Читать онлайн Автопрактикум. Часть 3. Ходовая часть и механизмы управления большегрузных автомобилей бесплатно
4 Ходовая часть большегрузных автомобилей
4.1 Общее устройство ходовой части
Ходовая часть предназначена для преобразования вращательного движения ведущих колёс в поступательное движение автомобиля, смягчения ударов и толчков при движении по неровной дороге, обеспечения достаточной плавности хода. Ходовая часть состоит из рамы (несущей системы), мостов, подвески и колёс.
Рама является несущей системой автомобиля и предназначена для крепления кузова, всех агрегатов и механизмов автомобиля. Она воспринимает все нагрузки, возникающие при движении автомобиля, поэтому должна обладать высокой прочностью и жесткостью, но в то же время быть легкой и иметь форму, при которой возможно более низкое расположение центра тяжести автомобиля для увеличения его устойчивости.
В зависимости от конструкции рамы делятся на лонжеронные (лестничные), центральные (хрептовые) и Х-образные или крестообразные (сочетающие в своей конструкции оба принципа, средняя часть рамы выполняется как центральная, а концы делают лонжеронными). Наибольшее распространение получили первые из них.
Лонжеронная рама автомобилей состоит из двух продольных балок – лонжеронов – переменного сечения и нескольких поперечин. Лонжероны отштампованы из листовой стали и имеют швеллерное сечение переменного профиля. Высота профиля наибольшая в средней части лонжеронов, где они наиболее нагружены.
Поперечины, как и лонжероны, выполнены штампованными из листовой стали. Они имеют форму, обеспечивающую крепление к раме соответствующих механизмов.
Мосты автомобиля служат для поддерживания рамы и кузова и передачи от них на колёса вертикальной нагрузки, а также для передачи от колёс на раму (кузов) толкающих, тормозных и боковых усилий.
Мосты подразделяются на ведущие, управляемые, комбинированные (ведущие и управляемые одновременно) и поддерживающие.
Ведущий мост предназначен для передачи на раму (кузов) толкающих усилий от ведущих колёс, а при торможении – тормозных усилий.
Ведущий мост представляет собой жесткую пустотелую балку, состоящую из двух полуосевых рукавов, внутри которых находятся полуоси, а снаружи крепят ступицы колёс и средней части – картера, в котором размещена главная передача с дифференциалом.
Управляемый мост представляет собой балку с установленными по обоим концам поворотными цапфами. Балка кованная, стальная, имеет обычно двутавровое сечение. Средняя часть балки выгнута вниз, что позволяет более низко расположить двигатель. На ее концах в вертикальной плоскости сделаны отверстия для установки шкворней, обеспечивающих шарнирное соединение балки с поворотными цапфами.
Комбинированный мост выполняет функции ведущего и управляемого мостов. К полуосевому кожуху комбинированного моста прикрепляют шаровую опору, на которой имеются шкворневые пальцы. На последних устанавливают поворотные кулаки (цапфы). Внутри шаровых опор и поворотных кулаков находится карданный шарнир (равных угловых скоростей), через который осуществляется привод на ведущие и управляемые колёса.
Поддерживающий мост предназначен только для передачи вертикальной нагрузки от рамы к колёсам автомобиля. Он представляет собой прямую балку, по концам которой на подшипниках смонтированы поддерживающие колёса. Поддерживающие мосты применяют на прицепах и полуприцепах.
Подвеска служит для обеспечения плавного хода автомобиля, так как смягчает воспринимаемые колёсами автомобиля удары и толчки при наезде на неровности дороги. Подвеска может быть зависимой и независимой. При зависимой подвеске перемещение одного колеса зависит от перемещения другого колеса. При независимой подвеске такая связь отсутствует. На многоосных автомобилях применяют балансирные подвески, которые обеспечивают равномерное распределение нагрузки между этими осями и допускают в то же время возможность независимого их перемещения вверх и вниз за счёт шарнирных соединений и скольжения концов рессор.
Подвеска включает в себя три основных элемента: упругий элемент, гасящее и направляющее устройство.
