Kmitání vozidel. Téma 9 VOZ 2 KVM 1

Transkript

1 Kitání vozidel Téa 9 VO KVM

2 Pohyby karoserie Nadnášení Stáčení Vrtění Klopení Kolébání Houpání Klonění X Škubání Y Vybočování KVM Teorie vozidel

3 Pohyb Osa Vazba s pohybe Vazba na pohyb vozidla Příá jízda X Jízdní odpory, hnací síla, brzdicí síla, akcelerace Škubání X Vlivy spojené s jízdou, brždění a dalšíi faktory v hnací ústrojí Vybočování Y ; Sěrová stabilita, boční tuhost pneuatik, jízda zatáčkou Nadnášení ; Svislé kitání, pérování Klopení Nerovnosti vozovky Y Naklápění v zatáčce Klonění Brždění (předklápění), zrychlování (zaklápění) Stáčení Y; Sěrová stabilita Řídicí pohyb Y; Jízda zatáčkou, saořízení Třepetání Kitání řídících kol Otáčení kola Blokování, prokluz, syk Klopení kola Naklápění kola při jízdě zatáčkou (sěrová stabilita), zěny při propružení KVM Teorie vozidel 3

4 Prvky systéu kitání Vstup (buzení) Kitající soustava Výstup (odezva) Kritériu Nerovnosti *) Rychlost jízdy *) Nevyváženost kol Nekruhovitost kol Vozidlo rychlení Rychlost Výchylka Napětí Síly ezi kole a vozovkou Pohodlí jízdy Bezpečnost Naáhání vozovky Naáhání vozidla *) kineatické buzení VO KVM 4

5 Dynaický odel kitání Náhrada skutečné (složité) soustavy jednodušují výpočty ákladní odel 9 o volnosti VO KVM 5

6 jednodušené odely Kabina M P Rá Rá Rá Kolo Kolo VO KVM 6

7 Rovinný odel dvounápravového Předpoklady : vozidla se 4 o volnosti Syetrie vozidla k ose x (včetně pružin a tluičů a rozložení hot) Syetrie buzení pod levý a pravý kole (kolébání = ) VO KVM 7

8 Rovinný odel dvounápravového f vozidla se 4 o volnosti ; J y T P P T k P b P k b k P b P V k b P P P b P b b P b k P k k P k h P H l P l l P l l l náhrada karoserie 3 tělesy spojené bezhotnýi tyčei v.. vazba soustavy VO KVM 8

9 Hotnosti 3 těles určíe z podínek : achování celkové hotnosti achování polohy těžiště achování oentu setrvačnosti VO KVM 9 V P V P P l l Y Y V P P l J l l

10 Rovinný odel dvounápravového vozidla se 4 o volnosti Řešení soustavy 3 rovnic dostanee: VO KVM l l l P Y P l l l Y P Y V l l l

11 Rovinný odel dvounápravového vozidla se 4 o volnosti Podínka, kdy lze vyšetřovat kitání přední a zadní nápravy odděleně a nahradit soustavu dvěa soustavai o o volnosti. l P l Y l Vazba je přerušena a vzniká jen svislé kitání nezávislé na přední a zadní nápravě. V ůže být i záporné jedná se o veličinu představující vazbu soustavy V l Y l P l VO KVM

12 Nerovnosti vozovky Nerovnost vozovky = fora kineatického buzení Haronický průběh zcela výjiečný případ Náhodný průběh běžná praxe Jednorázové nerovnosti lze siulovat rozklade na haronické složky VO KVM

13 Nerovnosti vozovky Haronický průběh L... dráhová úhlová frekvence (úhlový vlnočet) L... délka vlny Konstantní rychlost jízdy h t) h sin vt ( U dvounápravového vozidla s rozvore l platí: Přední kola : adní kola : h P h ( x) h h( x) h sin x ( x) h sin ( x l) sin x t VO KVM 3 v x t h P h ( t) h sin vt ( t) h sin v( t t) l v

14 Nerovnosti vozovky pro vt ;3 ; 5 bude h P = -h buzení k houpání pro vt ;4 ; 6 bude h P = h buzení k svislý kitů (k nadnášení) pro obecný případ bude h P h oba druhy buzení (hopání + nadnášení) VO KVM 4

