Предмети:
- Ступені свободи в наведенні колеса
- Петлі в направляючій колеса
- Напрямні в колісній направляючій
- Обчисліть ступені свободи
Ступені свободи в наведенні коліс:
Підвіска автомобіля містить ряд шарнірів (в тому числі на поперечних важелях і амортизаторі), які забезпечують ступінь свободи у всій підвісці. Направлення коліс гарантує, що можливі ступені свободи можливих рухів коліс обмежені лише одним або двома. Якщо колесо не тримати «зафіксованим», воно зможе вільно обертатися, нахилятися (в напрямках x і y), обертатися, рухатися вгору і вниз. Тоді колесо, в принципі, «вільне» від підвіски. Він може рухатися в будь-якому напрямку без «керівництва». Кожен згаданий рух є одним ступенем свободи.
Підвіска коліс, тобто напрямок коліс, забезпечує обмеження свободи руху до 1 ступеня свободи. Це означає, що колесо може «вільно» рухатися лише в одному напрямку, без впливу з боку водія. Цей вільний рух є рухом вгору-вниз під час стиснення та відскоку. Колесо може безперешкодно відскакувати на нерівній поверхні дороги.
Підвіска коліс автомобіля побудована з рядом лінійних шарнірів, кульових і поворотно-розсувних шарнірів. Усі ці петлі впливають один на одного. Занадто багато шарнірів створює занадто багато ступенів свободи (тому колесо може ненавмисно рухатися в різних напрямках) або 0 ступенів свободи (колесо не може рухатися, а отже, не може стискатися та стискатися).
Петлі в напрямній колеса:
Петля лінії:
Цей шарнір лінії може рухатися в одному напрямку; вгору та вниз. Це забезпечує 1 ступінь свободи.
Кульовий шарнір:
За допомогою цього шарніра відповідні частини можуть здійснювати 3 рухи відносно одна одної; кивання, перекочування та поворот. Цей шарнір має 3 ступені свободи, тому що, коли шарнір «ослаблений», він може зробити 3 вільних руху (див. стрілки).
Поворотно-розсувна петля:
Цей шарнір може зробити 2 руху; обертовий і ковзний рух всередину і назовні. В принципі це приклад амортизатора (від стійки McPherson). Ці 2 рухи забезпечують поворотно-розсувну петлю 2 ступені свободи.
Напрямні в колісній направляючій:
Для створення підвіски коліс з різних типів шарнірів, іноді шарніри доводиться комбінувати на 1 предметі, наприклад, поперечному важелі. Тоді ми називаємо цю опорну руку напрямною. Нижче наведено кілька прикладів таких провідників:
Петля лінійна з шарніром:
Це типовий приклад важеля, який з’єднаний з кузовом (або підрамником) з боку лінійного шарніра та з’єднаний з поворотним кулаком з боку кульового шарніра. Коли весь цей шарнір ослаблений, він може рухатися як у напрямку руху лінійного шарніра (1 напрямок), так і в 3 напрямках кульового шарніра. Зрештою, лінійний шарнір має 1 ступінь свободи, а кульовий шарнір має 3. Оскільки ця частина розглядається як 1 провідник, ступені свободи можна скласти. Тоді 1 і 3 становлять 4 ступені свободи.
Подвійний кульовий шарнір:
Прикладом направляючої з подвійним кульовим шарніром є рульова тяга з внутрішнім і зовнішнім кульками рульової тяги. Кожен кульовий шарнір має 3 ступені свободи, тому, оскільки це 1 провідник, їх слід додати разом. Однак у них однакове самообертання, тому що якщо 1 кульовий шарнір здійснює обертовий рух, то і другий теж. Отже, 1 ступінь свободи самообертання не зараховується (див. червоні стрілки). Загалом у цього провідника 6 ступенів свободи, але в наступному розрахунку введіть число 1 під «самообертання r». Ця 1 потім віднімається в обчисленні.
Петля поворотно-розсувна з шарніром:
Як було сказано раніше, амортизатор являє собою поворотно-розсувний шарнір. Однак кожна стійка McPherson також має кульовий шарнір над нею, хоча ви спочатку так не подумаєте. У верхній частині амортизатора є ще одна гума. Ця гума забезпечує деяку свободу руху амортизатора і тому також має властивості кульового шарніра. Таким чином, амортизатор має 2 ступені свободи поворотно-ковзної петлі та 3 ступені свободи кульового шарніра, що разом становить 5. Тут також відбувається природне обертання, оскільки обертальний рух поворотно-ковзного шарніра є таким же рухом, як обертальний рух кульового шарніра. Отже, 1 доведеться додати до «r» самообертання.
Обчисліть ступені свободи:
За даними підвіски можна розрахувати кількість ступенів свободи. Щоб правильно заповнити формулу, петлі і напрямні необхідно розділити на категорії:
- L для кількості провідників
- г для кількості стиків і петель
- r для кількості природних обертів (як у випадку з подвійним кульовим шарніром в 1 напрямній)
Крім того, листи:
- k для кількості опор коліс (у більшості випадків 1, тому що це поворотний кулак)
- εfi для кількості ступенів свободи для загальної кількості шарнірів і шарнірів, складених разом.
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
Приклад:
Підвіска колеса містить: k 1 опору колеса (кулак), L 2 напрямні, g 5 шарнірів, r 2 самообертання, εfi 15 загальних ступенів свободи.
У формі формули це:
F = 6 (1 + 2 – 5) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = 1 рік
Отже, тепер є 1 ступінь свободи, тож це добре. Колесо може здійснювати чистий рух вгору і вниз.
Щоб прояснити це, ось приклад із зображенням підвіски коліс:
На зображенні нижче зображена стійка McPherson із відповідною легендою. Літери A, B і C позначають напрямні, а цифри від 1 до 6 позначають петлі/з’єднання.
εfi – сумовані ступені свободи шарнірів; тому 3 ступені свободи на кульовий шарнір (так 4 x 3), 1 ступінь свободи лінійного шарніра та 2 ступені свободи поворотно-ковзного шарніра.
Формулу можна завершити так:
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
F = 6 (1 + 3 – 6) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = -12 – 2 + 15
F = -14 + 15
F= 1 ступінь свободи
