3.6.3. Торсіон

Торсіони використовують в незалежних підвісках. Розрізняють торсіони круглі, пластинчасті та трубчасті. Найбільше розповсюдження мають два перших типа торсіонів. Пластинчасті торсіони порівняно з круглими не мають концентраторів напружень, дозволяють легко вирішити конструкцію кріплення торсіона, не втрачають повністю працездатності у разі виходу із ладу одного із елементів. Недоліком пластинчастого торсіона є наявність внутрішнього тертя, що погіршує плавність ходу.

Розрахункова схема торсіона зображена на рис.3.6.3.

а б

Рис. 3.6.3. Розрахункова схема торсіона: а – схема торсіона; б – поперечні перерізи торсіона відповідно круглого і пластинчастого; – радіус важеля торсіона; – кут нахилу важеля торсіона до горизонталі; – довжина активної (пружної) частини торсіона; – довжина циліндричної частини торсіона; – відповідно діаметр та довжина шліцевої частини торсіона; – довжина перехідної частини торсіона; – половина кута конуса перехідної частини торсіона; – діаметр круглого торсіона; – відповідно ширина і висота пластини пластинчастого торсіона

Під час проектування торсійної підвіски необхідно визначити її основні параметри, а саме: розміри пружного елемента і передатне плече напрямного пристрою.

Лінійні розміри поперечних перерізів торсіонів розраховують за формулами:

Круглого торсіона

(3.6.19)

Пластинчастого торсіона

, (3.6.20)

де – коефіцієнт ефективності використання матеріалу під час кручення; – кількість пластин в пластинчастому торсіоні (визначається підбором); – відношення ширини до довжини поперечного перерізу торсіона (визначається підбором).

Коефіцієнт ефективності використання матеріалу під час кручення пластини прямокутного перерізу залежить від відношення сторін його значення наведені в табл. 3.6.3.

Для круглого перерізу коефіцієнт ефективності = 1.

Допустимі максимальні напруження для ресорно-пружинних сталей 50 ХФА, 45 ХНМА, з яких виготовляються торсіони, дорівнюють 900...1050 МПа. Нижнє значення належить до гартованих торсіонів, оброблених дробом, верхнє значення – до полірованих гартованих торсіонів, оброблених дробом і попередньо обтиснутих.

Таблиця 3.6.3

Значення коефіцієнта ефективності і коефіцієнтів

	1	1,5	2	3	4	6	8	10
	0,618	0,545	0,529	0,542	0,566	0,598	0,614	0,626
	0,141	0,196	0,229	0,263	0,281	0,299	0,307	0,313
	0,208	0,231	0,246	0,267	0,282	0,299	0,307	0,313

Жорсткість торсійної підвіски визначається за формулою (3.3.2).

Розраховані значення поперечного перерізу торсіона заокруглюються до найближчих розмірів стандартних прокатних профілів, після чого уточнюється довжина торсіона:

, (3.6.21)

де А_т – площа поперечного перерізу торсіона.

Величина передатного плеча напрямного пристрою (важеля торсіона) визначається із умови досягнення допустимих значень напружень у торсіоні при сприйманні максимального динамічного навантаження:

, (3.6.22)

де W_к – полярний момент опору поперечного перерізу торсіона.

Для круглого стержня

Для пластинчастого стержня

Для одноважільної торсійної підвіски та двоважільної з паралелограмним напрямним пристроєм по розрахованому значенні передатного плеча можна визначити необхідну довжину важеля:

. (3.6.23)

Для визначення довжини важеля торсіона підвіски з трапецієподібним напрямним пристроєм необхідно використовувати складніший графоаналітичний метод.

За рекомендаціями SAE розміри шліцьових кінців круглого торсіона такі: d_ш(1,2...1,3)d_т, = (0,48...0,52)d_т

Довжина перехідної частини круглого торсіона

(3.6.24)

Довжина циліндричної частини торсіона

(3.6.25)

Характеристика торсійної підвіски описується залежністю

(3.6.26)

де – момент інерції поперечного перерізу торсіона, – для круглого торсіона, – для пластинчастого торсіона.

Знак "+" береться на ході стиску, а знак "-" на ході відбою відносно статичного положення.

Як очевидно з формули (3.6.26) характеристика торсійної підвіски дещо нелінійна через зміну плеча важеля.