Федеральное агентство по образованию

______________________________________

Санкт-петербургский государственный политехнический университет

____________________________________________________________

Кафедра «Колесные и гусеничные машины»

УДК 629. 113. (075.8) Рукопись одобрена кафедрой

колёсных и гусеничных машин протокол №

Заведующий кафедрой

Ю.П. Волков

Рукописный фонд кафедры колёсных и гусеничных машин

Описание программы RPSK

Расчет подшипников ступиц колес атс

Автор: В.Е. Ролле

С-Петербург

2007

УДК 629. 113. (075.8)

Описание программы RPSR «Расчет подшипников ступиц колес АТС». / Сост.: В.Е. Ролле. СПб., 2007. 17 с.

Приводится описание программы RPSR «Расчет подшипников ступиц колес АТС» и пример расчета. Соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины CD.04 «Конструирование и расчет автомобилей и тракторов» инженерной и магистерской подготовки специальности 150100 и 151400.

Предназначено для преподавателей ведущих практические занятия по курсу «Расчет и конструирование автомобилей и тракторов», раздел «Ходовая часть», а так же для самостоятельных занятий студентов.

Ил. 6. Библиогр.: 6 назв.

Содержание

Стр.

ВВЕДЕНИЕ…………………….…………………………………………………....…………… 3

Описание программы RPSK ………………………………………..…….………….. 3

Пример расчета. Определить долговечность подшипников ступицы колеса переднего моста грузового автомобиля с использованием программы RPSK …………………………………………………………………………….. 11

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….………………………..…………….… 14

ПРИЛОЖЕНИЕ …………………………….…………………………………………..…….... 15

Введение

Программа RPSK предназначена для проведения расчетов долговечности подшипников, применяемых в ступицах колес автомобилей.

Необходимые для расчетов справочные сведения по подшипникам, применяемым в ступицах колес автомобилей, приводятся в приложении.

Приведена последовательность использования программы при расчете долговечности подшипников ступицы колеса грузового автомобиля.

Описание программы RPSK «Расчет подшипников ступиц колес АТС»

Назначение и условия применения программы

Программа RPSK "Расчет подшипников ступиц колес АТС" предназначена для расчета долговечности подшипников ступиц колес автотранспортных средств (АТС). Программа может использоваться при выполнении поверочных расчетных заданий, а так же в курсовом и дипломном проектировании ходовой части автомобиля по курсу "Конструирование и расчет автомобилей и тракторов"

Разработчик программы: РОЛЛЕ В.Е., т. 460-85-24.

Основные характеристики программы:

алгоритмический язык - фортран 70;

операционная система - ПЭВМ IBM PC/AT;

требуемое оборудование - АЦПУ;

объем входной информации - 31 число;

объем выходной информации - 25 строк;

эмпирическое время счета - < 1 c.

Входные данные.

Входные данные подготавливаются на основании описания и технической характеристики автомобиля, схемы установки подшипников в ступице колеса, справочных данных по подшипникам.

Перечень необходимых входных данных, их обозначение и размерность приведены в таблице 1

Выходная информация.

Выходная информация состоит из двух частей: распечатки входных данных, которая используется для проверки правильности их ввода, и непосредственно результатов расчета.

Распечатка входных данных осуществляется в той же последовательности, в какой они вводились в ЭВМ, см. таблицу 1.

Перед выводом результатов расчета выводятся название типа подшипников и далее заголовок:

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ДОЛГВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ

Ниже, в виде заголовка таблицы, выводятся обозначения и размерность параметров долговечности подшипников:

LH1, ч S1, тыс. км LH2, ч S2, тыс. км.

Здесь LH1, ч – долговечность первого (наружного) подшипника в часах;

S1, тыс. км – долговечность первого подшипника в км пробега; LH2, ч – долговечность второго (внутреннего) подшипника в часах; S2, тыс. км – долговечность второго подшипника в км пробега. Под обозначением параметров выводятся их значения.

Вид распечатки выходных данных приведен в примере расчета.

