Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Рабочие процессы и основы расчета мобильных и стационарных энергетических средств. Методические указания для выполнения практических занятий и самосто
.pdf
71
вертикальной, и трех моментов приходится применять пять реактивных штанг. Если применяется рессора, то схема сил предельно
проста. Однако при креплении одного конца рессоры с помощью
серьги (см. рис. 7.4, а) на этом конце рессоры будет существовать
горизонтальная реакция опоры.
Рис. 7.4. Схема сил в направляющем устройстве подвески:
а - зависимой рессорной; б - независимой двухрычажной; в - независимой рычажно-телескопической и ее план сил
При отсутствии продольной силы Rx из-за наличия серьги будут горизонтальные реакции в опорах Rx1 и Rx2:
Rz1 = Rzl2/(l1 + l2), Rz2 = Rzl1/(l1 + l2), Rx2 = Rz2tgα, Rx1 = Rx2 (7.3)
При наличии продольной силы Rx реакции в опорах изменятся:
Rz1 = (Rzl2 + Rxc)/(l1 + l2), Rz2 = (Rzl1 - Rxc)/(l1 + l2),
72
Rx2 = Rz2tgα, Rx1 = Rx - Rx2 (7.4)
Кроме того, эти силы, как и в остальных схемах, создают моменты.
При независимой подвеске наиболее распространены двухрычажная с поперечными рычагами и рычажно-телескопическая
подвески.
Для независимой двухрычажной подвески неведущих колес на
рис. 7.4, б показаны силы, приложенные к верхнему и нижнему
рычагам
Rzв = 0, Rzн = Rz, Ryв = Ryн = Rzm/(a + b).
Кроме того, при торможении (добавляется Rx = Рт) будут
Rxв = Rx(rк - b)/(a + b) и Rxн = Rx(rк + a)/(a + b).
Реакции опор: Ry1 = Ryв, Ry2 = Ryн, Rz2 = Rzн - Pпр, Rz1 = 0.
Для независимой рычажно-телескопической подвески (см. рис.
7.4, в) соотношение между вертикальной силой Rz и силой пружины Рпр можно получить из двух силовых треугольников otc и otk.
Напомним, что при построении силовых треугольников линии сил
проводят параллельно их линиям действия. Треугольник otk составляют силы Rz, Рн, действующие вдоль оси нижнего рычага, и
сила Рв, действующая вдоль линии Ае. Силу Рв можно разложить
на две взаимно-перпендикулярные составляющие: Рпр и Qnp. Сила
Qпр хотя и невелика, но она вызывает трение и износ штока и
поршня в направляющей стойке. Для исключения этих воздействий ось пружины должна пройти через точку пересечения оси
нижнего рычага и вертикальной силы Rz. Поэтому ось пружины
иногда смещают относительно оси стойки подвески.
Упругие устройства подвески. Упругие устройства оценива-
ют упругой характеристикой подвески, которая представляет собой зависимость вертикальной нагрузки на колесо от деформации
подвески, измеренной непосредственно над осью колеса: Rz = f(f) рис. 7.5, а. Расчетной величиной является условный статический
прогиб fр, причем:
fр = mпg/2cp = g/ω
2
,
c
73
где mng= R'z0 - вес подрессоренных частей автомобиля; ср = tgα
- жесткость подвески; ωс - собственная частота колебаний подрессоренных частей.
В настоящее время обычно для передней независимой подвески легковых автомобилей fр1 = 150...300 мм, для задней подвески
fр2 = 125...250 мм. Для подвесок грузовых автомобилей обычно fр1=
= 75... 100 мм, fр2 = 70... 120 мм. Увеличение fр получают в основном уменьшением жесткости, но это приводит к увеличению динамического прогиба fдв - до упора в верхний ограничитель. Точки
А на рис. 7.5, а - упор в резиновый буфер. Обычно для легковых
автомобилей fдв = 0,5fр, для грузовых fдв = fр, для автобусов fдв =
=0,75 fр.
Рис. 7.5. Характеристика упругого устройства
а - обычного металлического; б - близкого к идеальному
Заштрихованная площадь соответствует потенциальной энергии, запасаемой подвеской при наезде на неровность, или так
называемой динамической емкости. Чем она больше, тем меньше
вероятность ударов в ограничитель при движении по неровной дороге. Представление об оптимальной упругой характеристике
(рис. 7.5, б) в основном сводится к трем условиям. Во-первых, для
сохранения достаточной динамической емкости при малом fдв
необходима упругая характеристика с R'
= (3...4)/R'z0. Во-
zmax
вторых, что особенно важно, если вес подрессоренных частей из-
74
меняется существенно при движении с грузом и без него, желательно, чтобы упругая характеристика состояла из семейства кривых с одинаковыми fр и fдв. В-третьих, для уменьшения жесткости
подвески вблизи полного статического прогиба и для выполнения
первого условия необходимо иметь нелинейную упругую характеристику. Выполнение этих условий возможно при пневматических
или гидравлических упругих устройствах. Нелинейность можно
получить и при металлических основных и дополнительных упругих устройствах. Статический прогиб (через жесткость) существенно влияет на плавность хода. На рис. 7.6 приведены расчетные амплитудно-частотные характеристики - зависимости относительного перемещения f/q0 (q0 - амплитуда неровности дороги) кузова (рис. 7.6, а) и колеса (рис. 9.8, б) от частоты ν, Гц, при жесткостях подвески ср = 5; 10; 15; 30; 45; 60 Н·м-1 (соответственно
кривые 1 - 6).
