Анализ конструкции и методика расчета автомобиля ВАЗ-2108 (стр. 7 из 11)
Т.к. автомобиль ВАЗ-2108 является переднеприводным значит у него не заднего моста.
При прямолинейном движении значения моментов M и сил P принимаются максимальными. Рассмотрим изгиб балки вертикальной плоскости (рис. 22).
Рисунок 22. Расчетная схема балки ведущего моста и эпюры моментов
Изгибающий момент
Ми.в = R''z1l = R''z2l,
где R''z1и R''z2 — нормальные реакции опорной поверхности за вычетом веса Колеса GK.
Нормальные реакции опорной поверхности от нагрузки на мост G2
Rz1 = Rz2 = m2G2/2,
где m2 = 1,1...1,2— коэффициент перераспределения нагрузки по мостам.
Изгиб картера в горизонтальной плоскости под нагрузкой от силы тяги Рт
Ми.г = Pт1l = Pт2l,
где Рт1=Рт2 = Rz1φ = Rz2φ, (φ = 0,8...0,9 — коэффициент сцепления шин с опорной поверхностью).
Момент, скручивающий балку, Мкр= Pт1rк = Rт2rк (rк—радиус качения колеса).
Результирующее напряжение от изгиба и кручения для круглого трубчатого сечения
,где W = 0,2(D4 — d4)/D — момент сопротивления трубчатого сечения.
Для прямоугольного и коробчатого сечения напряжения в вертикальной и горизонтальной плоскостях определяют раздельно и суммируют арифметически: σи = Mи.в / Wв + Mи.г /Wг. Напряжения кручения при этом не суммируют:
τ = Mкр/ Wкр = Рт1rк / Wкр = Рт2rк / Wкр,
Максимальные напряжения изгиба относятся к крайним волокнам сечения, а напряжения кручения к средним волокнам сечения.
При заносе балку моста рассчитывают на изгиб в вертикальной плоскости, считая при этом Рт1=Рт2 = 0.
Изгибающие моменты в вертикальной плоскости
Mи1 = R"z1l — Py1rK; Mи2 = R"z2l + Py1rK.
Ry1и Ry2 — боковые реакции при заносе:
Ry1 = R'z1 φ; R'z1 = 0,5 G2 (1 + 2 φ H / В);
Ry2 = R'z2 φ; R'z2 = 0,5 G2 (1 — 2 φ H / В);
где R'z1 и R'z2 — нормальные реакции опорной поверхности при заносе.
Условно принимается φ = 1.
Эпюры моментов от R'zи Py1 строятся раздельно, а затем складывают. Опасное сечение картера находится в месте крепления рессоры: здесь напряжение изгиба σи = Ми / W.
При динамическом нагружении изгибающий момент в вертикальной плоскости:
Ми = Rz1Kдl,
где Кд=1,5...3 — коэффициент динамичности.
Напряжение изгиба σи = Ми / W.
Для балок мостов, литых из стали и чугуна, [τи] = 300 МПа, для штампованных из стального листа [τи] = 500 МПа.
Определение нагрузок и расчет переднего моста производят так же, как и заднего моста. При торможении коэффициент перераспределения нагрузки на передний мост m1 = 1,1.„1,2. Необходимо учитывать переменное сечение балки: двутавровое в средней части и после рессорной площадки постепенно переходящее в круглое. Вертикальные реакции Rzl = Rz2 = m1G1/2,где G1 — нагрузка на передние колеса.
Для балки управляемого моста жесткость важна для сохранения углов установки колес. Жесткость ведущего моста влияет на условия зацепления зубчатых передач, на нагрузку подшипников и на нагруженность полуосей.
Прогиб балки равен силе в заданном сечении, отнесенной к жесткости сечения f = Pи / (EJx).Балка нагружена в местах крепления рессор. Переменное сечение балки затрудняет расчет. В таких случаях или упрощают схему и ведут расчет по наиболее опасному сечению, или усложняют расчет, применяя метод конечных элементов.
Прогиб балки грузовых автомобилей достигает 2...3 мм.
Рисунок 23. Расчетная схема поворотной цапфы
Поворотный кулак(рис. 23). Расчет ведется для тех же трех случаев нагружения: торможения при прямолинейном движении, заноса и динамического нагружения.
При торможении суммарный момент изгиба в вертикальной плоскости
,где R''z1 = Rzl — Gк; Ртор = Rzφ — тормозная сила на колесе, нагружающая цапфу.
Напряжение изгиба:
σи = Ми / W.
При заносе напряжение изгиба на цапфе при Ртор = 0
σи1=(R''z1— Ry1rк)/W; σи2=(R''z2с — Ry2rк)/W.
При динамическом нагружении напряжение изгиба
σи = Rz1с Кд / W,
где коэффициент динамичности Кд = 1,5...3.
Для стали 30Х и 40Х допускаемое напряжение [σи] = 500 МПа.
Рисунок 24. Расчетная схема шкворня
Шкворень. Расчетные режимы, применяемые при расчете шкворня, те же, что и при расчете цапф. Наклоном шкворня пренебрегаем.
При торможении реакции, нагружающие верхний R'шк и нижний R''шк концы шкворня, обусловленные действием:
реакции Rz:
R'шк1 = R''шк1 = Rzl / (a + b);
силы Ртор :
R'шк2 = Рторb / (a + b); R''шк2 = Рторa / (a + b);
реактивной силы:
R'шк3 = Р1b / (a + b); R''шк3 = Р1a / (a + b),
где P1 = Рторl / l1;
тормозного момента Мтор = Рторrк
R'шк4 = Рторrк / (a + b).
Суммарная сила, действующая на нижний конец шкворня,
.Суммарная сила, действующая на верхний конец шкворня:
.На шкворень действуют напряжения:
изгиба σи = R''шкΣd / Wи;
среза τcp = 4P''шкΣ / (πd2шк);
смятия σсм = R''шкΣ/(dшкlшк).
Для расчета принимают наибольшее из значений Р'шкΣ, Р''шкΣ.
При заносе действуют только поперечные силы.
От вертикальной реакции:
R'шк1 = R''z1 l / (a + b); R''шк1 = R''z1 l / (a + b),
где R''z1(2) = = R''z1(2) — Gк.
От боковой силы Ryи от момента, создаваемого этой силой:
левый шкворень R'шк1 = R''шк1 = Ry1l / (a+b)
правый шкворень R'шк1 = R''шк1= Ry2l / (а+b).
Суммарная нагрузка на левом шкворне:
R'шкΣ = [Ry1(rк—b) — R''z1 l] / (a + b);
R''шкΣ = [Ry1(rк+ a) — R''z1 l] / (a + b).
Суммарная нагрузка на правом шкворне:
R'шкΣ = [Ry2(rк—b) — R''z2 l];
R''шкΣ = [Ry2(rк + a) — R''z2 l] / (a + b).
Напряжения определяются так же, как и при торможении.
При динамическом нагружении напряжение изгиба в вертикальной плоскости
σи = Rz1с Кд / W.
Расчетные режимы полуосей. Полуразгруженную полуось рассчитывают на изгиб и кручение так же как балку моста для трех случаев нагружения: прямолинейного движения, заноса и динамического нагружения.
При прямолинейном движении — результирующий изгибающий момент полуоси в вертикальной и горизонтальной плоскостях
момент кручения полуоси:
Мкр = Ртrк;
сложное напряжение:
.При заносе изгибающие моменты на правом и левом колесах
Mиl=Ry2rк — Rz2b; Mи2 = Ry2rк + R"z2b.