Таблица 1

Входные данные для расчета подшипников ступиц колес

по программе RPSK

№ строки	№ позиции в строке	Параметр	Обозначение	Размерность	Тип числа	Примечание
1	1 2 3 4	Метка типа оси: 0-ведомая; 1-ведущая Метка типа колес: 1-одинарные; 2-сдвоенные Метка типа подшипника: - наружного; - внутреннего	МО МК МР1 МР2	- - - -	I I I I	0 1 4 4
2	1 2 3 4 5	Нагрузка на колесо Вес колеса, деталей ступицы и тормоза Радиус колеса Колея Высота центра масс	GK GKT RK В HG	H H м м м	R R R R R	1957,1 130,5 0,252 1,29 0,555
3	1 2 3 4	Наружный подшипник: - внутренний диаметр - наружный диаметр - ширина подшипника - угол контакта	DB1 DH1 T1 AL1	мм мм мм град	R R R R	20,0 47,0 15,25 12.0
4	1 2 3 4	Внутренний подшипник: - внутренний диаметр - наружный диаметр - ширина подшипника - угол контакта	DB2 DH2 T2 AL2	мм мм мм град	R R R R	25,0 52,0 16,25 12,0
5	1 2 3 4	Наружный подшипник: - динамическая грузоподъемность - параметр осевого нагружения - коэффициент радиальной нагрузки - коэффициент осевой нагрузки	C1 E1 X1 Y1	КН - - -	R R R R	26,0 0,35 0,4 1,7
Продолжение таблицы 1
6	1 2 3 4	Внутренний подшипник: - динамическая грузоподъемность - параметр осевого нагружения - коэффициент радиальной нагрузки - коэффициент осевой нагрузки	C2 E2 X2 Y2	КН - - -	R R R R	29,2 0,37 0,4 1,6
7	1 2 3 4	Коэффициент вращения Коэффициент динамичности Расстояние от вертикальной оси колеса до наружного подшипника Расстояние от вертикальной оси колеса до внутреннего подшипника	KK KD AO BO	- - мм мм	R R R R	1,2 2,5 10,0 12,0
8	1 2	Максимальная скорость АТС Коэффициент сопротивления качению	VM FK	км/ч -	R R	140,0 0,06

Структура программы.

Программа RPSK состоит из последовательности операторов, осуществляющих расчет опорной базы подшипников, радиальных и осевых нагрузок для различных режимов движения (прямолинейное движение и поворот), эквивалентных нагрузок и долговечности в часах и километрах пробега автомобиля с учетом времени работы для каждого режима.

В основу расчетной модели и реализованного в программе RPSK алгоритма расчета взяты зависимости, которые приводятся в специальной литературе по расчету подшипников /1,2/.

В программе учитывается тип оси: ведомая (метка МО = 0) или ведущая (метка МО = 1). Для ведущей оси при определении нагрузок на подшипники учитывается сила тяги. При задании боковой силы при прямолинейном движении учитывается тип колеса: с одинарными шинами (метка МК = 1) и со сдвоенными шинами (метка МК = 2). В программе рассчитывается долговечность подшипников для различных схем их установки в ступицах колес и в частности:

два конических роликовых подшипника (МР1= 4 и МР2= 4);

два шариковых радиально-упорных подшипника (МР1= 3 и МР2 = 3); Сдвоенные шариковые радиально-упорные, и сдвоенные конические роликовые, подшипники рассматриваются как два подшипника, расстояние между которыми равно нулю.

два шариковых радиальных подшипника (МР1= 2 и МР2= 2);

шариковый радиальный и роликовый радиальный подшипники (МР1= 2 и МР2 =1).

Используемые технические средства, вызов и загрузка программы.

Для работы на ПЭВМ IBM PC/AT программа RPSK представлена в виде исходного модуля rpsk.for и загрузочного файла rpsk.exe.

Исходные данные предварительно записываются в файл <имя>.dat. Для контрольного примера данные записаны в файл с именем tawr.dat.

С помощью загрузочного файла осуществляется запуск программы на счет. При его отсутствии или при внесении исправлений в исходный модуль rpsk.for необходимо произвести его трансляцию.

При запуске программы на экран выводится сообщение:

ВВЕДИТЕ ИМЯ ФАЙЛА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ,

после чего необходимо с клавиатуры ввести имя файла с подготовленными заранее входными данными, <имя>.dat. Далее на экран выводится сообщение:

ВВЕДИТЕ ИМЯ ВЫХОДНОГО ФАЙЛА.

Здесь требуется указать имя файла (например, <имя>.rez), куда будут записываться результаты расчета. Для вывода на экран набрать команду CON.

Программа запускается на счет.

Пример расчета

Подготовка входных данных.

В данном примере расчет долговечности подшипников проводится для задней ведомой оси легкового автомобиля, схема которой показана на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема подшипников ступицы колес задней ведомой оси

Для ведомой оси задаем МО = 0;

Задние колеса одинарные, МК = 1;

Наружный подшипник роликовый конический № 6-7204А, МР1 = 4;

Внутренний подшипник роликовый конический № 6-137205А, МР2 = 4;

Нагрузка на колесо GK = 1957,1 Н (взята из технической характеристики автомобиля);

Вес колеса, ступицы и тормозного барабана GKT = 149,1 Н;

Радиус колеса RK = 0,252 м (для шины 155/R13, ГОСТ 4754-80);

Колея задних колес В = 1,29 м;

Высота центра тяжести HG = 0,555 м;

Из справочника по подшипникам (см. приложение) выписываем необходимые для расчета параметры. Для наружного подшипника № 6-7204А:

- DB1 = 20 мм – внутренний диаметр подшипника;

- DH1 = 47 мм – наружный диаметр подшипника;

- Т1 = 15,25 мм – ширина подшипника;

- AL1 = 12 ^O – угол контакта;

- С1 = 26 кН – динамическая грузоподъемность;

- Е1 = 0,35 - параметр осевого нагружения;

- Х1 = 0,4 - коэффициент радиальной нагрузки;

- Y1 = 1,6 - коэффициент осевой нагрузки.