Упругий элемент связывает раму с передним и задним мостами или с колёсами и поглощает удары, возникающие при движении автомобиля, обеспечивая необходимую плавность хода. В качестве упругого элемента применяют листовые рессоры, пружины, пневмобаллоны и скручивающие упругие стержни (торсионы).
Гасящее устройство – амортизатор служит для быстрого гашения вертикальных угловых колебаний рамы или кузова автомобиля. Наибольшее распространение получили телескопические амортизаторы двустороннего действия, которые гасят колебания как при сжатии, так и при растяжении упругого элемента.
Направляющее устройство обеспечивает вертикальные перемещения колёс, а также передачу толкающих и тормозных усилий от колёс к раме или несущему кузову. По типу направляющего устройства подвески делятся на зависимые (рессорные и балансирные) и независимые (пружинные).
Колёса обеспечивают возможность движения автомобиля, а также смягчают толчки, возникающие при движении по неровностям дороги. По назначению колёса делят на ведущие, управляемые, комбинированные (ведущие и управляемые) и поддерживающие.
Автомобильное колесо состоит из пневматической шины, обода и диска. Колёса грузовых автомобилей снабжены дисками с плоским (без углубления) ободом, который делается разборным для облегчения монтажа и демонтажа шин. На ободе монтируют однобортовое съёмное разрезное кольцо, одновременно выполняющее функции замочного кольца.
Диски колёс грузовых автомобилей крепятся к ступице при помощи шпилек и гаек с конусными фасками. На ведущие задние полуоси устанавливают по два колеса. Диски внутренних колёс закреплены на шпильках колпачковыми гайками с внутренней и наружной резьбой, а диски наружных колёс – гайками с конусом. Чтобы предотвратить самоотвёртывание гаек при ускорении и торможении автомобиля, гайки левой стороны имеют левую резьбу, а гайки правой стороны – правую.
4.2 Рамы большегрузных автомобилей
4.2.1 Рама автомобилей ЗИЛ
Рама автомобиля ЗИЛ-431410 клепаная, из штампованных деталей, состоит из двух лонжеронов переменного швеллерного сечения, соединенных поперечинами. В передней части рамы установлены удлинители рамы и буфер
В отверстии задней поперечины рамы смонтировано тягово-сцепное устройство с резиновым буфером, обеспечивающим двустороннюю амортизацию, и крюком с защёлкой для соединения со сцепной петлёй прицепа.
Рисунок 4.1 – Рама автомобиля ЗИЛ-431410
1 – передний буфер; 2 – буксирные крюки; 3 – передняя поперечина; 4 – кронштейн амортизатора; 5 – кронштейн задней опоры двигателя; 6, 11 – лонжероны рамы; 7 – кронштейн передней рессоры; 8 – кронштейн платформы; 9, 12, 15, 17 – поперечины рамы; 10 – кронштейн подвесной опоры; 13 – кронштейн задней рессоры; 14 – опорные кронштейны подрессорника; 16 – раскосы; 18 – тягово-сцепное устройство
4.2.2 Рамы автомобилей КамАЗ и Урал
Рамы автомобилей КамАЗ-5320 и Урал-4320 несущие, лонжеронного типа, клёпаные.
Рама автомобиля КамАЗ-5320 (рисунок 4.2, а) состоит из двух продольных лонжеронов 7, 13 в семи поперечных балок, образующих жесткую несущую конструкцию. Лонжероны изготовлены из углеродистой стали толщиной 8 мм и имеют переменный профиль с поперечным сечением в виде швеллера. Передние концы лонжеронов скошены для более удобной компоновки подвески. На передних концах лонжеронов крепится буфер.