Рис. 7.6. Амплитудно-частотные характеристики:
а - кузова; 6 - колеса; 1 - 6 - для жесткости подвески ср= 5; 10; 15; 30;
45; 60 Н·м-1 соответственно; f/q0 - перемещение, отнесенное к высоте не-
ровности; ν - частота
Снижение жесткости уменьшает амплитуду перемещений кузова и колеса при низкочастотном резонансе, смещая его в более
низкие частоты, где вероятность появления резонанса ниже. Однако при высокочастотном резонансе с уменьшением жесткости существенно возрастают перемещения колеса.
75
Металлические упругие устройства.
Листовые рессоры обычно выполняют функции всех трех
устройств подвески. Недостатки: малая долговечность, межлистовое
трение, ухудшающее плавность хода, большие габариты и масса.
Потенциальная энергия, отнесенная к единице объема для листовой рессоры Aуд = A/V = σ2/(6Е) в 4 раза меньше при σ = τ, чем
для пружины и торсиона, у которых Aуд = τ2/(4G) (отношение мо-
дулей упругости E/G = 2,6).
Деформации упругих устройств подвески: листовой рессоры
f
(работает на изгиб), витой пружины fпр (работает на сжатие, но
рес
ее проволока работает на кручение), торсиона φ
(работает на
тор
кручение) определяют по формулам
f
рес
= Pрδl
3
(1 – ε2)2/(48EJ0), fпр = Pр8nD3/(d
э
φ
тор
= Mр32l
тор
/(πd
4
G),
тор
4
G),
пр
где δ = 1,25... 1,50 - коэффициент деформации; lэ = l - l0 - эффективная длина рессоры (полная длина минус расстояние между
стремянками в центре рессоры); ε = (l2 – l1)/l – коэффициент асимметрии, причем l1 + l2 = l, J0 = bΣh
3
/12 - суммарный момент инер-
i
ции рессоры в среднем сечении; Е = 2,2·105 МПа; п, D - число витков и диаметр пружины; dпp, d
на; G = 8,5·104 МПа; l
- длина торсиона без шлицевых концов.
тор
- диаметры проволоки и торсио-
тор
В задней подвеске грузовых автомобилей часто применяют основную рессору с дополнительной рессорой.
Сила, нагружающая основную рессору, к моменту начала действия дополнительной рессоры равна Р0 = с1f0, где с1 - жесткость
основной рессоры.
При работе обеих рессор Рр = Р0 + (с1 + c2)(f – f0), где f - полный
прогиб основной рессоры; с2 - жесткость дополнительной рессоры.
Таким образом:
f = (Рр + c2f0)/(с1 + c2).
Неметаллические упругие устройства.
Для пневматических подвесок часто применяют двойные резиновые баллоны (рис. 7.8, а) с давлением при статическом прогибе
р
- 0,25...0,50 МПа.
с
76
Для баллона Р = рFэф, где Fэф = πR
2
- эффективная площадь; р
эф
- избыточное давление, МПа, которое при динамическом изменении нагрузки меняется следующим образом:
р = (рc + 0,1)(Vc/V)k – 0,1,
где Vc, V - суммарный объем баллона и дополнительного резервуара в статическом и расчетном положениях; k = 1,3...1,35 - показатель политропы.
Жесткость баллона
c = dР/df = k(р + 0,1)Fэф/V + рdFэф/df, (7.5)
где первое слагаемое характеризует влияние объема, второе формы баллона.
Рис. 7.8. Баллон (а) упругого устройства пневматической подвески и цилиндр (б) гидропневматической подвески:
1 - полость с газом; 2 - разделитель; 3 - полость с жидкостью; 4 поршень; Rэф - эффективный радиус; D - диаметр; Q - расход
В пневмогидравлических подвесках давление (до 20 МПа) передается газу 1 (рис. 7.8, б) от жидкости 3 через разделитель 2.
Жесткость такого элемента, не имеющего противодавления снизу
на поршень 4, можно определить из уравнения (7.5), если считать,
что dFэф/df = 0 и р + 0,1 ≈ р.