15 Statistické vlastnosti nerovností h = h(x,y)... náhodná funkce výšky nerovností podínky : Stacionarita statistické charakteristiky závisí na t a x Ergodičnost vlastnosti náhodného procesu lze určit z jediného ěření Centrování nulová střední hodnota VO KVM 5

16 Statistické vlastnosti nerovností výška h dráha x statistické paraetry : střední hodnota h X rozptyl x h ef VO KVM 6

17 Kritéria pro posuzování vibračních vlastností vozidel Dvě ěřítka : jízdní pohodlí jízdní bezpečnost Jízdní pohodlí Na lidský organizus působí vibrace škodlivě : zhoršují činnost vnitřních orgánů (rezonance) zhoršují činnost syslů zvyšují únavu prodlužují reakční čas VO KVM 7

18 Kritéria pro posuzování vibračních vlastností vozidel Rezonance horní části trupu, žaludku a obratlů 4 Hz 6 Hz SVISLE Vibrace kolo na osu páteře Hz 3 Hz nebezpečné Pro posouzení vibrací je důležitá : frekvence (/3 oktávová) aplituda - a ef Legislativní zázeí : ákon 58/ Sb., o ochraně veřejného zdraví Nařízení vlády 5/ Sb., o ochraně zdraví před nepříznivýi účinky hluku a vibrací Nařízení vlády 88/4 Sb., který se ění nařízení vlády 5/ Sb., o ochraně zdraví před nepříznivýi účinky hluku a vibrací VO KVM 8

19 Kritéria pro posuzování vibračních vlastností vozidel VO KVM 9

20 Kritéria pro posuzování vibračních vlastností vozidel Bezpečnost jízdy Rozhodující kritérie je svislá síla ezi kole a vozovkou K F Dyn Naáhání vozovky KStat Odskok kola Bezpečnost jízdy čas t K ( t) KStat F Dyn VO KVM

21 Svislé kitání k b F k F S F b... část karoserie... hotnost obou kol a dílů celé nápravy k, b... tuhost a tluení obou pružin a tluičů k b F k F b F K... pružící síla F b... tluící síla F S... setrvačná síla h h F S VO KVM

22 Svislé kitání podínka nezávislosti přední a zadní nápravy F k ( ) k Rel F F k k Re l ( h b k k b ) ( ) b Rel l i Y P l F b Re b ( b l h ) VO KVM

23 Svislé kitání VO KVM 3 Pohybové rovnice soustavy Tluení v pneuatikách lze zanedbat b F k F b b k F F F ) ( ) ( b k ) ( ) ( ) ( ) ( h b h k b k ) ( ) ( ) ( ) ( h k h b h k F F F b k dyn

24 F dyn Svislé kitání Přenosové funkce : Vstup... budicí funkce výška nerovností Výstup... odezva výchylky a Naáhání cestujících a vozidla Deforace pružin h h Světlá výška vozidla h h Naáhání vozovky, deforace pneuatik Naáhání nápravy h h Naáhání nápravy h VO KVM 4

25 Svislé kitání Vlastní frekvence soustavy, kde : Náprava znaénko + Karoserie znaénko - Přibližně : kk k k k VO KVM 5

26 Optializace Rozptyl F Dyn Optiální tuhost pružin k : výšení k : Roste vlastní frekvence karoserie Roste aplituda přenosu zrychlení i síly VO KVM 6 3 ) ( b k k b k b b k k k vs h FDyn k k k FDyn F Dyn

27 Optializace Optiální tluení b : Velikost b : V oblasti vlastní frekvence karoserie snižuje aplitudu zrychlení V oblasti vlastní frekvence nápravy snižuje aplitudu F Dyn horšuje pohodlí jízdy lepšuje bezpečnost jízdy b F Dyn b poěrné tluení : FDyn b D k k k b k VO KVM 7

28 Optializace Optiální hotnost nápravy : Velikost : Neprojeví se na vlastní frekvenci karoserie výšení snižuje vlastní frekvenci nápravy Snížení zvyšuje bezpečnost a nepatrně pohodlí Pohodlí jízdy : D, Bezpečnost : D,4 Prázdný autoobil : D,,4 Naložený autoobil : D,5,3 VO KVM 8

