4 Расчёт подвески

Построение упругой характеристики и определение основных

параметров подвески

Рисунок 4.1 – Габаритные размеры прототипа

Нагрузка на заднюю ось:

- в снаряженном состоянии – 2950 кг

- в груженом состоянии – 6350 кг

Основываясь на проведенном обзоре существующих подвесок и технической характеристике прототипа, предлагаю применить на проектируемом автомобиле подвеску, состоящую из малолистовой рессоры с подрессорником.

Задаемся частотой собственных колебаний подрессоренной массы автомобиля

Гц=12,56 рад/с.

Определяем статический прогиб рессоры в снаряженном состоянии:

м.

Определим нагрузку, приходящуюся на подвеску от подрессоренной массы в снаряженном состоянии:

Н.

Откладываем на упругой характеристике (рисунок 3.1) значения и - точка А. Точка О – начало координат. Проводим линию ОА. На продолжении линии ОА отмечаем точку включения подрессорника В. Ордината этой точки определяется: ,

где α=0,3...0,5 – коэффициент, показывающий долю нагрузки при которой включается подрессорник, принимаем α=0,4;

,

где М_г=6350 кг – нагрузка на ось в груженом состоянии;

М_сн=2950 кг – нагрузка на ось в снаряженном состоянии;

Н;

Н.

Жесткость основных рессор определяется:

Н/м.

Прогиб рессоры до включения подрессорника (абсцисса точки В):

м.

Задаемся частотой собственных колебаний после включения подрессорника

Гц=11,304 рад/с.

Тогда жесткость рессоры:

Н/м.

Статическая нагрузка груженого автомобиля на подвеску (ордината точки С):

H;

Н;

м.

Тогда статический ход подвески (абсцисса точки С):

м.

Зададимся коэффициентом динамичности k_д=1,8. Определим максимальную нагрузку на подвеску (точка D):

Н.

Определим полный прогиб подвески:

м;

м.

Рисунок 4.2 – Упругая характеристика рессорной подвески

Расчет рессоры

По конструктивным параметрам задаемся расстоянием между стремянками: l_ст=95 мм.

Длина рессоры определяется:

,

где L_а – активная длина рессоры, вычисляется из формулы:

;

,

где n – количество листов рессоры, принимаем n=4;

σ=950 МПа – допустимое напряжение в рессоре при полном прогибе;

E=2·10⁵ МПа – модуль Юнга;

∆=0,18 м – максимальный прогиб рессоры (из упругой характеристики подвески);

δ=1,5 – коэффициент, учитывающий отличие рессоры от идеальной;

F=41170,6 Н – максимальная нагрузка на рессору (из упругой характеристики);

b – ширина листа рессоры, по конструктивным соображениям принимаем b=0,12 м.

Получаем:

м.

Принимаем минимальную толщину конца листа рессоры h=10 мм.

Определим максимальную толщину листа рессоры:

м.

Далее с помощью специальной программы на ЭВМ производим оптимизацию полученных параметров рессоры.

Таблица 4.1 – Результаты оптимизации рессоры

Исходные данные		Результаты
Статическая нагрузка	26879,5 Н	Масса активной части листов	53,137 кг
Статическое напряжение	612,2 МПа	Максимальная толщина листа	15,324 мм
Статический прогиб	116 мм	Уточненный статический прогиб	115,324 мм
Толщина конца листа	10 мм	Количество листов	4
Диапазон ширины листа	100…120 мм	Ширина листа	100 мм
Диапазон длины листа	1200…1600 мм	Активная длина листа	1440 мм
Диапазон количества листов	3…5

Далее произведем расчет параметров подрессорника.

Активная длина подрессорника:

где n_под – количество листов рессоры, принимаем n_под=1;

∆_под=0,09 м – максимальный прогиб подрессорника (из упругой характеристики подвески);

F_под=14893,54 Н – максимальная нагрузка на подрессорник (из упругой характеристики);

b_под – ширина листа подрессорника, по конструктивным соображениям принимаем b=0,12 м.

Получаем:

м.

Принимаем минимальную толщину конца листа рессоры h=10 мм.

Определим максимальную толщину листа подрессорника:

м.

Далее с помощью специальной программы на ЭВМ производим оптимизацию полученных параметров подрессорника.

Таблица 4.2 – Результаты оптимизации подрессорника

Исходные данные		Результаты
Статическая нагрузка	4267,25 Н	Масса активной части листов	6,522 кг
Статическое напряжение	274,4 МПа	Максимальная толщина листа	13,7 мм
Статический прогиб	26 мм	Уточненный статический прогиб	26 мм
Толщина конца листа	10 мм	Количество листов	1
Диапазон ширины листа	100…100 мм	Ширина листа	100 мм
Диапазон длины листа	700…1200 мм	Активная длина листа	873 мм
Диапазон количества листов	1…1

Принимаем параметры рессоры и подрессорника, полученные в результате оптимизации.

