СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПЕРЕДНЕГО МОСТА АВТОМОБИЛЯ
METHOD OF DETERMINING OPERATING CONDITIONS OF AUTOMOBILE FRONT AXLE

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано при диагностировании технического состояния рулевого управления и ходовой части транспортных средств.
Известен способ определения суммарного люфта в рулевом управлении автомобиля (авторское свидетельство СССР №507800, МПК G01M 17/06, G01B 5/24, опубликованное 14.04.1976), заключающийся в том, что управляемые колеса устанавливают на поворотных площадках, к которым прикладывают усилие, направленное сначала в одну, а затем в другую сторону, и измеряют углы перемещения поворотных площадок, при этом усилие, направленное в одну сторону, прикладывают к поворотным площадкам до момента начала поворота рулевого колеса автомобиля.
Способ не позволяет определить техническое состояние конкретных сопряженных элементов переднего моста, влияющих на суммарный люфт в рулевом управлении автомобиля.
Известен стенд для контроля технического состояния переднего моста (авторское свидетельство СССР №411342, М. кл. G01M 17/06, опубликованное 15.01.1974), использование которого при измерении углов покачивания колес с помощью пневмоцилиндров позволяет измерить суммарный люфт в рулевых тягах, рулевом механизме, шкворневых соединениях и подшипниках ступиц колес.
Стенд позволяет определить лишь суммарный люфт групп сопряженных элементов моста. Определение технического состояния конкретных сопряженных элементов переднего моста возможно лишь органолептическими методами (визуально, осязанием).
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа, позволяющих определить люфты конкретных сопряженных элементов: рулевого механизма, привода рулевого управления, подшипников ступиц колес, шаровых опор, сайлент-блоков подвески.
В предлагаемом способе определения технического состояния переднего моста автомобиля, заключающемся в том, что при угловых перемещениях передних колес в горизонтальной и вертикальной плоскостях измеряют люфты сопряженных элементов переднего моста, при этом при измерении угловых перемещений передних колес в горизонтальной и вертикальной плоскостях поочередно исключают возможность влияния повышенных люфтов в сопряженных элементах переднего моста на величину угловых перемещений колес, а полученные числовые значения перемещения колес вводят в систему линейных уравнений и определяют люфты в конкретных сопряженных элементах переднего моста; при этом при угловом перемещении колес в горизонтальной плоскости определяют люфты элементов рулевого механизма, привода рулевого управления и подшипников ступиц колес, а при угловом перемещении колес в вертикальной плоскости дополнительно определяют люфты сопряженных элементов шаровых опор и сайлент-блоков подвески.
При угловом перемещении колес в горизонтальной плоскости определяют люфты элементов рулевого механизма, привода рулевого управления и подшипников ступиц колес по следующей системе линейных уравнений
1
2
3
n
где S, S, S, …, S - значения угловых перемещений переднего колеса при различных вариантах исключения элементов моста, влияющих на повышенное угловое перемещение колеса, (n - количество уравнений системы);
1
2
3
m
a, a, a, …, a - коэффициенты чувствительности уравнений системы, определяемые заранее для конкретной модели автомобиля (m - количество контролируемых сопряженных элементов моста);
i0
x - величина люфта i-го сопряжения моста при его исправном состоянии, где i - порядковый номер сопряженного элемента моста (i=1, 2, …, m),
индекс «o» - соответствие исправному состоянию сопряженного элемента;
i
Δx - величина приращения люфта в i-м сопряжении переднего моста в результате его износа;
i0
i
x+Δx - суммарное значение люфта в i-м сопряжении переднего моста;
i
i0
i
a·(x+Δx) - суммарный вклад i-го сопряжения моста в величину углового перемещения колеса;
i
i0
a·x - вклад исправного i-го элемента моста в величину углового перемещения колеса,
а при угловом перемещении колес в вертикальной плоскости для определения люфтов в шаровых опорах, сайлент-блоках подвески используют следующие системы уравнений: для левого колеса:
1
2
3
m
где e, e, e, …, e - коэффициенты чувствительности уравнений,  величина которых обратно пропорциональна расстояниям от диагностируемых сопряжений до левой подвижной площадки стенда;
для правого колеса:
1
2
3
m
где f, f, f, …, f - коэффициенты чувствительности уравнений системы, величина которых обратно пропорциональна расстояниям от диагностируемых сопряжений до правой подвижной площадки стенда;
1л
2л
1пр
2пр
S, S, S, S - величина угловых перемещений колеса соответственно для левого и правого колес автомобиля;
i0
y - величина люфта i-го сопряжения моста при его исправном состоянии;
i
Δy - величина приращения люфта в результате его износа;
i0
i
y+Δy - суммарное значение люфта в i-м сопряжении переднего моста;
i
i0
i
e·(y+Δy) - суммарный вклад i-го сопряженного элемента моста в величину углового перемещения левого колеса в вертикальной плоскости;
i
i0
i
f·(y+Δy) - суммарный вклад i-го сопряженного элемента моста в величину углового перемещения правого колеса в вертикальной плоскости;
i
i0
e·y - вклад исправного i-го элемента моста в величину углового перемещения левого колеса в вертикальной плоскости;
i
i0
f·y - вклад исправного i-го элемента моста в величину углового перемещения правого колеса в вертикальной плоскости.