Для внутреннего подшипника № 6-137205А:

- DB2 = 25 мм – внутренний диаметр подшипника;

- DH2 = 52 мм – наружный диаметр подшипника;

- Т2 = 16,25 мм – ширина подшипника;

- AL2 = 12 ^O – угол контакта;

- С2 = 29,2 кН – динамическая грузоподъемность;

- Е2 = 0,37 - параметр осевого нагружения;

- Х2 = 0,4 - коэффициент радиальной нагрузки;

- Y2 = 1,7 - коэффициент осевой нагрузки.

Вращаются наружные кольца подшипников. Задаем значение коэффициента вращения КК = 1,2. Коэффициент динамичности для подшипников ступиц колес транспортных машин KD = 2,5.

Из схемы ступицы АО = 10 мм и ВО = 12 мм, где АО – расстояние от вертикальной оси колеса до внутреннего края наружного подшипника; ВО – расстояние от вертикальной оси колеса до внутреннего края внутреннего подшипника.

VM = 140 км/ч – максимальная скорость движения автомобиля.

FK = 0,06 – коэффициент сопротивления качению автомобиля на дорогах I…III категории.

Подготовленному файлу с входными данными присвоено имя tawr.dat.

0 1 4 4 /MO; MK; MP1; MP2. 1957.1 149.1 .252 1 .29 .555 /GK,H; GKT,H; RK,m; B,m; Hg,m. 20. 47. 15. 25 12. /DB1,mm; DH1,mm; T1,mm; AL1,град. 25. 52. 16. 25 12. /DB2,mm; DH2,mm; T2,mm; AL2,град. 26.0 .35 .4 1.6 /C1,kH; E1,-; X1,-; Y1,-. 29.2 .37 4 1.7 /C2,kH; E2,-; X2,-; Y2,-. 1.2 2.5 10. 12. /KK,-; KD,-; AO,mm; BO,mm. 140. .06 /VM,km/h; FK,-.

Рис.2. Файл с входными данными tawr.dat

Результаты расчета контрольного примера.

Результаты примера расчета записаны в файл w1.rez.

Расчет подшипников ступиц колес АТС исходные данные 0 1 4 4 1957.100 149.100 .252 1.290 .555 20.000 47.000 15.250 12.000 25.000 52.000 16.250 12.000 26.000 .350 .400 1.600 29.200 .370 .400 1.700 1.200 2.500 10.000 12.000 140.000 .060 Тип подшипников: 1-й роликовый конический 2-й роликовый конический РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ LH1,ч S1,тыс. км LH2,ч S2,тыс. км 3977.20 389.77 4970.29 487.09

Рис. 3. Файл с результатами расчета контрольного примера w1.rez.

Пример расчета. Определить долговечность подшипников ступицы колеса переднего моста грузового автомобиля с использованием программы RPSK

- допустимая нагрузка на переднюю ось, G_a.g = 23500,0 Н;

- масса колеса и деталей тормоза, вращающихся на ступице переднего колеса

m_к^' = 50,0 кг (масса непосредственно колеса m_к= 42 кг);

- радиус колеса (шины 215/R16c), r_к = 0,351 м;

- колея передних колес, В_а = 1,82 м;

- высота центра масс при полной нагрузке, h_g = 1,0 м;

- максимальная скорость автомобиля, V_мах = 90 км/ч;

- В ступицах передних колес установлены роликовые конические подшипники.

Наружный подшипник № 7607А ГОСТ 333–79, его параметры: d₁ = 35 мм – внутренний диаметр; D₁ = 80 мм – наружный диаметр; Т₁ = 32,75 мм – ширина подшипника; С₁ = 88 кН – динамическая грузоподъемность; С_o1 = 73 кН – статическая грузоподъемность; е₁ = 0,31 – параметр осевого нагружения; Y₁ = 1,9 – коэффициент осевой динамической нагрузки; Y_o1 = 1,1 - коэффициент осевой статической нагрузки; a₁ = 10...13 ^o - угол контакта.

