Силы, действующие в деталях шасси
До проведения расчетов на прочность методами статики измеряют силы, действующие на детали и опоры. Направление и величина этих сил определяют напряжение и характер нагрузки для отдельных деталей. В основу расчета положены следующие силы, действующие в пятне контакта колеса с дорогой : вертикальная Nv,h(направлена по оси F), боковая S (направлена по осн X), продольная L (направлена по оси Z).
Величина внешних сил Nv,h и S при равномерном прямолинейном движении зависит от характера дороги. Продольная сила L зависит как от внутренних сил, т.е. от крутящего момента двигателя, так и от внешних (тормозного момента на рассматриваемом колесе). Силы, действующие в пятне контакта колеса с дорогой, вызывают реакции в шарнирах А и В качающихся рычагов (рисунок 1), скользящих опорах С и К свечной подвески типа «Макферсон» (рисунок 2) и в разнообразных элементах подвески неразрезных осей или шарнирах направляющих рычагов при независимой подвеске задних колес.
Рисунок 1 - При рассмотрении статических нагрузок в системе должны быть разделены шарнирно соединенные между собой детали. В качестве примера приведено разделение деталей подвески на двойных поперечных рычагах
Рисунок 2 - В случае применения свечной подвески типа «Макферсон» статическое равновесие рычага BD и стойки АК должно рассматриваться раздельно
Вначале силы, действующие вдоль осей X, Y и Z, следует разложить на силы, действующие в плоскости, перпендикулярной плоскости детали, и силы, действующие в плоскости детали. Обозначим новые направления через U, V и W (рисунок 3). С помощью этих сил может быть проведен расчет на прочность детали, а также определены силы, действующие в других шарнирах. Основой расчета методами статики является выделение всех шарнирно соединенных деталей и анализ сил, действующих на каждую деталь (см. рисунок 1 и рисунок 2).
Взаимноперпендикулярные составляющие сил, первоначально направленные вдоль условных осей X и Y, проще разложить на составляющие с новыми направлениями U, V, W, связанные с рычагом, чем пользоваться пространственно направленным вектором. Направление силы Bu определяют с помощью точки О, которую в свою очередь находят по виду сбоку, проводя перпендикуляр к оси рычага D1D2
а — вид сзади: б — вид сбоку
Следует учитывать известное правило статики: подготовку отдельной схемы механизма и плана действующих сил. Плечо силы, действующей под углом, часто трудно рассчитать для рассматриваемой точки поворота. В результате создаются трудности при точном определении нагрузок. Поэтому такие силы целесообразно разложить на составляющие двух-трех выбранных направлений (рисунок 4, вид сверху) и затем, используя отдельные составляющие, определить реакции опор.
Рисунок 4 - Если в процессе графического решения сила окажется направленной под углом, то ее следует разложить на составляющие, направленные параллельно оси качания рычага (Av) и перпендикулярно к ней (Au). Затем с помощью составляющих легче найти реакции в шарнирах C1 и С2
При расчетах на усталостную прочность (случай 1) автомобиль (и соответственно подвеска колеса) находится в положении, соответствующем полной нагрузке. Подвеска должна рассматриваться в положении, соответствующем допустимой нагрузке на ось.
Эти условия справедливы и при расчетах на статическую прочность (случай 3), т.е. при езде по дороге с выбоинами. Иное положение выбирается при определении сил, действующих при движении по железнодорожному переезду. В этом случае подвеска рассматривается в положении, когда ее ход сжатия выбран полностью (рисунок 5). При этом в большинстве случаев требуется разделить силы, действующие на пружину и ограничитель хода подвески.
Рисунок 5 - Для расчета на прочность при движении по железнодорожному переезду (расчетный случай 2) подвеску следует рассматривать в крайнем верхнем положении. Это необходимо для определения изменившихся углов наклона колес γ2, поперечного наклона шкворня δ2, а также углов α2 и β2 наклона рычагов
Вычерчивание подвески с учетом предусмотренного хода f1 необходимо не только для того, чтобы иметь возможность учесть изменения углов α2 и β2 рычагов или амортизаторной стойки подвески, но также для того, чтобы определить фактический угол развала колес υ2 и угол наклона поворотной стойки δ2. Через эти углы вычисляют плечи a2 и b2 действия сил относительно шарниров подвески (см. рисунок 5).
В настоящее время, как правило, применяется мягкая подвеска, поэтому необходимо дополнительно устанавливать ограничители ходов сжатия и отбоя подвески. Эти ограничители на рисунке 6 обозначены буквами Е и G.
Рисунок 6 - В тех случаях, когда ограничитель хода Е расположен вне пружины F, максимальную вертикальную силу следует раскладывать в точке контакта колеса с дорогой
Значительные нагрузки обычно воспринимает ограничитель хода сжатия. В тех случаях, когда этот ограничитель находится внутри винтовой пружины или над листовой рессорой (два часто встречающихся, технически легко выполнимых решения), взаимодействие сил происходит в одном и том же месте. Если же ограничитель расположен вне пружины, например в амортизаторе или над рычагом, не связанным с пружиной, то силы, которые пружина воспринимает при полностью выбранном ходе подвески f1, и силы, действующие на ограничитель, должны быть разделены с учетом коэффициента динамичности k2 в точке контакта колеса с дорогой. В примере, приведенном на рисунке 6, нижний рычаг нагружен пружиной, а верхний — ограничителем хода, и часто нагрузки от упора в ограничитель хода являются более высокими.
На передней оси автомобиля модели «FIAT-132» картина противоположная (рисунок 7). Распределение сил, например, в подвеске на двойных поперечных рычагах, проводится с учетом веса неподрессоренных частей Uv,h, который следует вычесть.
Рисунок 7 - Передняя подвеска на двойных поперечных рычагах автомобиля «Fiat-132». Винтовая пружина опирается на верхний рычаг, а ограничитель 1 хода подвески — на нижний. Мягкий ограничитель 2 хода отбоя подвески действует на нижнюю поверхность верхнего рычага. Он освобождается лишь после того, как вступает в действие ограничитель 1. Применяя такую конструкцию, фирма «Fiat» надеется исключить стабилизатор поперечной устойчивости, однако это техническое решение является спорным.
Есть вопросы? ЗАДАВАЙ!
подвеска | 11 марта 2011
К сожалению, отзывы закрыты.