Предлагаемый способ определения технического состояния переднего моста автомобиля реализуется следующим образом. Автомобиль устанавливают передними колесами на подвижные площадки стенда. Для измерения величины угловых перемещений колес, как диагностических сигналов состояния сопряженных элементов переднего моста, к ободьям передних колес подводят датчики регистрирующих устройств, позволяющие зафиксировать сигналы, пропорциональные угловым перемещениям колес. При движении площадок во избежание проворачивания колес их затормаживают рабочей тормозной системой.
Способ определения технического состояния переднего моста автомобиля, к примеру с подвеской «Макферсон», при горизонтальном угловом перемещении колес поясняется фиг.1, 2.
1
2
3
4
5
6
7
i
i
i
i
i
i
На фиг.1 показана схема расположения элементов рулевого механизма, привода рулевого управления и подшипников ступиц при перемещении колес в горизонтальной плоскости, состоящая из подшипников ступицы 1 левого колеса (люфт x); шаровых пальцев 2, 3 левой крайней рулевой тяги (люфты х, х) соответственно; шестерни рулевого механизма 4 (люфт х); шаровых пальцев 5, 6 правой крайней рулевой тяги (люфты х, х соответственно); подшипников ступицы 7 правого колеса (люфт х); датчиков 8 измерения положения колеса; стойки 9 крепления датчиков; передних колес 10 автомобиля; подвижных площадок 11 стенда; рейки рулевой 12. На фиг.2 показана схема определения коэффициентов чувствительности уравнений системы (1) при перемещении колес в горизонтальной плоскости: а) левое колесо a=1/c; б) правое колесо b=1/d, где c, d - горизонтальные проекции расстояний от контролируемых сопряженных элементов моста до центров пятен контакта колес с подвижными площадками стенда.
Принятая к практической реализации система уравнений при угловых перемещениях колес в горизонтальной плоскости для определения люфтов в рулевом механизме, рулевом приводе и подшипниках ступиц с учетом технологической последовательности выполнения работ на автомобиле с подвеской типа «Макферсон» при горизонтальном перемещении колес имеет вид:
1
2
3
7
где S, S, S, …, S - значения угловых перемещений переднего колеса при различных вариантах исключения элементов моста, влияющих на повышенное угловое перемещение колеса;
1
2
3
7
a, a, a, …, a - коэффициенты чувствительности уравнений, значения которых обратно пропорциональны расстояниям от горизонтальных проекций контрольных точек диагностируемых сопряжений до центра пятна контакта поверхности левого колеса с левой подвижной площадкой стенда;
1
2
3
6
b, b, b, …,b - коэффициенты чувствительности уравнений, значения которых обратно пропорциональны расстояниям от центра пятна контакта правого колеса с правой подвижной площадкой стенда до горизонтальных проекций контрольных точек диагностируемых сопряжений;
i
x - суммарное значение люфта в i-м сопряжении переднего моста
i
i0
i
(x=x+Δx), где i - порядковый номер сопряженного элемента моста.
