8.3. Расчет полуосей
Расчет полуосей производят на статическую прочность и усталость.
Полуразгруженная полуось обычно разрушается в опасном сечениие под подшипником. При расчете на прочность полуразгруженной полуоси определяют приведенные напряжения изгиба и кручения σ и угол закручивания Θ.
При расчете напряжений учитывают следующие характерные режимы нагружения:
передача максимальной силы тяги;
экстренное торможение;
занос (отдельно для внешней и внутренней полуоси);
переезд через неровности с учетом динамических нагрузок.
На режиме передачи максимальной силы тяги учитывают следующие нагрузки.
Максимальный момент по двигателю определяют по формуле:
,
(8.1)
где
– передаточное число дополнительной
коробки на низшей ступени (учитывается
в том случае, если в трансмиссии
установлена дополнительная коробка);
– коэффициент блокировки дифференциала;
– число симметричных дифференциалов
в трансмиссии.
Максимальный момент по сцеплению определяют по формуле:
,
(8.2)
где
–
сцепная масса (масса, приходящаяся на
ведущий мост);
коэффициент динамического изменения
нормальных реакций на ведущих колесах.
Из двух определенных моментов для дальнейших расчетов принимается меньший.
Нормальную реакцию рассчитывают по формуле:
.
(8.3)
Продольную реакцию определяют по формулам:
;
(8.4)
.
(8.5)
Из двух определенных продольных реакций для дальнейших расчетов принимается меньшая.
Приведенные напряжения изгиба и кручения определяют по формуле:
,
(8.6)
где
b
– плечо изгиба, определяемое как
расстояние между плоскостями, проходящими
через центр опорной площадки колеса и
через центр опорного подшипника;
– диаметр полуоси.
На режиме экстренного торможения учитывается нормальная и продольная реакции.
Нормальную реакцию рассчитывают по формуле:
,
(8.7)
где
индекс «»
означает, что данный параметр используется
при экстренном торможении;
– коэффициент динамического изменения
нормальных реакций на задних ведущих
колесах в режиме экстренного торможения.
Продольные реакции определяют по формуле:
.
(8.8)
Приведенные напряжения изгиба и кручения рассчитывают по формуле:
.
(8.9)
На режиме заноса нормальную реакцию определяют по формуле:
,
(8.10)
где
– высота центра масс;
– поперечный коэффициент сцепления;В
– колея ведущих колес; «+» – для внутренней
по отношению к направлению заноса
полуоси, «–» – для внешней полуоси.
Боковую реакцию определяют по формуле:
.
(8.11)
Приведенные напряжения изгиба и кручения рассчитывают по формуле:
.
(8.12)
На режиме переезда через неровности с учетом динамических нагрузок динамическую реакцию рассчитывают по формуле:
,
(8.13)
где
– коэффициент динамичности.
Приведенные напряжения изгиба и кручения определяют по формуле:
.
(8.14)
Допустимые
приведенные напряжения изгиба и кручения
– [
]
= 600
800 МПа.
На жесткость полуось рассчитывают по углу закручивания:
.
(8.15)
Полярный момент инерции при этом определяют по формуле (5.26).
Допустимый угол закручивания – [] = 9 15 на один метр длины полуоси. Меньшее значение угла закручивания характеризует повышенную жесткость, большее значение – склонность к колебаниям и резонансным явлениям.
При расчете на прочность полностью разгруженной полуоси определяют напряжения кручения и угол закручивания.
Напряжения кручения определяют по формуле
.
(8.16)
Допустимые
напряжения кручения – [
]
= 500
600 МПа.
Расчет по углу закручивания полностью разгруженной полуоси ведется аналогично рассмотренному.
Размеры полуосей выбирают исходя из наиболее опасного случая нагружения. Обычно их выполняют с утолщениями по концам, чтобы внутренний диаметр шлицев был не меньше основного диаметра полуоси. Для снижения концентрации напряжений стремятся увеличить радиусы переходов от одного диаметра к другому, уменьшить глубину шлицев, что вызывает необходимость увеличения их числа (от 10 для грузовых автомобилей, до 18 – у легковых). Значительно уменьшается концентрация напряжений при переходе на эвольвентные шлицы.
Шлицы полуосей рассчитывают на срез и смятие.
Выбор размеров
подшипников полуосей производят для
случая прямолинейного движения с учетом
преобладающих эксплуатационных нагрузок.
В качестве расчетного принимают усилие,
соответствующее массе, приходящейся
на колесо. Нагрузками на подшипник от
тягового усилия (тормозной силы) и
боковой силы пренебрегают, так как в
условиях эксплуатации эти силы либо
весьма невелики (
),
либо действуют кратковременно (
,
).
Расчетное число оборотов подшипников
определяют исходя из средней скорости
движения автомобиля.