книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

ч

Для расчета на выносливость необходимо знать число н ампли­

реесор (интегральные кривые) на 100 км пробега четырехтонного грузового автомобиля [IV.3 ]. Амплитуды деформации даны как для хода сжатия — от 0 до 50 мм, так и для отбоя— от 0 до —40 мм.

грузкой 4 т ; штриховая л и н и я — без нагрузки:

/ — булыжная дорога удовлетворительного качества; 2—то же плохого качества; 3 — асфальтовая дорога хорошего качества

По оси абсцисс отложена сумма динамических ходов (логариф­ мическая шкала), превышающих данную деформацию рессоры.

Так, например, точка а' показывает, что на булыжной дороге удовлетворительного качества с нагрузкой в 4 т передние рес­ соры автомобиля при сжатии делают 800 колебаний на 100 км с динамическими ходами, превышающими 36 мм (скорость 30 км/ч), а при отбое с теми же ходами — 500 (точка а").

80

средних и тяжелых грузовых автомобилей и автобусов 400—500Н (40—50 кгс), а для легковых автомобилей и легких грузовиков — 150—200Н (15—25 кгс). Меньшие значения — для малых моделей автомобилей. Величина РШІШХ может быть подсчитана также ана­

3. Удар управляемых колес при переезде через пороговые препятствия разной высоты или вертикальную стенку. Величина возникающих при ударе горизонтальных сил, действующих на детали рулевого механизма, зависит от скорости автомобиля при ударе, а также от способа наезда. Рассматриваются случаи наезда левым, правым и одновременно обоими колесами.

Схема установки для определения нагрузок в рулевом меха­ низме при ударе передних колес о препятствие, предложенная

ким экранированным кабелем 2, перемещающимся на роликах 4 по тросу 3. Скорость автомобиля (5— 10 км/ч) замерялась электро­ тахометром 5. Искусственные препятствия 1 прямоугольного сечения имели переменную высоту от 50 до 300 мм.

С помощью проволочных датчиков определялись (рис. IV. 12, е) момент на рулевом валу 1, усилия на сошке 2, левом и правом рычагах трапеции 3 и 4, правом поворотном рычаге 5, поперечной тяге трапеции 6, тяге сошки 7.

Максимальный момент, приложенный к рулевому колесу (ав­ томобиль ГАЗ-69А), замерен при повороте колес на месте на по­ крытии с ср = 0,8 при сниженном давлении воздуха в шинах. Как видно из рис. IV. 13, а усилие Рш колеблется в пределах 190— 250Н (19—25 кгс) в зависимости от давления воздуха в шинах Рв, т. е. близко к указанным выше расчетным величинам. Еще боль­ шие значения Рш могут быть при выезде автомобиля из колеи.

81

Нагрузки при ударе передних колес автомобиля о препят­ ствие высотой 300 мм в зависимости от скорости представлены на рис. IV. 13, б. Этот нагрузочный режим является весьма тяже­ лым, так как шины передних колес при ударе деформировались на 50—70% от величины начального (недеформированного) про­ филя, причем после удара машина отскакивала назад. Наиболь­ шие нагрузки Р г поперечной тяги -.рулевой трапеции были при

одновременном ударе обоими колесами в препятствие и достигали при ѵа = 6 км/ч 4500 Н (450 кгс) при продолжительности воздей­ ствия —0,2 с.

Соответствующее напряжение изгиба и кручения в рычагах трапеции достигало высоких значений о = 460-^-540 МПа (4600— 5400 кгс/см2).

Нагрузки на поворотную сошку и ее тягу 7 достигали наиболь­ ших значений при ударе правым колесом. При ударе обоими коле­ сами сила Р г не равнялась нулю вследствие смещения переднего моста относительно рамы автомобиля и возможной неодновремен­ ности соприкосновения колес с препятствиями.

При торможении автомобиля наибольшие нагрузки несли ле­ вый 3 и правый 4 рычаги трапеции и соединяющая их тяга 6 (см. рис. IV. 12, в).

Основными расчетными режимами для расчета рулевого управ­ ления можно рекомендовать режимы по максимальному моменту, приложенному к рулевому колесу, и по максимальной тормозной силе, приложенной к одному или обоим управляемым колесам автомобиля на дороге с ф = 0,8-н1,0.

83

§ 18. ОСНОВЫ РАСЧЕТА НА УСТАЛОСТЬ1

Вычисление запасов прочности

При практических расчетах на усталость в случае постоянных по времени амплитуде и среднем значении цикла используются следующие формулы для определения коэффициентов запаса прочности п с учетом концентрации напряжений, асимметрии цикла, масштабного фактора:

-1Д

Если деталь работает на изгиб и кручение, то запас прочности п

выносливости материала для нормальных и касательных напряже­ ний, определенные по образцам металла; фа, фт — коэффициенты, характеризующие чувствительность металла к асимметрии цикла

Натурные испытания деталей на выносливость длительны и возможны только на специальных стендах. Предел усталости детали может быть определен по результатам, испытан ия образцов. Для приближенных вычислений можно воспользоваться фор­ мулами:

ном цикле по нормальным и касательным напряжениям соответ­ ственно; га, ' ет — коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения (масштабный фактор); ka, kx — эффектив­ ные коэффициенты концентрации напряжений; ß — коэффициент поверхностного упрочения.

1 Написан при участии канд. техи. наук В. С. Лукинского.