Рисунок 4.2 – Рамы автомобилей
а – КамАЗ – 5320; б – Урал – 4320; 1 – кронштейн крепления переднего буфера; 2 – кронштейн крепления жидкостного радиатора; 3, 5 – кронштейны крепления двигателя; 4, 17 – кронштейны крепления верхнего ушка амортизатора; 6 – кронштейн; 7, 14, 23 – лонжероны рамы; 8, 9, 10, 12, 14, 16, 19, 21 – поперечные балки; 11 – подкладка кронштейна задней подвески; 15 – задний кронштейн передней подвески; 18 – передний кронштейн передней подвески; 20 – задний буфер; 22 – поперечина сцепного устройства; 24 – буксирный крюк; 25 – передний буфер
Форма и положение поперечных балок определяются размещением и креплением механизмов автомобиля. В задней поперечине рамы, усиленной раскосами, установлено тягово-сцепное устройство, предназначенное для буксировки прицепов, автомобилей и снижения возникающих при этом знакопеременных динамических нагрузок.
Рама автомобиля Урал-4320 (рисунок 4.2,б) состоит из двух лонжеронов и шести поперечных балок. Первая 19, вторая 16, третья 14 и четвертая 12 поперечные балки круглого сечения. Передний 25 и задний 20 буфера и шестая поперечная балка 21 съёмные. В места крепления подвески баков установлены усилители лонжеронов. Тягово-сцепное устройство крепится в специальной поперечине. На переднем буфере закреплены болтами буксирные крюки 24.
4.2.3 Рамы автомобилей МАЗ и КрАЗ
Рама автомобиля МАЗ клёпаная, состоит из двух продольных балок (лонжеронов) швеллерной формы с переменным сечением, изготовленных из полосовой низколегированной стали толщиной 8 мм.
Лонжероны рамы, изготовленные методом горячей штамповки, соединены в пяти местах поперечинами при помощи заклёпок. Поперечины штампованные, из низколегированной стали, вторая и третья – из малоуглеродистой стали. На лонжеронах прикреплены кронштейны передней, задней и дополнительной рессор, боковых опор двигателя, крепления кабины, рулевого управления и др.
Конструктивной особенностью рамы является перенос крепления всех её силовых элементов и в особенности кронштейнов рессор и поперечин на вертикальные стенки лонжеронов в наиболее нагруженных местах.
Применение высокопрочной низколегированной стали, отсутствие заклёпочных соединений на нижних полках лонжеронов позволили благоприятно распределить напряжения и достичь высокой прочности рамы.
Рама автомобиля КрАЗ состоит из двух продольных балок – лонжеронов, соединённых между собой пятью поперечинами. Лонжероны изготовлены из швеллера, прокатанного из низколегированной стали. Верхние полки лонжеронов в передней части срезаны для размещения радиатора системы охлаждения двигателя. К передним концам лонжеронов приварены кронштейны и угольники для крепления переднего буфера и решётки радиатора.
Поперечина № 1 своей нижней полкой приварена дуговой сваркой к нижним полкам лонжеронов, а в вертикальной плоскости соединена с лонжеронами отогнутыми фланцами: На поперечине устанавливается радиатор, а снизу монтируется пусковой подогреватель двигателя. В передней части к лонжеронам рамы с помощью болтов крепятся кронштейны передних рессор. Кронштейны отлиты из стали. Под гайки болтов, крепящих кронштейны к нижним полкам лонжеронов, устанавливаются косые шайбы, компенсирующие наклон внутренних поверхностей полок.
Поперечина № 2 сварной конструкции соединена с верхними полками лонжеронов заклёпками и накладками, а с вертикальными стенками – угольниками. В центральной части рамы к её лонжеронам снизу крепятся кронштейны задних опор раздаточной коробки.
Поперечина № 3 соединена с лонжеронами заклёпками и болтами. Наиболее нагруженная поперечина № 4 расположена над балансирной тележкой задней подвески автомобиля. Через неё на раму передаются толкающие усилия и усилия от реактивного и тормозного моментов, воспринимаемые реактивными штангами. Поперечина состоит из двух частей – передней и задней, соединённых дуговой сваркой. К лонжеронам рамы поперечина прикреплена болтами, косынками и фланцами. В месте установки кронштейнов балансира задней подвески к нижним полкам лонжеронов приварены подкладки из швеллера № 18, прокатанного из стали. В местах возможного упора ограничителей задних мостов внутрь подкладок вварены штампованные усилители.
