Конструкция машины F-J/500 ⑫
Концепция стоек подвески.
Важнейшими элементами подвески являются шины и диски, на которых они установлены.
Далее идут стойки, крепящие тяги подвески, верхний и нижний рычаги подвески. Как уже объяснялось дважды, они предназначены для управления геометрическим движением шины и передачи силы, приложенной к шине, на кузов. К этому добавляются пружины и амортизаторы, контролирующие ходы подвески, а также стабилизатор, отвечающий за угол крена кузова и регулирующий жесткость «переднего» и «заднего» кренов, что образует единую систему подвески.
В случае серийных машин передние и задние колесные диски часто разрабатываются и производятся на каждом заводе в соответствии с особенностями машины, но с классом FJ такое случается редко. Некоторые из узлов, которые можно просто купить, включают и железные диски от серийных автомобилей.
Спроектировать сам обод не так уж и сложно. Однако, поскольку для его производства требуются значительные ресурсы, а итог будет не особо заметен в конечном результате, мы опускаем здесь эту тематику.
Поэтому мы переходим к вопросу о создания стоек подвески.
§ Типы стоек
Стойки непосредственно поддерживают колеса и выполняют функцию передачи силы реакции от дорожного покрытия на верхние и нижние рычаги подвески и пружины. Положение верхних и нижних шарниров стойки также определяет положение точки опоры со стороны кузова. Если вам нужно установить самодельные тормоза или рычаги подвески, вам неизбежно придется спроектировать стойку, соответствующую параметрам, которые вы собираете.
В современных машинах FJ на стойках передних колес используются поворотные кулаки примерно одинаковых конструкций. Для машин KE-FJ и MANA06, у которых передние дисковые тормоза, конструктора чуть изменили стандартную схему.
Для машины Augusta MKII соорудили узел из алюминиевого сплава собственной разработки, но на данный момент это особый случай.
В будущем, когда сила сцепления шин еще больше увеличится, а нынешние барабанные тормоза достигнут своих пределов, появится необходимость в разработке дисковых тормозов. То же самое можно сказать и о том, когда вы хотите уменьшить количество неподрессоренной массы.
На большинстве машин используются подвески с некоторыми частями серийных автомобилей, которые относительно легко модифицировать. Так, задние стойки изготавливаются путем объединения тонких стальных пластин, но некоторые изготавливаются из алюминиевого сплава. Правда, выгоды большой в этом нет, и разница в весе по сравнению с легким стальным изделием не существенна. Стойки из магния для FJ не применяются: в Японии лишь ограниченное количество производителей, которые могут обеспечить литым изделиям надежную прочность.
§ Выбор передних стоек
Давайте рассмотрим случай использования поворотного кулака и тормозного барабана для переднего колеса. Планировка для этого варианта показана на рисунке 1. Черная часть — это барабан, а цветная — стойка. Положения верхних и нижних шарниров уже определены, поэтому они такие же, как у серийных автомобилей. Поэтому точку опоры со стороны корпуса верхнего и нижнего рычагов, управляющих движением шин, необходимо определять, исходя из положения этого шарнира. Примеры использования этой компоновки в ее исходном виде включают машины Belco 96A, Hayashi 702 и Eva 3A (фото 1 и 2).
Здесь автор рекомендует: «Пожалуйста, обратитесь к выпуску от 1 декабря, чтобы узнать о методах предварительной проверки движения шин на чертежах». На данный момент этого выпуска у нас в библиотеке нет.
Независимо от того, сколько двойных поперечных рычагов используется, образ мышления на этапе проектирования у серийных автомобилей и гоночных машин совершенно разный. Например, существуют большие различия в высоте автомобиля и ширине рамы. Поэтому детали от серийных автомобилей редко подходят для использования на машинах F-J. Нет проблем, если рама изготовлена уже с учетом формы стойки, но, наоборот, если подвеска должна будет соответствовать форме рамы, возникает необходимость модифицировать стойку. Хорошими примерами являются Arrow S-IH и World A C9.
Например, в Arrow S-III шаровой шарнир в верхней части поворотного кулака установлен перевернутым по сравнению с коммерческим продуктом. По этой причине, как показано на Фото 3, расстояние между верхним и нижним рычагами небольшое, что делает его чрезвычайно компактным. Общий метод показан на рисунке 2. К корпусу поворотного кулака приварен кронштейн с отверстием для крепления шаровой опоры, что позволяет избежать неточности посадки.
Кроме того, в World AC9, чтобы низко расположить нижний рычаг, место соединения нижней части поворотного кулака устанавливается примерно на 70 мм ниже (Фото 4). При этом используется проставка вместо обычного болта. Примерный чертеж также показан на рисунке 2.
