Число собственных частот колебаний системы равно числу степеней свободы. Пользуясь понятием приведенной жесткости, пренебрегая неподрессоренными массами, приведем рассматриваемый автомобиль к следующей схеме.
В реальных случаях за f можно принять ход подвески.
Согласно теории колебаний движения такой системы можно описать системой уравнений
частота вынужденный колебаний
собственные колебания
fст – статический прогиб,
т.к. z1 maxи z2 max, с1 и с2, т1 и т2 разные, то колебания системы будут представлять достаточно сложную картину, которую можно свести к двум типам:
1 – возвратно-поступательные относительно оси z (подпрыгивание) (система движется плоскопараллельно);
2 – вращательные относительно некоторой точки, которую называют центр упругости системы (галопирование).
Центр упругости системы – точка, которая обеспечивает только поступательное движение системы в случае приложения к ней внешней силы Р.
Расстояние х от центра тяжести до центра упругости можно определить по условию равновесия системы, т.е.
ΣМ = 0 = R, a – Px – R2 ·b = 0,
учитывая, что R = с· f
Кроме поступательных колебаний (вверх – вниз) кузов автомобиля может совершать вращательные колебания (галопирование).
Для рассмотрения условий галопирование представим модель кузова в виде трех масс.
Чтобы эта система полностью соответствовала свойствам автомобильного кузова необходимо соблюдение трех условий:
1 – т1 + т2 + т3 = тк – сумма всех масс равна подрессоренной массе кузова;
2 – центр масс системы должен совпадать с центром масс кузова, т.е.
т1 · а = т2 · b
3 – момент инерции системы относительно оси «у» должен быть равен моменту инерции кузова относительно той же оси.
Т.к. масса т3 расположена на оси у
Jm3 = 0
Тогда
Jy = m1 · а2 + m2 · b2
Из условия Jy = Jк получим
m1 · а2 + m2 · b2 = mк · ρ2
где ρ – условный радиус инерции кузова.
Соотношения между массами
Отношение называют коэффициентом распределения подрессоренных масс. Он определяет наличие связи между колебаниями передней и задней частями кузова, т.е. кузов, совершая колебательные движения, обладает моментом инерции Jк = mк · ρ2. если не учитывать силы трения в подвеске, то этот момент инерции создает незатухающие колебания, при которых скорость и ускорения масс т, т2 и т3 будут изменяться по гармоническому закону.
При этом сила инерции, действующая на массу т3 (ц. т. кузова)
Fu = m3 · а3
где а3 – ускорение в точке m3.
Эта сила создает момент М3 относительно центра упругости
М3 = m3 · а3 · х
Момент М3 способствует возникновению галопирования кузова. Момент М3 будет приведен к нулю, если m3 = 0 или х = 0. Если m3 = 0, то
или ρ2 = а · b.
Для большинства автомобилей ρ2 ≈ а · b с точностью до 10…15%.
Если х = 0, то центр упругости совпадает с центром масс. Это достигается при условии
Из выражения следует, что коэффициенты жесткости подвесок должны быть обратно пропорциональными расстояниям центра масс кузова от осей передний и задних колес. Тогда при одинаковых прогибах передней и задней подвесок кузов автомобиля будет перемещаться вертикально без галопирования.