Поперечины № 1, 3 и 4 изготовлены штамповкой из листовой стали толщиной 8 мм.
Поперечина № 5 рамы коробчатого сечения прикреплена к полкам лонжеронов заклёпками и болтами. В центральной части, где устанавливается буксирная вилка, в поперечину вварен усилитель.
В передней части рамы к нижним полкам лонжеронов автомобилей всего семейства КрАЗ болтами крепится поперечина переднего буксирного прибора.
4.2.4 Тягово-сцепное устройство
Тягово-сцепные устройства состоят из разъёмно-сцепного механизма, амортизационно-поглощающего механизма и деталей крепления.
Тягово-сцепные устройства классифицируются по конструкции основной сопрягаемой пары и делятся на:
– крюковые (пара крюк – петля);
– шкворневые (пара шкворень – петля);
– шаровые (пара шар – петля).
Дополнительным классификационным признаком служит тип упорного элемента амортизационно-поглощающего механизма – это витые цилиндрические пружины, резиновые элементы и концевые пружины.
Наиболее распространёнными являются крюковые устройства с резиновым упругим элементом (рисунок 4.3).
Основой тягово-сцепного устройства служит крюк 12 (рисунок 4.3), на котором установлена защёлка 11, стопорящаяся фиксатором 7, что препятствует самопроизвольному выходу петли. Стержень крюка установлен в двух подшипниках скольжения, что обеспечивает поворот крюка вокруг оси и перемещения стержня в продольном направлении. Внутри корпуса 5 помещен резиновый элемент 4, предварительно сжатый двумя шайбами 3 и 14 с помощью гайки стержня 2, что обеспечивает условия работы сцепного устройства.
Рисунок 4.3 – Крюковое тягово-сцепное устройство
1 – защитный кожух; 2 – гайка; 3, 14 – опорные шайбы; 4 – упругий элемент; 5 – корпус; 6 – задняя поперечина рамы; 7 – фиксатор защёлки; 8 – шплинт; 9 – ось фиксатора; 10 – цепочка шплинта; 11 – защёлка; 12 – крюк; 13 – крышка корпуса
Резиновый элемент имеет нелинейную характеристику, поэтому его жёсткость при трогании автопоезда невелика, а при движении она возрастает, что отвечает условиям нагрузки.
Основной недостаток тягово-сцепных устройств – быстрое изнашивание зева крюка, что приводит к увеличению зазора в паре крюк – петля и снижению прочности.
4.2.5 Седельно-сцепное устройство
Седельно-сцепное устройство, установленное на седельных тягачах, служит для шарнирного соединения тягача с полуприцепом, передачи части нагрузки от полуприцепа на раму тягача и передачи тягового усилия от тягача к полуприцепу, обеспечивает полуавтоматические сцепку и расцепку тягача с полуприцепом.
При износе поверхностей губок сцепного механизма, охватывающих шкворень полуприцепа, нужно заменить губки новыми или восстановить их наплавкой металла с последующей обработкой.
Седельно-сцепное устройство установлено на кронштейнах 26 с резинометаллическими шарнирами 25, которые прикреплены к раме автомобиля болтами. Оси 29 шарниров фиксируются от осевого перемещения стопорными пластинами 4 с болтами. Седло 6 вращается в шарнирах кронштейнов, что допускает продольный наклон седла.
Рисунок 4.4 – Седельно-сцепное устройство
1 – рама автомобиля; 2 – поперечина седельного устройства; 3 – кронштейн седельного устройства; 4 – пластина стопора; 5 – маслёнка; 6 – седло; 7 – опора седельного устройства; 8 – склиз седельного устройства; 9 – левая губка; 10 – опорная поверхность плиты седельного устройства; 11 – палец губки; 12 – шплинт; 13 – маслёнка; 14 – шпилька крепления рукоятки; 15 – ось предохранительной планки; 16 – предохранитель саморасцепки сцепного механизма; 17 – пружина собачки запорного кулака; 18 – ось собачки запорного кулака; 19 – пружина запорного кулака; 20 – защёлка запорного кулака; 21 – запорный кулак; 22 – ось запорного кулака; 23 – рукоятка замка захвата; 24 – правая губка; 25 – шарнир; 26 – кронштейн; 27 – наружная втулка; 28 – внутренняя втулка; 29 – ось шарнира
Резинометаллические шарниры 25 позволяют значительно снизить динамические нагрузки, передаваемые полуприцепом на раму тягача, а также обеспечивают некоторый поперечный наклон седла.
