22. Колебательная система автомобиля. Влияние колебаний на организм человека.

Автомобильная дорога даже с твердым покрытием имеет незначительное количество ровных участков, и они бывают небольшой протяженности. В основном дороги состоят из беспрерывно чередующихся впадин и выступов. Взаимодействие колес движущегося автомобиля с неровностями дороги вызывает его колебания и вибрации, которыми и характеризуется плавность хода автомобиля. Колебания становятся особенно ощутимыми на проселочных, поврежденных (трещины, выбоины и т. д.) дорогах и дорогах с булыжным покрытием. Эти колебания создают большие неудобства, вызывая повышенную утомляемость, голово­кружение и другие неприятные физиологические ощущения у во­дителя и пассажиров, оказывают вредное влияние на сохранность перевозимых грузов, а также на техническое состояние автомо­биля и его эксплуатационные свойства. Колебания и вибрации сопровождаются возникновением дополнительных динамических нагрузок на различные агрегаты автомобиля, вызывающих повы­шенный износ и поломки деталей.

Неровности дороги и связанные с ними колебания автомобиля приводят к значительному снижению скоростей движения и производительности автомобилей, ухудшению тяговых свойств, уве­личению расхода топлива и снижению межремонтных пробе­гов.

Поэтому одним из основных эксплуатационных требований, предъявляемых к современному автомобилю, является максимальное улучшение плавности его хода, которое имеет большое зна­чение как для улучшения комфортабельности, так и для повыше­ния эффективности использования автомобиля.

Условно можно считать вибрациям колебания с технической частотой свыше 1000 кол/мин. Вибрации отличаются от колебаний кузова и колес очень малой амплитудой (редко превышающей доли миллиметра).

Непосредственное воздействие вибраций на человека незначительно, однако они нарушают комфортабельность автомобиля и работу отдельных приборов.

Для уменьшения вибраций производят балансировку деталей, повышают точность их обработки, увеличивают жесткость.

Весьма эффективным средством борьбы с вибрациями являются прокладки и покрытия.

Плавность хода автомобиля, представляющего собой много массовую колебательную систему, оценивается следующими измерителями: периодом или частотой, амплитудой, скоростью и ускорением колебаний.

Период колебаний Т — это промежуток времени, за которое колеблющееся тело (кузов) проходит ближайшие одинаковые положения (полное колебательное движение). О повторяемости колебаний судят по периоду Т, измеряемому в секундах, или по частоте n_m, измеряемой числом полных колебаний в секунду или минуту:

n_{m=60/Т кол/мин}

Амплитуда колебаний z — это наибольшее отклонение кузова от положения равновесия (мм или см).

Одной из простейших колебательных систем является груз весом G_г, связанный с пружиной (рис. 57). В статическом состоянии система находится в равновесии. Если груз поднять на некоторую высоту, а затем резко отпустить, он будет совершать колебания.

Частоту колебаний груза на пружине можно определить из выражения

n_m=(30/π) √c/m_г кол/мин (102)

Где с-жесткость пружины, равная отношению силы тяжести груза G_г к осадке fс (деформации) пружины; с=Gг/ fс кГ/см; m_г –масса груза

Из приведенного выражения видно, что частота колебаний зависит только от параметров самой системы, т. е. жесткости ^Пружины и массы груза, поэтому она называется собственной частотой колебаний.

Если в выражение (102) подставить значения с и m_г то n_m=300/√ fс кол/мин.

Таким образом для определения собственной частоты колебаний груза достаточно знать только величину статического прогиба fс пружины Следовательно чем больше статический прогиб пружины (рессоры) тем меньше частота собственных колебаний. После проезда дорожных неровностей возникают свободные колебания автомобиля. Эти колебания являются затухающими, так как всегда сопровождаются рассеиванием механической энергии и переходом ее в тепловую энергию.

Обеспечить высокую плавность хода можно двумя способами: улучшением качества дороги и совершенствованием конструкции автомобиля. Создание повсеместно сети дорог с твердым покрытием требует больших затрат и сопряжено с большим сроком времени. Поэтому для обеспечения высокой плавности хода автомобиля одновременно со строительством дорог постоянно совершенствуют его конструкцию, особенно подвеску.

При рассмотрении колебаний автомобиль представляют в виде системы, состоящей из трех взаимосвязанных частей (рис. 59): подрессоренных, неподрессоренных и элементов их соединения.

Подрессоренную часть автомобиля (1)составляют кузов с кабиной, рама, двигатель, коробка передач и другие узлы и агрегаты, вес которых передается на рессоры. Те элементы, вес которых не передается через рессоры, называют неподрессоренной частью автомобиля.(4,6) Это передний и задний мосты с колесами и шинами.

Вес упругих элементов (рессор)(2и8),амортизаторов и других деталей автомобиля, которые крепятся одновременно и к подрессоренным и неподрессоренным его частям (карданные валы, рычаги подвески, реактивные штанги), условно делят между подрессоренными и неподрессоренными частями поровну.

Мосты автомобиля опираются на дорогу через шины, которые также представляют собой упругие элементы, хотя они и не относятся 3и 7 –амортизатор, 5-шина.Частоту собственных колебаний автомобиля разделяют на низ­кую и высокую.

Колебания кузова на рессорах — это низкие (основные) собственные колебания автомобиля. Для современных легковых автомобилей частота колебаний составляет 60—90, для грузовых 90—150 кол/мин. Низкочастотные колебания оказывают наиболее сильное влияние на организм человека. Наиболее выгодная частота колебаний, с точки зрения легкости восприятия, определяется из условия движения человека при ходьбе, когда число его вертикальных колебаний составляет 60—120 кол/мин. Установлено, что уменьшение частоты колебаний ниже 50 кол/мин может вызвать у человека явление «морской болезни», а превышение 130 кол/мин также может привести к ряду неприятных -физиологических ощущений.

К олебания осей между рессорами и шинами носят название высокочастотных, их величина составляет для легковых а/м 500—700, а для грузовых 350—500 кол/мин.