Расчеты на прочность

Расчеты на прочность. по ДИН 1350 и ДИН 50100) αА – соотношение напряжений; αК – коэффициент концентрации напряжений; βК – то же, обусловленный формат поверхности; βN – то же, обусловленный посадкой; γ – отношение предела текучести к временному сопротивлению; δ – удлинение; υ – запас прочности; b1 – масштабный коэффициент, учитывающий влияние размеров; b2 – масштабный коэффициент, учитывающий шероховатость обработанной поверхности; σ – нормальное напряжение; τ – касательное напряжение при срезе или кручении; fw – коэффициент, учитывающий материал.

Нижние индексы а – амплитудное значение действующих напряжений; b – напряжение при изгибе; m – среднее значение напряжений; o – верхнее значение предельных напряжений; t – напряжения при кручении; u – нижнее значение предельных напряжений; доп. – допускаемые напряжения; А – допускаемое амплитудное значение напряжений (на испытуемом образце); В – временное сопротивление.

Жесткость системы подрессоривания С1 – жесткость шин при принятом для данного автомобиля давлении в шинах; С2 – жесткость подвески кузова, приведенная к одному колесу, при равностороннем нагружении обеих (левой и правой) подвесок; С2 А – жесткость подвески кузова, приведенная к оси, при равностороннем нагружении обеих подвесок; С3 – жесткость стабилизатора, приведенная к одному колесу, при разностороннем нагружении подвесок; СF – жесткость собственно упругого элемента, приведенная к месту его опоры; CS – жесткость стабилизатора, измеряемая на концах рычагов при разностороннем нагружении подвесок.

Частота колебаний nІ – частота недемпфированных колебаний оси в вертикальном направлении, мин. nІ D – то же, демпфированных колебаний; nІІ – частота недемпфированных колебаний кузова в вертикальном направлении; nІІ D – то же, демпфированных колебаний.

Передаточные числа и числа витков пружин if – число рабочих витков; ig – общее число витков; iw – передаточное отношение при поперечно-угловом подрессоривании; ix – кинематическое передаточное число; iy – силовое передаточное число. 1 Требования к подвеске Подвеска, являясь промежуточным звеном между кузовом автомобиля и дорогой, должна быть легкой и наряду с высокой комфортабельностью обеспечить максимальную безопасность движения.

Для этого необходимы точная кинематика колес, легкость поворота управляемых колес, а также изоляция кузова от дорожных шумов и жесткого качения радиальных шин. Кроме того, надо учитывать, что подвеска передает на кузов силы, возникающие в пятне контакта колеса с дорогой, поэтому она должна быть прочной и долговечной (рис. 1). Наиболее характерными требованиями к подвеске являются: 1. Обеспечение движения по неровным дорогам без ударов в ограничитель. 2. Ограничение поперечного крена автомобиля. 3. Обеспечение затухания колебаний кузова и колес. 4. Постоянство колеи и углов установки колес. 5. снижение массы неподрессоренных частей. 6. Общие требования.

Детали, соединяющие опоры подшипника колеса с кузовом (рычаги, штанги и упругие элементы), должны удовлетворять этим требованиям.

Применяемые шарниры должны легко поворачиваться, быть малоподатливыми и вместе с тем обеспечивать шумоизоляцию кузова. Рычаги должны передавать силы во всех направлениях, а также тяговые и тормозные моменты и быть при этом не слишком тяжелыми или дорогими. Упругие элементы при эффективном использовании материала должны быть простыми и компактными и допускать достаточный ход подвески.

Рис. 1 Силы, действующие в точке контакта колеса с дорогой (левое переднее колесо): Fb – сила сопротивления качению или тормозная сила; Fn – вертикальная сила; Fs – боковая сила. Подвеска автомобиля и демпфирование в ней должны обеспечить комфортабельность движения (плавность хода); безопасность движения и устойчивость на поворотах. Свойства самой подвески зависят от различных параметров и взаимодействия отдельных деталей, т. е. от типа и жесткости упругих элементов, стабилизаторов, шарниров рычагов, амортизаторов и их соединения, массы осей, типа подвески двигателя, колесной базы, колеи и особенно от шин. • Тип и жесткость упругих элементов.

Мягкие пружины и большие хода подвески являются предпосылкой высокой плавности хода автомобиля, достаточной свободы продольных угловых колебаний кузова и хорошего держания, дороги шинами. Последнее условие необходимо и для обеспечения безопасности движения. Если, например, колесо, нагруженное NV1 h = 2944 Н, попадает в выбоину глубиной 80 мм, то при мягкой подвеске с жесткостью упругого элемента С2 = 10 Н/мм в момент касания колесами дна выбоины остаточная сила N′ = NV1 h - С2 f2 = 2944 – 10 х 80 = 2144 Н. При жесткой («спортивной») подвеске с С2 = 20 Н/мм эта сила составила бы лишь 1344 Н. Более высокое значение остаточной силы означает лучшее сцепление с дорогой.

Аналогичным образом можно рассмотреть переезд дорожной неровности высотой 40 мм. При более жесткой подвеске увеличение силы, передаваемой подвеской на кузов в виде удара, составит без учета демпфирования ∆N = 800 Н. При мягкой подвеске это увеличение нагрузки на колесо будет меньшим.