Сцепной механизм, размещенный под опорной плитой седла, состоит из двух сцепных губок 9 и 24, запорного кулака 21 со штоком и пружиной 19, защелки 20 с пружиной 17, рычага 10 управления расцепкой и предохранителя 16 саморасцепки.
Запорный кулак имеет два положения: заднее – губки закрыты, переднее – губки открыты. Шток запорного кулака 21 удерживается от случайного перемещения в переднее положение предохранителем 16 саморасцепки. После предварительного поворота предохранителя саморасцепки кулак отводится в переднее положение рычагом 23 управления расцепкой и фиксируется в этом положении защёлкой 20. При введении сцепного шкворня в зев губок (кулак зафиксирован защёлкой во взведённом положении) они раскрываются, и кулак, освобождённый от фиксации защёлки, перемещается в затылок губок. При дальнейшем перемещении шкворня кулак под действием пружины 19 входит в паз губки. Таким образом обеспечивается их надёжное запирание.
4.3 Мосты большегрузных автомобилей
Мостом называют агрегат, связывающий между собой колёса одной оси автомобиля, воспринимающий и передающий усилия, действующие на колёса со стороны дороги через подвеску на раму или кузов автомобиля.
Вертикальные усилия возникают от дорожных неровностей и зависят от массы автомобиля, продольные обусловлены силами тяги и сопротивления движению, поперечные зависят от массы, скорости движения и силы сцепления с опорной поверхностью.
Отличительной особенностью моста является наличие балки, которая служит опорой для подшипниковых узлов колёс.
На большегрузных автомобилях задний мост выполняют обычно ведущим, а передний мост – управляемым или комбинированным (ведущим и управляемым). Вертикальные усилия передаются упругими элементами подвески, а продольные и поперечные – как подвеской, так и специальными штангами. При передаче крутящего момента на ведущем мосту возникает реактивный момент, стремящийся повернуть мост в направлении, противоположном направлению вращения ведущих колёс. При торможении на мосты автомобиля действуют тормозные моменты, имеющие обратное направление. Обычно эти моменты передаются от мостов на раму через рессоры, но при балансирной или пневматической подвесках для их передачи используют рычаги или штанги.
Задний ведущий мост, как правило, изготовляют в виде пустотелой балки, внутри которой помещают главную передачу, дифференциал и полуоси, а снаружи крепят ступицы колёс. Неразрезные мосты – жёсткие балки, связывающие правые и левые колёса. В автомобилях с независимой подвеской ведущий мост делают разрезным.
Передний мост также можно выполнять неразрезным при зависимой подвеске колёс или разрезным, если подвеска независимая.
У автомобилей повышенной проходимости передний мост выполняют комбинированным, т. е. одновременно ведущим и управляемым. У многоосных автомобилей применяют поддерживающие мосты, которые служат только для передачи вертикальных нагрузок от рамы к колёсам.
4.3.1 Ведущие мосты
Ведущий мост передает силу тяги или тормозные силы от ведущих колёс на раму (кузов) автомобиля.
Балка ведущего моста выполняет одновременно функции картера (внутри балки располагаются главная передача, дифференциал и полуоси ведущих колёс). Балки мостов бывают трёх видов:
– разъёмные;
– цельные (неразъёмные);
– штампосварные (типа «банджо»).
