9 Расчет узла

Передняя рессорная подвеска

Подвеска представляет собой группу деталей, связывающих колеса машины с ее несущим кузовом или рамой. По функциональному назначению детали подвески разделяются на три группы: направляющие устройства, упругие элементы и демпфирующие устройства. Упругими элементами подвесок могут служить листовые рессоры, витые пружины, торсионы, пневматические, гидропневматические и резиновые элементы.

При расчете листовой рессоры определяют ее прогиб и напряжение изгиба от внешней нагрузки в коренном листе, где оно имеет максимальное значение. В общем виде статический прогиб рессоры под действием вертикальной нагрузки Р может быть определен по приближенным формулам.

Вначале определяется статическая расчетная нагрузка Рс на рессору:

, (9.1)

где Z₀=Z₁^cm – усилие для передней подвески груженого автомобиля;

Z₀ =Z₂^cm – усилие для задней подвески машины 4К2 и 4К4;

Z₀ =Z₂^cm+Z₃^cm – усилие для задней подвески машины 6К4 и 6К6;

К_i – коэффициент неподрессоренных масс (К₁ – для передней, К₂ –

для задней подвесок);

G_а – сила веса автомобиля в снаряженном состоянии (без груза), Н.

; (9.2) , (9.3)

m₁ и m₂ – сила веса неподрессоренных частей передней и задней подвесок, Н.

м²·МПа.

С целью улучшения эксплуатационных свойств автомобиля при торможении принимаются несимметричные рессоры, увеличивающие сопротивления крену и «клевкам».

Выбираются параметры рессоры длина − ℓ, количество листов – n, ширина листов – в, толщина листов – h и др. При выборе поперечного сечения листов необходимо соблюдать соотношение 6<в/h<10.

Рекомендуемые параметры подвески колесных машин:

Жесткость рессоры при статическом прогибе, н/м: 2,75*10⁵;

Прогиб рессоры, м:

Статический при полной нагрузке f_с: 0,075;

Предельный f_n: 0,16;

Рабочая длина рессоры, м: 1,55;

Расстояние между стремянками, м: 0,175;

Количество листов в рессоре, шт: 14;

Ширина листов рессоры, м: 0,085;

Толщина листов рессоры, м: 0,0085;

Коэффициент неподрессорных масс: К₁=0,125;

Частота собственных колебаний, Гц:1,5;

Динамический коэффициент подвески при полной нагрузке: 3.

Момент инерции рессоры:

; (9.4)

м⁴.

Коэффициент деформации δ_р в рессорах зависит от формы концов и числа листов одинаковой длины, расположения хомутов и т. д.В зависимости от конструкции рессоры принимают δ_р=1,25…1,45. Примем δ_р=1,35.

Прогиб симметрической рессоры определяется по формуле:

, (9.4)

где l_Э= l − l₀ – эффективная длина рессоры, м;

l – полная длина, м;

l₀ – расстояние между стремянками, м;

Е – модуль упругости первого рода (0,22·10¹²Па);

J_о – суммарный момент инерции всех листов в среднем сечении рессоры, м⁴;

δ_Р – коэффициент деформации.

м.

Рисунок 9.1— Схема сил, действующих на рессоры

Отношение прогиба передней рессоры к прогибу задней должно быть

1,0…0,65. Коэффициент жесткости рессоры определяется по

формуле:

; (9.5)

.

При уточненном расчете напряжение определяется в каждом отдельном листе с учетом расчетной нагрузки, силы сопротивления качению, тормозного усилия, монтажных напряжений, возникающих в процессе сборки.

Напряжение в коренном листе рессоры:

, (9.6)

где h_К – толщина коренного листа, м.

.

Для изготовления рессор принимаются рессорно-пружинные стали 55С2; 60С2ХА; 50ХГ; 45ХНМФА.

При статическом прогибе допускается напряжение 400…500 МПа, а при динамическом – 900…1000 МПа.

