк" и "ХАДИ-2". Рессора является не только упругим элементом, но и составляющей частью направляющего устройства. За счет трения между рессорными листами происходит частичное гашение возникающих колебаний. Но все же и при этой подвеске для обеспечения комфортабельности часто необходимо ставить амортизирующие устройства. Вместо рессор в качестве упругого элемента в зависимых подвесках могут употребляться винтовые пружины с расположенным внутри или снаружи их резиновым буфером. Подвеска на пружинных упругих элементах обязательно требует направляющего устройства для передачи продольной силы и ее моментов. Пружинные упругие элементы, так же как и торсионные, не обладают способностью гасить возникающие колебания, а поэтому при применении их обязательно наличие амортизирующих устройств.

На рис. 54 показан один из возможных вариантов зависимой подвески с упругими элементами в виде спиральных пружин. Применять зависимую подвеску обычно рекомендуется для неуправляемых колес. А на микролитражных автомобилях из-за расположения силового агрегата в задней части автомобиля, даже для задних неуправляемых колес, применяют большей частью независимую подвеску. Это позволяет более компактно разместить силовой агрегат и главную передачу, а также снизить общую высоту автомобиля. Примером такой конструкции может служить независимая подвеска ведущих колес автомобиля БМВ-700, относящаяся к типу однорычажных с качением колеса в продольной плоскости. Направляющим элементом здесь является рычаг, прикрепленный к раме шарнирно в двух точках.

На следующем рис. 55 изображена однорычажная независимая подвеска колеса, где в качестве упругого элемента применен пластинчатый торсион, заключенный в трубчатый чехол, который одновременно является поперечиной рамы. Такая подвеска проста в изготовлении и может с успехом применяться в конструкции самодельных автомобилей. Рычажные подвески с качением в продольной плоскости, помимо простоты, обеспечивают при колебании колес постоянство колеи.

Недостатками однорычажных подвесок с продольным расположением рычагов являются значительный наклон шин при повороте и трудность в обеспечении необходимой жесткости рычага при действии боковых сил и моментов.

Это можно устранить, если ось качения рычагов однорычажной подвески расположить под углом к продольной оси автомобиля, т. е. изготовить подвеску по схеме, изображенной на рис. 52, д. Тогда колеса смогут перемещаться как в продольной, так и в поперечной плоскостях. Подобное направляющее устройство в виде вильчатого качающегося рычага с резиновыми втулками в качестве шарниров применено в задней подвеске автомобиля "Запорожец".

Описание других типов подвески колес существующих микролитражных автомобилей можно найти в специальной литературе.

В самодельных микроавтомобилях очень широко используется подвеска от мотоколясок Серпуховского завода. Передний мост этих колясок имеет независимую торсионную подвеску. Подвеска задних колес независимая с цилиндрическими пружинами. В качестве упругих элементов внутри пружины вставлен резиновый буфер, ограничивающий сжатие витков.

Фрикционный амортизатор задней подвески мотоколясок (рис. 56) состоит из двух внутренних 3 и двух наружных 7 пластин, двух фрикционных шайб 4, выпуклой стальной шайбы 5, пружинной шайбы 2, стяжного болта 6 с гайкой 1 и стопорного кольца 9. Внутренние и наружные пластины одним концом своим насажены на стальную втулку и соединены с ней сваркой. Другие концы внутренних и наружных пластин через фрикционные шайбы соединены между собой посредством стяжного болта, выпуклой шайбы и гайки. Это дает возможность внутренним и наружным пластинам проворачиваться относительно друг друга. Изменять жесткость амортизатора можно, завертывая или ослабляя гайку стяжного болта.

В качестве независимой подвески задних колес можно использовать маятниковую вилку мотоциклов Ижевского завода вместе с амортизирующими устройствами, которые одновременно являются и упругими элементами подвески. Для маленьких двухместных машин следует брать подвеску легких мотоциклов, а для больших - подвеску тяжелых мотоциклов. Можно использовать отдельные элементы торсионной подвески коляски мотоциклов М-61 и М-62.

На небольших автомобилях с приводом на одно колесо можно установить подвеску заднего колеса мотороллера ВП-150, у которого силовой агрегат размещен на качающемся рычаге подвески. Заднюю подвеску мотороллера Т-200 можно применить при изготовлении однорычажной независимой подвески с качением рычага в продольной плоскости. Здесь в качестве направляющего устройства будет служить качающаяся вилка, а пружинно-гидравлический амортизатор является одновременно и упругим элементом и узлом, гасящим возникающие колебания.