Разъёмная балка (рисунок 4.5, а) состоит из двух половин 2 и 5, соединённых болтами. Кожухи приводных валов 1, так называемые полуосевые рукава, запрессованы в литые средние части балки и дополнительно соединены с ним, как правило, с помощью заклёпок. Средняя часть балки образует картер главной передачи с соответствующими гнездами под подшипники. Обычно эту часть конструкции изготовляют из чугуна или стали. Конструкция разъёмной балки считается устаревшей. Из-за наличия поперечного стыка она имеет не очень высокую жесткость, кроме того, велика вероятность появления течи масла через стык, нагруженный изгибающими моментами; также затруднительны и трудоёмки операции регулировки. При необходимости ремонта механизмов мост с автомобиля демонтируют.
Рисунок 4.5 – Балки ведущих мостов
а – разъёмная; б – штампосварная; в – неразъёмная; 1 – кожух приводного вала; 2, 3 – части разъёмного картера главной передачи; 4 – опорная площадка; 5, 6, 12 – фланцы; 7 – опорная чашка; 8, 10 – кронштейны; 9, 13 – балки; 11 – труба
Цельная балка (неразъёмная) имеет среднюю часть, которая выполнена в виде одной детали 13 (рисунок 4.5, в). Полуосевые рукава представляют собой стальные трубы, которые запрессованы в среднюю литую часть балки. Детали механизмов при сборке устанавливаются через съёмную заднюю крышку, при снятии которой можно производить осмотр деталей без демонтажа. Однако проводить монтажно-демонтажные и регулировочные работы, где требуется специальный инструмент, без снятия моста с автомобиля затруднительно.
Главная передача в штампосварной балке монтируется в картере, связанном с балкой 9 (рисунок 4.5, б) через фланцевое соединение 6, и в сборе устанавливается в балку и демонтируется из неё. Плоскость разъёма балки и картера главной передачи может быть вертикальной или горизонтальной.
Балка типа «банджо» (рисунок 4.6) может быть изготовлена штамповкой из стали, литьём из чугуна или может быть сварной. Центральная её часть состоит из двух штампованных половинок (в грузовом автомобиле), между которыми ввариваются вкладки. Приваренное спереди усилительное кольцо имеет ряд выштамповок для обеспечения монтажных зазоров при сборке моста и резьбовые отверстия для болтов крепления картера главной передачи. К верхней части балки привариваются стальные подушки под рессоры. К средней части балки с двух сторон встык привариваются цапфы с напрессованными на них стальными фланцами, к которым крепятся опорные щиты тормозных механизмов. Ближе к наружным частям балки на цапфы напрессовываются кольца под уплотнительную манжету ступицы колеса, имеются шлифованные шейки под подшипники ступицы колеса и резьба крепления колёс.
Рисунок 4.6 – Балка заднего ведущего моста грузового автомобиля (типа «банджо»)
1 и 2 – шейки под подшипники ступиц; 3 – втулки уплотнительной манжеты; 4 – фланец; 5 – цапфа; 6 – рессорная подушка; 7 – картер; 8 – скоба; 9 – кронштейн тройника; 10 – отверстие для сапуна; 11 – выемки; 12 – отверстие для слива масла; 13 – крышка картера
Конструкции ведущих мостов различаются и зависят от особенностей трансмиссии автомобиля, которые определяются конструкцией главных передач (центральная или разнесённая) и схемой привода ведущих мостов. Если схемой трансмиссии предусмотрена последовательная передача крутящего момента к заднему ведущему мосту через средний, то средний мост выполняется проходным. При этом бездифференциальная связь среднего и заднего мостов допустима только для автомобилей повышенной проходимости. Для автомобилей имеющих колёсную формулу 6x4, применение межосевого дифференциала, не допускающего возникновения циркуляции мощности, является обязательным. Наиболее рациональным с точки зрения компоновки местом установки межосевого дифференциала является средний мост. Межосевой дифференциал делают блокируемым.
Задний ведущий мост грузового автомобиля ЗИЛ-431410 (рисунок 4.7) имеет неразъёмную стальную балку 18, к концам которой приварены наконечники 32. В центре балки прикреплён картер 19 главной передачи и дифференциала. Главная передача – двойная центральная. Она имеет две пары шестерён – коническую со спиральными зубьями и цилиндрическую с косыми зубьями.