Возможно ли свободнее выбирать форму стойки, не думая о таких сложных вещах, как точность установки подшипников? В качестве простого решения этой проблемы реализована идея, показанная на рисунке 3. Такой узел относительно легко изготовить, отрезав «рычажную часть» и оставив только крепежный фланец. В этом примере конструкции стальная пластина используется для поддержки шарового шарнира и крепится к тормозной пластине вместе с фланцем. В качестве материала можно использовать пластину толщиной 1,2-1,6 мм. Коробчатое сечение должно обеспечивать достаточную прочность, чтобы выдерживать крутящий момент от поворотного рычага.
Если вы хотите более серьезно подойти к проектированию стойки, я рекомендую нарисовать точный поперечный разрез подвески. После этого мы рассматриваем общее позиционное соотношение, необходимое пространство, прочность составных частей, изучаем способы обработки, способы установки и т.д. Таким образом, функциональные детали можно создавать быстро и легко.
Пример такой конструкции показан на рисунке 4. Шины - Dunlop G5, а тормоза — барабанные. Опора подшипника изготовлена из хромомолибденовой стали и запрессована в корпус, изготовленный из литого алюминиевого сплава. В этом примере для фиксации используется контргайка. Альтернативно можно использовать стопорное кольцо (например, на переднем колесе Lola T212 ось запрессована в корпус из магниевого сплава и зафиксирована стопорным кольцом).
Сечение стойки имеет Н-образную форму, что позволяет недорого изготовить деревянные формы для изготовления отливок. Используя идею, аналогичную этому примеру, я попытался сделать прототип для реальной машины. Он изображен на Фото 5.
При разработке такой конструкции лучше всего нарисовать схему компоновки как можно большего размера, чтобы можно было «прочувствовать» детали. В этом случае для каждого, даже небольшого предмета (болта, шайбы или гайки), скрупулезно проверьте спецификацию и запишите фактический размер.
§ Задняя стойка
В продаже нет стоек для задних колес, которые можно было бы использовать на гоночных машинах. Однако, если вы используете тормозной барабан и комплект приводного вала, вы можете приобрести корпус подшипника отдельно, так что узел сможете сделать относительно легко. Обычно используемый метод заключается в изготовлении верхней части из тонкой стальной пластины и креплении ее к тормозной пластине с корпусом подшипника. В верхний и нижний шарниры обычно вставляется вал для фиксации шарового шарнира. Для этого нарежьте трубу соответствующего внутреннего диаметра и сварите ее. Пример конструкции показан на рисунке 5. Стальной пластины толщиной от 1,2 до 1,6 мм достаточно для конструкции коробчатого сечения, устойчивой к кручению. Во многих случаях верхний и нижний валы имеют диаметр 8-12 мм. Фото 6 и 7 — примеры машин, применявшихся в реальных гоночных условиях.
Также становятся доступными несколько стоек из литого алюминия. Примеры, применявшиеся в реальных гонках, включают Leon 712 и Augusta MK II (фото 8 и 9). Если корпус подшипника изготовлен методом литья, то корпус подшипника и корпус стойки могут быть объединены, но технология проектирования несколько сложна.
Как я уже упоминал, при проектировании таких сложных деталей неплохо нарисовать компоновочную схему в натуральную величину и проверить компоновку на чертеже, даже если это и затруднительно. На рисунке 6 показан пример конструкции. Отверстия в верхних и нижних шарнирах и посадочные поверхности подшипников являются механически обработанными деталями, а остальная часть - литая. Стойка на этом рисунке имеет Н-образное сечение для облегчения изготовления.
В больших машинах, таких как F-1, для повышения жесткости используется закрытое коробчатое сечение. Это связано с тем, что в нем используется магний, который легче, чем алюминиевый сплав, а нагрузка, прикладываемая к стойкам, намного больше, чем у машин других категорий.
Но этой Н-образной структуры поперечного сечения достаточно для класса FJ, который мы делаем. Конечно, сделать коробчатое сечение тоже возможно. Например, прототип, показанный на Фото 10, является одним из таких примеров. Однако методы производства сложны.
В приведенном здесь примере используется тип подшипника, который называется радиальным, и его размеры одинаковы во всем мире. Если вы посмотрите каталог производителя, вы найдете подшипники различных размеров.
Существуют и другие типы подшипников, такие как конические и игольчатые. При необходимости вы можете использовать их комбинацию. Например, в Porsche 917 на передних и задних колесах используются конические подшипники. В McLaren M12 также используются игольчатые подшипники снаружи и радиальные внутри, что делает узел компактным.
* * *
На этот раз вышло много чертежей. Когда дело доходит до рисунков, мы склонны уклоняться от них, думая, что их сложно понять, но если вы измерите реальные детали и сядете проектировать, чертеж появится естественным образом. С другой стороны, даже если вы не можете нарисовать что-то в трех ракурсах, изображения в стиле комикса будет достаточно, чтобы выполнить работу в каком-нибудь металлообрабатывающем цехе в вашем городе, так что вам не о чем слишком беспокоиться. Однако, если вы серьезно относитесь к освоению конструирования, я бы хотел, чтобы вы обратились к некоторым примерам, показанным здесь, и научились рисовать чертежи самостоятельно.