Внутренний подшипник № 7609А ГОСТ 333–79, его параметры: d₂ = 45 мм – внутренний диаметр; D₂ = 100 мм – наружный диаметр; Т₂ = 38,25 мм – ширина подшипника; С₂ = 132 кН – динамическая грузоподъемность; С_o2 = 113 кН – статическая грузоподъемность; е₂ = 0,35 – параметр осевого нагружения; Y₂ = 1,7 – коэффициент осевой динамической нагрузки; Y_o2 = 0,9 - коэффициент осевой статической нагрузки; a₂ = 10...13 ^o - угол контакта.

- расчетная схема ступицы показана на рис. 2.

- расстояние от вертикальной оси колеса до внутреннего торца 1-го (наружного) подшипника, а’ = 48,5 мм;

- расстояние от вертикальной оси колеса до внутреннего торца 2-го (внутреннего) подшипника, в’ = -8,5 мм;

Рис. 4. Ступица колеса переднего моста грузового автомобиля.

Решение

Подготавливаем файл с исходными данными в соответствии с таблицей 1:

• передняя ось ведомая, МО = 0;

• передние колеса одинарные, МК = 1;

• тип подшипников, роликовые конические, МР1 = 4 и МР2 = 4;

• нагрузка на колесо, GK = G_а.д /2 = 23500/2 = 11750,0 Н;

• вес колеса, ступицы и тормозного барабана, GKT = m’_к· g = 50·9,81 = 409,5 Н;

• радиус колеса, RК = 0,351 м;

• колея передних колес, В = 1,82 м;

• высота центра масс, HG = 1,0 м;

• параметры подшипников:

• внутренний диаметр 1-го подшипника, DB1 = 35 мм;

• наружный диаметр 1-го подшипника, DН1 = 90 мм;

• ширина 1-го подшипника, Т1 = 32,75 мм;

• угол контакта 1-го подшипника, AL1 = 12 ^о;

• внутренний диаметр 2-го подшипника, DB1 = 45 мм;

• наружный диаметр 2-го подшипника, DН1 = 100 мм;

• ширина 2-го подшипника, Т1 = 38,25 мм;

• угол контакта 2-го подшипника, AL1 = 12 ^о;

• динамическая грузоподъемность 1-го подшипника, С1 = 88 кН;

• параметр осевого нагружения 1-го подшипника, Е1 = 0,31;

• коэффициент радиальной нагрузки 1-го подшипника, Х1 = 0,4;

• коэффициент осевой нагрузки 1-го подшипника, Y1 = 1,9;

• динамическая грузоподъемность 2-го подшипника, С2 = 132 кН;

• параметр осевого нагружения 2-го подшипника, Е2 = 0,35;

• коэффициент радиальной нагрузки 2-го подшипника, Х2 = 0,4;

• коэффициент осевой нагрузки 2-го подшипника, Y2 = 1,7;

• коэффициент вращения, КК = 1,2 – вращается наружное кольцо;

• коэффициент безопасности, КD = 2,5;

• расстояние от вертикальной оси колеса до 1-го подшипника, АО = 48,5 мм;

• расстояние от вертикальной оси колеса до 2-го подшипника, ВО = - 8,5 мм;

• максимальная скорость движения автомобиля, VM = 90 км/ч;

• коэффициент сопротивления качению, FK = 0,06.

Исходные данные записываем в файл с именем ZIL.dat, см. рис. 5.

Результаты расчета по программе (RPSK) приведены на рис. 6.

0 1 4 4 /MO; MK; MP1; MP2. 11750.0 409.5 .351 1.82 1.0 /GK,H; GKT,H; RK,m; B,m; Hg,m. 35. 80. 32.75 12. /DB1,mm; DH1,mm; T1,mm; AL1,град. 45. 100. 38.25 12. /DB2,mm; DH2,mm; T2,mm; AL2,град. 88. .31 .4 1.9 /C1,kH; E1,-; X1,-; Y1,-. 132.0 .35 .4 1.7 /C2,kH; E2,-; X2,-; Y2,-. 1.2 2.5 48.5 -8.5 /KK,-; KD,-; AO,mm; BO,mm. 90. .06 /VM,km/h; FK,-.

Рис. 5. Файл с исходными данными ZIL.dat

Расчет подшипников ступиц колес АТС исходные данные 0 1 4 4 11750.000 409.500 .351 1.820 1.000 35.000 80.000 32.750 12.000 45.000 100.000 38.250 12.000 88.000 .310 .400 1.900 132.000 .350 .400 1.700 1.200 2.500 48.500 -8.500 90.000 .060 Тип подшипников: 1-й роликовый конический 2-й роликовый конический РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ LH1,ч S1,тыс. км LH2,ч S2,тыс. км 5017.71 316.12 2916.83 183.76

Рис. 6. Результаты расчета долговечности подшипников ступицы колеса переднего моста грузового автомобиля

Наименьшая долговечность получена для внутреннего подшипника

(S₂ = 184 тыс. км), что, в принципе, недостаточно для грузового автомобиля.