Рисунок 4.3 - Расчетная схема для профилирования листов рессоры и подрессорника

Производим профилирование листов рессоры и подрессорника.

мм;

мм;

.

Таблица 4.3 – Результаты профилирования листов рессоры и подрессорника

Профилирование листа рессоры
Хi, мм	0	76,75	153,5	230,25	307	383,75	460,5	537,25	614	690,75	767,5
hi, мм	0	4,85	6,85	8,39	9,69	10,84	11,87	12,82	13,71	14,54	15,324
Профилирование листа подрессорника
Хi, мм	0	48,4	96,8	145,2	193,6	242	290,4	338,8	387,2	435,6	484
hi, мм	0	4,33	6,13	7,50	8,66	9,69	10,61	11,46	12,25	13,0	13,7

Расчет амортизатора

1 Расчет характеристики и параметров амортизатора

Для расчета амортизатора необходимо выбрать коэффициент апериодичности ψ=0,15…0,30. Принимаем ψ=0,25.

.

Коэффициент сопротивления амортизатора:

,

где М=3175 кг – масса приходящаяся на подвеску, приведенная к центру колеса;

с =405702,82 Н/м – жесткость подвески, приведенная к центру колеса.

.

Отношение коэффициентов сопротивления амортизатора на ходе отбоя и сжатия:

;

γ=2…4. Принимаем γ=3.

;

;

.

Характеристика амортизатора строится в координатах . Принимаем м/с. Тогда

Н;

Н.

Рисунок 4.4 – Характеристика амортизатора

Площадь поршня:

,

где Н;

[p]=5…6 МПа – максимальное давление в амортизаторе. Принимаем

[p]=5 МПа.

мм²;

.

Диаметр поршня:

мм.

Принимаем d_п=60 мм.

Принимаем длину штока из конструктивных соображений L=400 мм и определяем его диаметр, исходя из расчета стержня на устойчивость под действием сжимающей силы:

;

м.

Полученный диаметр умножаем на коэффициент запаса продольной жесткости и получаем:

мм.

Принимаем d_шт=18 мм.

Площадь поршня на ходе сжатия:

мм.

Площадь поршня на ходе отбоя:

мм.

Принимаем диаметр кожуха d_кож=90 мм.

2 Гидравлический расчет амортизатора

Расход жидкости

;

,

где k_у=0,97…0,98 – коэффициент утечек, принимаем k_у=0,98;

μ=0,65…0,70 – коэффициент расхода, принимаем μ=0,70;

ρ=760 кг/м³ – плотность жидкости;

S_кл – площадь проходных сечений клапанов;

S_в – площадь вытеснителя (поршня).

Площадь проходных сечений клапанов на ходах сжатия и отбоя:

м²=30,6 мм²;

м²=15,3мм²

3 Проверочный расчет амортизатора

Производится проверочный расчет на нагрев амортизатора.

Мощность, рассеиваемая амортизатором:

,

где k_τ=45…60 Вт/м² – коэффициент теплоотдачи, принимаем k_τ=55 Вт/м²;

S – площадь рабочей поверхности амортизатора;

∆t – перепад температур между стенкой амортизатора и воздухом.

Мощность амортизатора:

,

где - средний коэффициент сопротивления амортизатора.

;

м²;

°С [120 °C].

Прочностные расчеты

Произведем проверку на напряжение в листах рессоры при максимальной нагрузке:

,

где F_max=41170,61 H – максимальная нагрузка, действующая на рессору (из упругой характеристики);

L_a=1440 мм - рабочая длина листов рессоры;

W – момент сопротивления изгибу поперечного сечения рессоры;

[σ_max]=1000…1100 МПа – максимально допустимое напряжение в листах рессоры.

,

где n=4 – количество листов рессоры;

h=15,324 мм – толщина листов рессоры;

b=100 мм – ширина листов рессоры.

мм³;

МПа <[1000] МПа.

Необходимое условие выполняется.

Аналогично произведем проверку на напряжение в подрессорнике при максимальной нагрузке:

,

где =14893,54 H – максимальная нагрузка, действующая на подрессорник (из упругой характеристики);

=873 мм - рабочая длина листов рессоры;

n_под=1 – количество листов подрессорника;

h_под=13,7 мм – толщина листа подрессорника;

b_под=100 мм – ширина листа подрессорника.

мм³;

МПа.

Необходимое условие выполняется.