84

Величины масштабного фактора е„ приведены в справочной литературе [IV.7] и колеблются в пределах еа = 0,6ч-1,0. При­ ближенно можно принять, что ест «=* ет.

Коэффициенты концентрации напряжений изменяются в широ­ ких пределах. Так, для валов диаметром от 40 до 90 мм с прямобочными шлицами Іга = 1,35ч-1,70 и /ет = 2,1 ч-2,65. Если шлицы эвольвентные, то при том же диаметре валов кх — 1,4ч-1,5.

Для галтелей на валах коэффициент концентрации напряже­ ний kt при том же диаметре валов колеблется в пределах от 1,26 до 1,77 в зависимости от отношения радиуса галтели г к диаметру вала d, лежащих в пределах rid = 0,01 ч-0,1.

Определение долговечности деталей и узлов, работающих в условиях переменной нагруженности

Определение долговечности основывается на линейной гипотезе суммирования повреждений, которая может быть представлена в следующем виде [ІѴ.8 ]:

где а — параметр прочности (сумма относительных долговечно­ стей); П[ = Ѵсум; tL— среднее значение суммарного числа циклов, которые деталь проработала при напряжении т. (или о,.), tt =

— —т)ч-----относительное число амплитуд циклов при напряжении

N x

тг; 1Ѵсум — суммарное число циклов до разрушения детали; Nix, Nx — среднее число циклов при напряжении тг и общее в про-

тгаіп

где / (т) — функция плотности, распределения амплитуд эксплуа­ тационных напряжений; N (т) — уравнение кривой усталости.

Интегрирование производится в области напряжений от тт1п До ттах, активно участвующих в накоплении усталостных повре­

85

ждений или развитии трещин. Значение а согласно линейной гипо­ ) тезе принимается равным единице.

Минимальные напряжения xmln пли omln, при которых начи­ нают развиваться усталостные повреждения в детали, меньше предела усталости и могут быть подсчитаны по формуле тт1п =

= кх_1г где к — коэффициент пропорциональности, среднее зна­ чение которого меняется (по данным Института механики АН УССР) в пределах k = 0,6-е0,7 и определяет нижнюю границу

Лт_

где Юц — число циклов перемен напряжений на 1 км пути; к, I — коэффициенты пропорциональности, взятые из соотношений тга1п =

ÄT-l. ^max

Для описания функции плотности распределения амплитуд эксплуатационных напряжений f (т) используются различные законы распределения: нормальный, логарифмически нормальный, Вейбулла, Пирсона и т. д.

В случае нормального закона функция плотности распределе­ ния амплитуд записывается в виде

в него параметры определяются с помощью методов математиче­ ской статистики по результатам тензометрирования и последующей обработки (систематизации) нагрузочных режимов деталей авто­ мобиля в различных условиях эксплуатации.

Для аналитического описания кривых усталости деталей

86

где N (т) — число циклов до разрушения с амплитудой т; N 0— базовое число циклов; т, ц — параметры.

Параметры, входящие в выражения (IV.20), (IV.21), опреде­ ляются по результатам стендовых испытаний.

Таким образом, для определения долговечности детали по формуле (IV. 17) необходимо знать функцию плотности распределе­

ражение для кривой усталости записано в виде (IV.21), то, подстав­

и кривая усталости по формуле (IV.20). При подстановке указан­ ных выражений в (IV. 17) получим

Принимая k = 1, h _ 1—>оо, после соответствующих преобразо­ ваний получим

Рm + 2 — функция ^-распределения Пирсона. Таб­

лицы значений гамма-функции и ^-распределения Пирсона приведены в книге [ІѴ.6].

87

Корректированная гипотеза суммирования повреждений

В гипотезе, сформулированной Пальмгреном, параметр проч­ ности а принимается равным 1. Однако анализ многочисленных исследований показал, что величина а колеблется в значительных пределах и зависит от ряда факторов, например, от формы спектра нагружения. Поэтому в работах (ГѴ.5, 8) предложена корректи­ рованная гипотеза суммирования повреждений, в которой ар подсчитывается по формуле

При подстановке выражения для ар в формулу (IV. 17), полу­ чается расчетная формула для долговечности детали. Принимая нижний предел интегрирования равным т_1( получим

При эксплуатации автомобиля в смешанных условиях общий

2 Li t=i

где Li — средний пробег детали в і-х условиях эксплуатации и определенный с помощью формулы (IV. 17) и ее модификаций;

— пробег автомобиля в соответствующих условиях эксплуата­ ции, %.

Формула (ІѴ.27) получена при предположении, что каждое из і-х условий эксплуатации равномерно представлено в суточных (ежедневных) пробегах автомобилей в соответствии с величи­ нами а г.

Способы систематизации нагрузочного режима

Существует ряд способов систематизации нагрузочных режи­ мов, которые характеризуют два основных направления:

1) способы систематизации с использованием характерных точек процесса (максимумов, минимумов и т. п.);

88

2) способы систематизации с использованием характеристик случайных функций (процессов).

Среди способов систематизации первого направления необхо­ димо указать способ максимумов, размахов, пересечений, но наи-

т а х

большее распространение получил способ корреляционного счета (корреляционной таблицы) соседних максимумов и минимумов процесса.

На рис. IV. 14 приведен порядок занесения характерных точек цикла — максимума и минимума в корреляционную таблицу, т. е. каждая пара дает одно значение. Обработка осциллограмм позволяет получить корреляционные таблицы. Образец таблицы приводится на рис. IV. 15.

.89