29 Optializace Optiální radiální tuhost pneuatik k : výšení k : vyšuje vlastní frekvenci nápravy Aplitudy zrychlení a dynaické síly Měkká pneuatika podstatně snižuje aplitudy v oblasti. rezonance podobně jako ěkké pružiny snižují aplitudy v oblasti. rezonance Optiální hotnost nástavby (karoserie) : Velikost : Snižuje vlastní frekvenci karoserie (. rezonance) Snižuje aplitudu zrychlení karoserie Snižuje sěrodatnou odchylku zrychlení karoserie Neovlivní vlastní frekvenci nápravy VO KVM 9

30 k... alá pohodlí jízdy Shrnutí b... velké pohodlí jízdy D,,3... alá z důvodů bezpečnosti (neovlivňuje pohodlí) k... alá (pohodlí +bezpečnost) pneuatiky s větší objee stlačeného vzduchu... nízká a konstantní (pohodlí) /k = s velká a konstantní (bezpečnost) Progresivní průběh charakteristiky pružení VO KVM 3

31 Odpružení Snižuje ve svislé sěru přenos vibračních pohybů z vozovky na podvozkové části a karoserii vyšuje životnost konstrukčních dílů vozidla ajišťuje trvalý kontakt kola s vozovkou VO KVM 3

32 Odpružení Určující pro pružení je vlastní frekvence : f k VO KVM 3

33 Pružiny Pružícíi prvky ůže být : pružina ocelová vinutá listová torzní pružina pryžová pružina vzduchová (pneuatická) pružina vzduchokapalinová (hydropneuatická) pružina pryžokapalinová (hydroelastická) VO KVM 33

34 Ocelové pružiny Pružina Listová Tuhost 3 4nbh E k *3 Kl * l l l 3 K.. tvarový součinitel n.. počet listů b.. šířka listů l.. délka upevnění l.. délka pružiny Válcová vinutá k Gd 8nD 4 3 d.. průěr drátu D.. střední průěr pružiny n.. počet činných závitů Torzní k J p lr G J p.. polární oent setrvačnosti r.. raeno síly l.. délka tyče VO KVM 34

35 Listové pružiny předevší pro nákladní autoobily nosníky stálé pevnosti uístění podélně (podélná stabilizace), éně často příčně (příčná stabilizace) velké vnitřní tluení Progresivní účinek stupňovitý (paralelní řazení pružin) Progresivní účinek plynulý (přídavný list s plynulý dosednutí) Parabolická pružina (stálá pevnost jednoho listu parabolický průběh tloušťky) VO KVM 35

36 Parabolická pružina tloušťka v ístě vetknutí : tloušťka v libovolné ístě x : tuhost pružiny : K.. korekční faktor (K,9) enší hotnost než klasická listová pružina ůže přenášet podélné i boční síly VO KVM 36 ax 6 g g b g g F h dov 4 l l g 4 l l g g x h x K g g E g g h b k 3 8

37 Parabolická pružina VO KVM 37

38 zejéna pro osobní autoobily Vinuté pružiny alá hotnost, bez údržby, jednoduché uložení (nevyžaduje klouby) nelze použít pro stabilizaci, neá význané vnitřní tluení Stoupání usí zajistit vůli ezi závity i při ax. propružení Dosedací plochy speciálně upraveny, uloženy přes pryž (hluk) Progresivní účinek : proěnlivé stoupání (nižší na koncích) proěnlivý průěr drátu (na koncích enší) proěnlivý průěr pružiny (kuželová nebo soudečková) v kobinaci s proěnlivý průěre drátu VO KVM 38

39 krutné pružiny válcová příá tyč na konci s hlavicí s drážkování (nebo 4-hrane) o větší průěru (přechod plynulý) zabírá veli álo ísta, á nízkou hotnost a alé nároky na údržbu povrch hladce broušen nebo kuličkován Pružina se ontuje s předpětí (odpovídající statickéu zatížení) VO KVM 39

40 krutné pružiny VO KVM 4

41 Pryžové pružiny předevší pro přídavný pružící účinek Naáhání na syk i tlak nízká cena, vysoká životnost (!), žádná údržba, vysoké vlastní tluení citlivost na teplotu, počasí, cheikálie, pokles tuhosti s čase, proěnlivé vlastnosti předevší pro uložení agregátů, dílů náprav, dorazy atd. VO KVM 4

