5.1 Цель работы: изучить методику расчета характеристик амортизатора и определение его геометрических параметров.
5.2 Теоретическая часть
Устройство, гасящее колебание в подвеске и называемое амортизатором, совместно с трением в подвеске создаёт силы сопротивления колебаниям автомобиля и переводит механическую энергию колебаний в тепловую. На автомобилях широко применяются гидравлические амортизаторы двухстороннего действия: рычажные и телескопические. Телескопические амортизаторы легче рычажных, имеют более развитую поверхность охлаждения, работают при меньших давлениях (2,5 – 5,0 МПа), технологичнее в производстве. В силу указанных преимуществ они получили широкое распространение на отечественных и зарубежных автомобилях.
Быстрота затухания колебаний при работе упругих элементов подвески достигается созданием достаточно большой силы Рс сопротивления колебаниям. Эта сила создается межлистовым трением рессор, трением в шарнирах подвески и в основном сопротивлением амортизаторов. В первом приближении силу Рс можно считать пропорциональной скорости V колебаний кузова относительно колеса:
где Kэ - эквивалентный коэффициент, оценивающий сопротивление подвески колебаний и в основном зависящий от коэффициента Ka сопротивления амортизатора.
В теории автомобиля оценку затухания колебаний производят по относительному коэффициенту затухания:
(5.1)
где с=P0/f – жесткость подвески, Н/см;
М=Рр/g - подрессорная масса, приходящаяся на колесо (нагрузка на упругий элемент), кг.
У современных автомобилей колебания кузова происходят с затуханием, соответствующим y=0,15¸0,35. Для сохранения заданной степени затухания колебаний в подвеске с уменьшением её жёсткости сопротивление амортизаторов также следует уменьшать.
Преобразуя уравнение (5.1) ,получим формулу для нахождения эквивалентного коэффициента:
(5.2)
где Рр – вес подрессорной части, приходящейся на колесо в статическом положении, Н;
fст - статический прогиб подвески, см.
При заданном эквивалентном коэффициенте сопротивления колебаниям Кэ коэффициент Ка сопротивления амортизатора зависит от его типа и расположения относительно колеса.
Характеристика амортизатора называется зависимость его силы сопротивления от скорости движения поршня относительно цилиндра. Она изображается графически в координатах Ра – Vn .Несимметричная характеристика амортизатора с разгрузочными клапанами показана на рисунок 5.1.
Усилия в амортизаторе Ра определяются для телескопического амортизатора, установленного под углом:
Зависимость силы на штоке амортизатора от скорости относительно перемещения штока и цилиндра рассчитывается в общем случае по формулам:
а) На начальном участке:
где: Рн – сила на штоке амортизатора на начальном участке, Н;
Vn – скорость поршня, см/с;
Кан – коэффициент сопротивления амортизатора на начальном участке до открытия клапана, Н с/см;
n – показатель степени, принимаемый при инженерных расчетах n=1.
б) на клапанном участке:
где: Рн – сила сопротивления амортизатора в момент открытия клапана, Н;
Кан – коэффициент сопротивления амортизатора на клапанном участке, Н с/см ;
V¢n – критическая скорость поршня, соответствующая открытию клапана, V¢n=20¸30 см/с, причем последняя цифра характеризует весьма напряженный режим.
Рисунок 5.1 - Несимметричная характеристика амортизатора с разгрузочными клапанами
Скорость поршня Vn принимается в расчетах равной 50…60 см/с. При значительной скорости колебаний на ходе сжатия и отбоя открываются разгрузочные клапаны (т. 1 и 2 характеристики амортизатора).
Для двухстороннего амортизатора:
где: d - угол наклона амортизатора, d=400;
.
(5.2)
5.3 Пример расчета
Для проведения расчетов, данные берем из таблицы 3 (приложение).
Определим эквивалентный коэффициент по формуле 5.2.
Далее определяем по формуле 5.2, коэффициент сопротивления амортизатора при сжатии.
Отсюда определим коэффициент сопротивления амортизатора при отбое:
Находим силу сопротивления амортизатора в момент открытия клапанов:
Далее найдем Рсжк и Ротбк по формулам:
;
При выборе основных размеров амортизатора пользуются расчетной мощностью Nрасч, с учетом критической скорости поршня, соответствующей открытию клапана. Мощность, поглощаемую амортизатором, можно подсчитать по формуле:
где Рам – давление в амортизаторе, равное (2,5-5,0)*10 Па;
Fвн – площадь по внутреннему диаметру стенки амортизатора, равная:
Fш – площадь в сечении по штоку, равная:
dц и dш – диаметр цилиндра и штока, dш = 0,5 dц, м.
В результате преобразований и вычислений получим dц = 13.10-3м
Наружный диаметр амортизаторов:
D= dц + 2δ, м
где δ – толщина стенки, равная 2,55 мм.
Конструктивную длину амортизатора (ход поршня) найдем по формуле:
где F = 5,1.10-3 м2.
Далее проведем расчет амортизатора на прочность.
Запас прочности по напряжениям изгиба: σs =στ=1600Мпа; σmax =700 Мпа,
nσ = στ / σmax.
Запас прочности по напряжениям кручения: τs= ττ =700 Мпа; τmax =50Мпа,
nτ = ττ / τmax.
Тогда общий запас прочности будет:
=2.
Рисунок 5.2 – Амортизатор и его основные параметры
5.4 Содержание отчета
5.4.1 Согласно своему варианту (таблица 3, приложение) провести расчеты.
5.4.2 По окончании расчета сделать выводы по запасу прочности и схематично представить амортизатор по примеру рисунка 5.2.
Практическая работа №6 (2 часа)