В автомобилях, у которых вес на заднюю ось будет не более 300 кг, можно ставить подвеску задних колес грузовых мотороллеров МГ-150 и ТГ-200. Упругим элементом подвески мотороллера МГ-150 служат торсионные валы, а возникающие колебания гасятся фрикционными амортизаторами. Независимая же подвеска задних колес мотороллера ТГ-200 пружинного типа состоит из трапециевидных рычагов и спиральных пружин с резиновыми буферами. С каждого конца пружины установлены металлические чашки, служащие для соединения концов пружин с полуосью и рамой.

Расчет подвески автомобиля представляет собой трудную инженерную задачу, которая зачастую решается с помощью электронно-вычислительных машин. Тем не менее в практике выработались некоторые критерии, по которым можно судить в какой-то мере о подвеске построенного автомобиля. По опыту изготовленных конструкций можно сказать, что удовлетворительная плавность хода легковых автомобилей может быть получена, если эффективный прогиб подвески под действием статической нагрузки будет лежать в пределах 150-300 мм при независимой подвеске колес и 80-140 мм при зависимой подвеске колес. Причем, по данным испытаний, у лучших по плавности хода автомобилей передняя подвеска обычно мягче задней.

Самодельные автомобили для малышей, имеющие небольшие скорости движения, можно делать без упругих элементов подвески, так как эластичность шин вполне достаточна для создания необходимой комфортабельности езды на таком автомобиле. Тем более, что используются они в основном на дорожках парка или двора, где поверхность обычно гладкая.

Простые механизмы: рычаг, равновесие сил на рычаге

С самых давних пор человек применяет различные вспомогательные приспособления для облегчения своего труда. Как часто, когда нам надо сдвинуть с места очень тяжелый предмет, мы берем себе в помощники палку или шест. Это пример простого механизма – рычага.

Применение простых механизмов
Видов простых механизмов очень много. Это и рычаг, и блок, и клин, и многие другие. Простыми механизмами в физике называют приспособления, служащие для преобразования силы. Наклонная плоскость, которая помогает вкатывать или втаскивать тяжелые предметы наверх – это тоже простой механизм. Применение простых механизмов очень распространено как в производстве, так и в быту. Чаще всего простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть увеличить в несколько раз силу, действующую на тело.

Рычаг в физике - простой механизм

Один из самых простых и распространенных механизмов, который изучают в физике еще в седьмом классе – рычаг. Рычагом в физике называют твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры.

Различают два вида рычагов. У рычага первого рода точка опоры находится между линиями действия приложенных сил. У рычага второго рода точка опоры расположена по одну сторону от них. То есть, если мы пытаемся при помощи лома сдвинуть с места тяжелый предмет, то рычаг первого рода – это ситуация, когда мы подкладываем брусок под лом, надавливая на свободный конец лома вниз. Неподвижной опорой у нас в данном случае будет являться брусок, а приложенные силы располагаются по обе стороны от него. А рычаг второго рода – это когда мы, подсунув край лома под тяжесть, тянем лом вверх, пытаясь таким образом перевернуть предмет. Здесь точка опоры находится в месте упора лома о землю, а приложенные силы расположены по одну сторону от точки опоры.

Закон равновесия сил на рычаге
Используя рычаг, мы можем получить выигрыш в силе и поднять неподъемный голыми руками груз. Расстояние от точки опоры до точки приложения силы называют плечом силы. Причем, можно рассчитать равновесие сил на рычаге по следующей формуле:
F1 / F2 = l2 / l1,
где F1 и F2 – силы, действующие на рычаг,
а l2 и l1 – плечи этих сил.
Это и есть закон равновесия рычага, который гласит: рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил. Этот закон был установлен Архимедом еще в третьем веке до нашей эры. Из него следует, что меньшей силой можно уравновесить большую. Для этого необходимо, чтобы плечо меньшей силы было больше плеча большей силы. А выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил.

Рычаг в быту
То же самое относится к гаечному ключу, которым вы откручиваете или закручиваете болт или гайку. Чем длиннее ключ, тем легче вам будет открутить эту гайку, или наоборот, тем туже вы сможете её затянуть.

Рычаги в технике

Естественно, рычаги так же повсеместно распространены и в технике. Самый очевидный пример рычаг переключения коробки передач в автомобиле. Короткое плечо рычага та его часть, что вы видите в салоне.