1
2
3
4
5
6
7
Уравнение системы при получении значения углового перемещения S левого колеса обеспечивается свободным функционированием всех диагностируемых элементов при работе обеих подвижных площадок стенда. Для получения значений угловых перемещений колеса S, S, S, S в предыдущее уравнение вводятся возмущения поочередным исключением возможного повышенного влияния сопряжений 2, 3, 5, 6 (фиг.1). Величину значения углового перемещения S получают исключением возможного повышенного влияния люфта в подшипниках ступицы 7 (фиг.1) при неподвижном состоянии правой площадки стенда. Значение углового перемещения колеса S обеспечивается исключением возможного повышенного влияния подшипников ступицы 1 (фиг.1) при неподвижном состоянии левой площадки стенда. Исключение возможного повышенного влияния сопряженных элементов 2, 3, 5, 6 обеспечивается быстросъемными зажимными устройствами с дистанционным управлением, не препятствующими функционированию шарнирных соединений.
i
i0
Измеренные угловые перемещения колес, как аналоговые сигналы, преобразованные в цифровую форму, поступают в электронно-вычислительную машину (ЭВМ). Поиск решения системы (1) осуществляется подбором наилучших значений x с помощью программного обеспечения ЭВМ. Вывод о фактическом состоянии диагностируемых сопряженных элементов моста производится на основании сравнения полученных результатов со значениями x, допустимое превышение над которыми выбирают на основании требований к техническому состоянию конкретных сопряженных элементов переднего моста автомобиля.
В данном примере при использовании системы (4) нет необходимости в исключении влияния сопряженного элемента 4 (рулевого механизма) на угловое перемещение колес, поскольку количество уравнений достаточно без исключения этого элемента. Пример расчета люфтов в конкретных сопряженных элементах переднего моста автомобиля с подвеской типа «Макферсон» при горизонтальном угловом перемещении колес с использованием системы уравнений (4) представлен в табл.1 (данные таблицы имеют демонстрационный характер).
Таблица 1
Значения коэффициентов чувствительности (левое колесо)
a<sub>1</sub>
a<sub>2</sub>
a<sub>3</sub>
a<sub>4</sub>
a<sub>5</sub>
a<sub>6</sub>
a<sub>7</sub>
20
7,143
4,166
1,942
1,255
1,134
1,0
Значения коэффициентов чувствительности, b<sub>i</sub> (правое колесо)
b<sub>1</sub>
b<sub>2</sub>
b<sub>3</sub>
b<sub>4</sub>
b<sub>5</sub>
b<sub>6</sub>
b<sub>7</sub>
20
6,452
4,082
1,96
1,25
1,1248
1,0
Значения угловых перемещений колес, усл.ед.
S<sub>1</sub>
S<sub>2</sub>
S<sub>3</sub>
S<sub>4</sub>
S<sub>5</sub>
S<sub>6</sub>
S<sub>7</sub>
417,428
346,016
375,787
404,908
394,772
1022,99
377,464
Обозначения сопряженных элементов
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>5</sub>
x<sub>6</sub>
x<sub>7</sub>
Расчетные значения x<sub>i</sub>, усл.ед.
10,00147
9,996941
9,994731
15,04184
9,980852
20,13993
39,96037
Принятые начальные значения x<sub>i</sub>, усл.ед.
10
10
10
10
10
10
10
Отклонение Δx<sub>i</sub>, усл.ед.
0
0
0
5
0
10
30
4
7
7
Из таблицы видно, что имеются повышенные люфты в рулевом механизме (элемент 4, x), шаровом пальце правой рулевой тяги (элемент 6, x) и подшипниках ступицы правого колеса (элемент 7, x).
Способ определения технического состояния переднего моста автомобиля при вертикальном угловом перемещении колес поясняется фиг.3.