Динамический ход рессоры f_д находится в зависимости от статического прогиба:

f_д = (0,5...1,0) f_С ; (9.7)

f_д = 0,75·0,112=0,084.

При этом уменьшение величины f_д способствует повышению плавности хода автомобиля.

Полный прогиб рессоры:

f_п= f_C + f_д ; (9.8)

f_п=0,112+0,084=0,196.

Энергоемкость подвески оценивается коэффициентом динамичности:

К_д = Р_m / P_c , (9.9)

где Р_m – максимальная сила упругости, создаваемая рессорой, которая

определяется по предельному прогибу f_n:

; (9.10)

м²·МПа.;

;

Приближенная собственная частота колебаний подрессорной массы:

; (9.11)

.

Все выбранные и расчетные параметры не должны отличаться от рекомендованных.

Расчет амортизатора. В качестве демпфирующих элементов в современных автомобильных подвесках используются гидравлические телескопические амортизаторы двухстороннего действия. При расчете амортизатора определяется величина подрессорной массы, приходящаяся на рассчитываемый мост полностью груженого автомобиля:

М = М_а − КМ₀, (9.12)

где М_а – полная масса автомобиля, приходящаяся на рассчитываемый

мост, кг;

М₀ – собственная масса автомобиля, приходящаяся на рассчитывае-

мый мост, кг;

К – коэффициент неподрессорных масс.

кг.

Гашение колебаний колес и кузова, повышающих плавность хода и устойчивость автомобиля оценивается коэффициентом сопротивления подвески:

, (9.13)

где ψ – коэффициент апериодичности или относительного затухания, в расчетах принимают равным ψ=0,2…0,3;

ω=11,3…15 – круговая частота колебаний, с^-1.

;

С – жесткость упругого элемента, Н/м.

Подставляя значение ω, окончательно получим для подвески одного колеса:

; (9.14)

.

Соотношение между коэффициентами отбоя К_по и сжатия К_пс амортизатора принимают в пределах К_по / К_пс = 2...5.

;

;

;

;

.

Из этих выражений по определенному К_п находят величины К_по и К_пс. Коэффициенты сопротивления амортизатора определяются выражениями:

; (9.15)

, (9.16)

где i_П – передаточное число подвески (установки амортизатора);

i_П = 1,65…2,0 – для независимых подвесок;

i_П = 1 – для зависимых подвесок;

γ – угол наклона амортизатора от вертикали (принимается по прототипу).

;

.

Сила сопротивления амортизатора на штоке при ходе отдачи Р₀ и сила сопротивления амортизатора при ходе сжатия определяется по формулам:

, (9.17) . (9.18)

где ϑ_п =0,2…0,3 – расчетная скорость поршня амортизатора, соответствующая моменту открытия клапанов, м/с;

m – показатель степени, зависящий от конструкции клапанов, про-

ходных сечений клапанов отверстий, вязкости жидкости;

m=1 – для амортизаторов с линейной характеристикой сопротивле-

ния;

m=2 – для амортизаторов с квадратичной характеристикой сопротив-

ления.

м²·МПа.;

м²·МПа..

По силам сопротивления определяются основные размеры амортизатора: диаметр штока d_Ш, диаметр d_n и ход поршня S_n.

Сила сопротивления при сжатии амортизатора:

, (9.19)

где А_Ш – площадь штока, м2;

ρ_{с max} – максимальное давление под поршнем принять равным

2,5…5,0 МПа.

. (9.20)

Сила сопротивления при отдаче:

; (9.21)

где А_П – площадь поршня , м²;

ρ_omax = 2,5...5,0МПа – давление над поршнем.

По силам сопротивления на штоке при ходе сжатия Р_с и отбоя Р_о определяются основные размеры амортизатора: диаметр штока d_ш, диаметр поршня d_n и ход поршня S_n.

, откуда .(9.22)

В зависимости от диаметра поршня, диаметр штока и ход поршня обычно находятся в пределах d_ш=(0,4…0,5)d_n; S_n=(3…5)d_n.

;

;

;

;

;

;

;

;

м²·МПа.