77
Гасящее устройство подвески. Эффективными гасящими
устройствами являются амортизаторы. Телескопические амортизаторы более легкие, чем рычажные, имеют более развитую поверхность охлаждения, работают при меньших давлениях (2,5...5,0
МПа), более технологичны. Характеристика амортизатора - зависимость силы, возникающей на поршне, от скорости поршня Рп =
= f(υп) обычно нелинейная, но ее можно аппроксимировать двумя
прямыми для начального и клапанного участков (рис. 7.9, а) с силами сопротивления:
Р
= k
п
m
и Рп = Р'п + kк(υп – υ'п),
нυп
где k - коэффициент сопротивления; т - показатель степени,
причем обычно 1 ≤ т ≤ 3; υп - скорость поршня. Площадь под кривой Рп = f(υп) соответствует мощности, преобразуемой в амортизаторе в теплоту. Определив Nc для хода сжатия и Nо для хода отбоя,
можно найти для условного амортизатора с линейной характеристикой (т = 1) средние значения k
=2No/υ
kэ = (k
2
п.o.max
ср.с
, а также эквивалентный коэффициент сопротивления
+ k
)/2. Тогда коэффициент сопротивления, приведен-
ср.o
= 2Nc/υ
ср.с
2
п.с.max
и k
ср.o
=
ный к колесу автомобиля, будет
kпр = kэu
2
cos2γам, (7.6)
ам
где uам = а/b; γам - передаточное число и угол установки амортизатора на автомобиле (рис. 7.9, б).
Рис. 7.9. Амортизатор:
а - характеристика; б - схема установки в автомобиле
78
Основные оценочные параметры амортизатора:
,
рппра
cmk
а) коэффициент апериодичности (влияет на затухание колебаний)
(7.7)
где тп - масса подрессоренных частей; ср - жесткость подвески;
обычно ψа = 0,2...0,4;
б) максимальные усилия, развиваемые при сжатии и отбое,
причем Р
max с
< Р
max o
;
в) критические скорости поршня υ'п и υ"п (см. рис. 7.9, а).
Тепловой расчет амортизатора обычно проводят при υпp около
0,3 м/с (границы начальных участков). Мощность, Вт, поглощенную амортизатором, принимают равной Nам = 0,5(Ррс + Ppo)υnp.
Мощность, рассеиваемая амортизатором в окружающую среду,
будет равна
Nам = kтF(t
- tв), (7.8)
max
где F = πD(D/2 + 1) - площадь наружной поверхности амортизатора; t
= 120 °С - допустимая температура наружной поверх-
mах
ности амортизатора; tв - температура воздуха; kт = 45...60
Вт/(м2·°С) - коэффициент теплоотдачи.
Материалы деталей подвески. Листовые рессоры, стабилиза-
торы и пружины изготовляют из пружинных сталей 50ХГА, 65Г и
др., торсионы - из 45ХНМФА, 60С2А, 70С2А твердостью 45...50
HRC. Детали направляющего устройства - из литой стали 35Л,
45Л, из поковок стали 20, 30Х, 40Х, из штампованной толстолистовой стали 14Г2, 30Т и т.п. или 20кп, 25пс.
Контрольные вопросы:
1. В чем состоят особенности рабочего процесса подвески?
2. Как классифицируют подвески по направляющему устройству и
по упругому устройству?
3. Перечислите требования к подвескам. Какими конструктивными
мероприятиями они обеспечиваются?
4. Как выглядят характеристики упругого устройства и гасящего
устройства (амортизатора)?
5. Назовите материалы, применяемые для изготовления основных
деталей подвески.
79
Литература
1. Нарбут А.Н. Автомобили: рабочие процессы и расчет механизмов и систем: учебник для студ. высш. учеб. М.: Издательский
центр «Акадения», 2007. 256 с.
2. Туревский И.С. Теория автомобиля: учеб.. М.: Высш. шк.,
2005. 240 с.
3. Тарасик В.П., Бренч М.П. Теория автомобилей и двигателей:
учеб. пособие. Мн.: Новое знание, 2004. 400 с.
4. Проскурин А.И. Теория автомобиля. Примеры и задачи:
учеб. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2006. 200 с.
5. Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства: учеб. для вузов. М.: КолосС, 2004. 504 с.
6. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы
теории и расчета трактора и автомобиля / под ред. В.А. Скотникова. М.: Агропромиздат, 1986. 383 с.
80
Учебное издание
Дьяченко Антон Вячеславович
Рабочие процессы и основы расчета
мобильных и стационарных
энергетических средств
методические указания
для выполнения практических занятий
и самостоятельной работы
для обучающихся по направлению подготовки
35.04.06 – «Агроинженерия»
Редактор Осипова Е.Н.
_____________________________________________________________
Подписано к печати 27.06.2025 г. Формат 60х84. 1/16.
Бумага офсетная. Усл. п. 4,65. Тираж 25 экз. Изд. №7875.
_____________________________________________________________
Издательство Брянского государственного аграрного университета
243365, Брянская обл., Выгоничский район, с. Кокино, Брянский ГАУ
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]