42 Pryžové pružiny VO KVM 4

43 Pryžové pružiny VO KVM 43

44 Plynová pružina využívá stlačitelnosti plynu pro odvození se vychází z odelu pístu ve válci F p p p a S p... tlak ve válci p a... atosférický tlak Stlačení plynu je popsáno polytropickou zěnou n n pv pv konst. n = poalá zěna objeu izoterický děj n =,4 rychlá zěna objeu kitání vozidla adiabatický děj p p v v n p v v S z n VO KVM 44

45 Plynová pružina Pružící síla Plynová pružina á progresivní charakteristiku (obje plynu se při stlačování zenšuje). statická tuhost z = dosazení za p VO KVM 45 S p z S v v p F a n n p n n p z S v S v np dz df c v S np c v S p F n c a p

46 Plynová pružina Je-li pružina zatížena silou F p = g dosazení za c dostanee: Pro nízkou vlastní frekvenci je třeba velký obje plynu Tuhost pružiny v zatížené stavu : VO KVM 46 c z n cg F p np p cg p gs a p pa v Fpz pzs S nfpz pzs vz Fpz pzs v S S

47 Plynová pružina Dva principy plynových pružin: vzduchová pružina hydropneuatická pružina VO KVM 47

48 Vzduchové odpružení Stlačený vzduch v uzavřené prostoru Nejčastěji vlnovce nebo vaky činná plocha není konstantní síla v pružině : Charakteristika progresivní Vlnovce vysoká životnost (pouze ohyb) až 4 vlnovce Vaky vak se odvaluje po pístu VO KVM 48

49 Vzduchové odpružení výšení objeu dodatečné vzduchojey Příčný stabilizátor škrcení vzduchu ezi vlnovci na téže nápravě Užitková vozidla a autobusy : otevřený systé (použitý vzduch odchází do atosféry) regulace výšky Osobní autoobily : pneuatická regulace výšky (stabilita vodorovné polohy) álo používané (nutný zdroj stlačeného vzduchu) VO KVM 49

50 Vzduchové odpružení VO KVM 5

51 Hydropneuatické pružení konstantní hotnost pružícího plynu (obvykle dusíku) nevyžaduje tluič jednotka připojena ke stáléu zdroji tlakové kapaliny ožnost regulace světlé výšky vozidla tuhost pružiny se zatížení roste roste vlastní frekvence VO KVM 5

52 Hydropneuatické pružení VO KVM 5

53 Pryžokapalinové pružení Hydraulická kapalina (voda + líh) naáhá na syk a tlak prstencovou pryžovou pružinu. Kapalina protéká přes škrtící ventil. VO KVM 53

54 Příčné stabilizátory stabilizují vozidlo v příčné sěru (proti vibračníu pohybu) snižují klopení karoserie při průjezdu zatáčkou Torzní kruhové tyče spojené s raeny zavěšení kol 3 typy stabilizátorů : stabilizátor otočně uložen v pryžových lůžkách stabilizátor spojen pryžovýi bloky s příčnýi raeny jednoduchá torzní tyč v podélných raenech VO KVM 54

55 Příčné stabilizátory VO KVM 55

56 VO KVM 56

57 Tluiče pružení ajistit kontakt vozidla s vozovkou Předevší v okolí f výšit pohodlí jízdy Snížit echanické naáhání vozidla Druhy tluičů : teleskopický jednoplášťový tluič teleskopický dvouplášťový tluič VO KVM 57

58 Jednoplášťový tluič pro pohlcení pohybové energie využívá kapalinové tření kapalina je škrcena ventilky účinnost zhoršena pěnění kapaliny plynokapalinový tluič plynový polštář nedovolí pěnění plynová náplň,3 MPa až,6 MPa VO KVM 58

59 Dvouplášťový tluič vnitřní koora slouží pro pohyb pístu a přepouštění kapaliny vnější (vyrovnávací) prostor slouží k expanzi kapaliny tluič neůže pracovat v libovolné poloze (pracovní prostor usí být stále zaplněn kapalinou) VO KVM 59

60 VO KVM 6