1
7
2
6
3
5
На фиг.3 показана схема расположения диагностируемых сопряженных элементов, состоящая из подшипников ступиц 1, 7 колес (люфты y, y соответственно); шаровых опор 2, 6 подвески (люфты y, y соответственно); сайлент-блоков 3. 5 подвески (люфты y, у соответственно), датчиков 8 измерения углового перемещения колес; стоек 9 крепления датчиков 8, подвижных площадок 10 стенда, колес передних 11, стоек амортизаторных 12.
Принятая к практической реализации система уравнений для диагностирования люфтов в шаровых опорах и сайлент-блоках подвески с учетом известной величины люфта в подшипниках ступицы левого колеса при вертикальных угловых перемещениях имеет вид:
для левого колеса
1
2
3
m
i
i
где e, e, e, …, e - коэффициенты чувствительности уравнений, величина которых обратно пропорциональна расстояниям от диагностируемых сопряжений до левой подвижной площадки стенда (e=1/g);
для правого колеса:
1
2
3
m
i
i
где f, f, f, …, f - коэффициенты чувствительности, величина которых обратно пропорциональна расстояниям от диагностируемых сопряжений до правой подвижной площадки стенда (f=1/h);
1л
2л
1пр
2пр
S, S, S, S - величина угловых перемещений колеса соответственно для левого и правого колес автомобиля;
i
i
i0
i
y - суммарное значение люфта в i-м сопряжении моста (y=y+Δy), где i - порядковый номер сопряженного элемента моста для левого колеса i=1, 2, 3; для правого колеса i=5, 6, 7).
Диагностирование элементов при вертикальных колебаниях колес с помощью систем (5, 6) производят с учетом того, что состояние подшипников ступиц колес (сопряженные элементы 1, 7) известно на основании предшествующего использования системы уравнений (4).
1л
1пр
Исключение возможного повышенного влияния на диагностические сигналы S, S шаровых опор 2, 6 (фиг.2) производится установкой быстросъемных зажимных устройств с дистанционным управлением, исключающих повышенные зазоры в этих сопряженных элементах моста.
i
i0
Измеренные угловые перемещения колес, как аналоговые сигналы, преобразованные в цифровую форму, поступают в электронно-вычислительную машину (ЭВМ). Поиск решения для каждой из систем (5, 6) осуществляется подбором наилучших значений y с помощью программного обеспечения ЭВМ. Вывод о фактическом состоянии диагностируемых сопряженных элементов моста производится на основании сравнения полученных результатов со значениями y, допустимое превышение над которыми выбирают на основании требований к техническому состоянию конкретных сопряженных элементов переднего моста автомобиля.
Пример расчета люфтов в конкретных сопряженных элементах переднего моста автомобиля с подвеской типа «Макферсон» при вертикальном колебании колес с использованием систем уравнений (5, 6) представлен в табл.2 (данные таблицы имеют демонстрационный характер).
Таблица 2
Значения коэффициентов чувствительности уравнений систем (5, 6)
Левое колесо
Правое колесо
e<sub>1</sub>
e<sub>2</sub>
e<sub>3</sub>
f<sub>5</sub>
f<sub>6</sub>
f<sub>7</sub>
6,25
9,091
10,526
6,25
9,091
10,526
Значения угловых перемещений колес, усл.ед.
S<sub>1л</sub>
S<sub>2л</sub>
S<sub>1пр</sub>
S<sub>2пр</sub>
395,035
167,76
537,08
355,26
Обозначения сопряженных элементов y<sub>i</sub>
y<sub>1</sub>
y<sub>2</sub>
y<sub>3</sub>
y<sub>5</sub>
y<sub>6</sub>
y<sub>7</sub>
Расчетные значения y<sub>i</sub>, усл.ед.
10
25
10
10
20
40
Принятые начальные значение y<sub>i0</sub>, усл.ед.
10
10
10
10
10
10
Отклонение Δy<sub>i</sub>, усл.ед.
0
15
0
0
10
30
2
6
7
7
Из таблицы видно, что повышенные люфты имеются в шаровых опорах (сопряженные элементы 2, 6, y, y). Люфт подшипников ступицы правого колеса (сопряженный элемент 7, y) в табл.2 указан на основании результатов, представленных в табл.1 (сопряженный элемент 7, x).