Недостатком мягкой подвески будет больший крен кузова на поворотах и связанное с этим уменьшение способности шин воспринимать боковые силы. При независимой подвеске колеса наклоняются вместе с кузовом. Наружное по отношению к центру поворота колесо воспринимает основную часть боковых сил и приобретает положительный угол развала.

В результате этого наклон шины увеличивается. • Стабилизаторы. Стремление автомобиля к крену может быть ослаблено благодаря применению стабилизаторов на обеих осях или только на передней. Недостатком в этом случае является большая жесткость подвески при воздействии неровностей с одной стороны автомобиля, когда уменьшается способность подвески к гашению ударов, создаваемых булыжной мостовой и неровностями дорожного покрытия. • Шарниры рычагов. К повышению жесткости подвески могут приводить также слишком жесткие шарниры рычагов направляющего устройства.

Если речь идет о подшипниках скольжения, то в точках изменения направления колебаний необходимо учитывать появление силы сопротивления, которую следует рассматривать одновременно с повышением демпфирующего эффекта. Если же в качестве шарниров использованы резиновые элементы, запрессованные между внутренней и наружной втулками, то при повороте рычага в предварительно напряженной резине возникают напряжения сдвига, что приводит к увеличению общей жесткости подвески. • Амортизаторы и их соединения.

Демпфирование оказывает на свойства подвески автомобиля аналогичное воздействие. «Жесткие» амортизаторы способствуют хорошему контакту колес с дорогой, но ухудшают плавность хода. Более «мягкие» амортизаторы делают движение более комфортабельным, но не способствуют повышению безопасности. Аналогичным образом слишком мягкие элементы соединения амортизаторов, хотя и способствуют изоляции от дорожного шума и обеспечивают необходимую свободу углового перемещения, но они приводят к запаздыванию срабатывания амортизатора, тем самым уменьшают его эффективность. • Масса осей. Для демпфирования колебаний легкой оси (т. е. для уменьшения колебаний колес) в большинстве случаев достаточно той регулировки амортизатора, которая предусмотрена для демпфирования колебаний кузова.

Для тяжелого ведущего неразрезного моста, напротив, требуются более высокие силы демпфирования, которые в свою очередь снижают плавность хода. • Подвеска двигателя. Мягкая и по частоте собственных колебаний неправильно выбранная подвеска двигателя может привести к тому, что установленный без демпфирующих элементов силовой агрегат при определенных частотах вращения коленчатого вала будет колебаться с частотой собственных колебаний и вызовет неприятные вибрации кузова и рулевого управления.

В таких случаях рекомендуется использовать гаситель колебаний двигателя. • Колесная база. Автомобиль с большой (по сравнению с общей длиной) колесной базой L имеет меньшую склонность опрокидывания в продольном направлении и продольным угловым колебаниям, чем автомобиль с малой базой. • Колея. Чем больше колея автомобиля, тем меньше крен кузова на поворотах и опасность опрокидывания при заносе. • Шины. Мягкие шины лучше поглощают толчки от коротких неровностей дороги.

Однако недостатком таких шин является меньший коэффициент бокового сцепления на поворотах, а также замедленная реакция на резкий поворот рулевого колеса. 2 Подвеска на направляющих пружинных и амортизаторных стойках Если упругие силы передаются вверху в зоне крепления штока, а внизу приходится на корпус амортизатора, то речь идет о направляющих пружинных стойках.

Если же пружина установлена на нижнем рычаге либо с ним соединяется торсион или листовая рессора, такой вариант конструкции называется амортизаторной стойкой. Применявшийся ранее термин «подвеска Макферсона» со временем был заменен термином «подвеска на направляющих и амортизаторных стойках». 2.1 Преимущества и недостатки пружинных стоек Направляющая пружинная стойка представляет собой развитие подвески на двойных поперечных рычагах.

Верхний рычаг здесь заменен точкой крепления на брызговике крыла кузова, где опирается шток стойки и пружина подвески. В этой точке воспринимаются силы во всех направлениях, которые, со своей стороны, вызывают нагружение штока на изгиб. Чтобы избежать нежелательного изменения развала и продольного наклона, обусловленных податливостью, диаметр штока должен быть увеличен с 11 мм хотя бы до 18мм; при сохранении прежнего диаметра поршня демпфирование осуществляется по двухтрубной схеме.

Основное преимущество направляющей пружинной стойки в том, что все детали, выполняющие упругую работу и направляющие функции, могут быть объединены в одну монтажную единицу. Имеются в виду следующие детали: чашка для опоры нижнего торца пружины, дополнительный упругий элемент или буфер сжатия, буфер отбоя, собственно демпфирующая часть и опора подшипника колеса (поворотный кулак). Последняя деталь может жестко соединяться с корпусом посредством сварки, твердой пайки либо иметь разъемное болтовое соединение.

Другие преимущества, связанные с подвесками на направляющих стойках (рис. 2): - меньшие усилия в точках крепления к кузову (A, D) за счет большого расстояния между ними; - небольшое расстояние b между точками N и G,