Расчёт на прочность кузова автомобиля ВАЗ 2108 (стр. 3 из 4)
При наезде КМ передним колесом на препятствие на колесо действует сила, которую можно разложить на продольную Rxи вертикальную Rz(рис. 1.2.1, г). Вертикальная нагрузка может приводить к закручиванию несущей системы. Причем в этом случае крутящий момент, как правило, меньше, чем в режиме вывешивания колес. Поэтому при расчете несущей системы КМ воспользуемся силой Rx, приводящей к изгибу и сдвигу элементов несущей системы в горизонтальной плоскости
Для плавающих КМ следует учитывать выталкивающую силу воды и давления встречного потока (рис. 1.2.1, д).
Из рассмотренных выше режимов наихудшим по параметрам прочности и жесткости несущих систем является режим преодоления коротких препятствий (углублений, выступов) косым курсом. В этом случае на несущую систему действуют преимущественно кососимметричные нагрузки, вызывающие ее кручение относительно продольной оси КМ. Этот режим принимают как квазистатический в связи с тем, что движение осуществляется с минимальной скоростью и, следовательно, инерционными нагрузками пренебрегают.
В предельном случае при преодолении препятствий косым курсом возможен отрыв колеса (колес) от дороги. При этом нагрузки можно определить, исходя из условия статического равновесия: при lп > 0,5LM(см. рис. 1.2.1, б)
при lп < 0,5LM
При вывешивании колес левого борта расчетные выражения для R3 и R4аналогичны полученным для R1и R2.
Совокупность этих нагрузок можно заменить суммой симметричных и кососимметричных сил, вызывающих изгиб и кручение несущей системы относительно продольной оси. Следует учитывать, что для КМ с числом осей больше двух возможно вывешивание нескольких колес в различных сочетаниях. Подобным этому режиму является режим поддомкрачивания КМ.
Для самосвалов к числу предельных режимов следует также отнести момент начала высыпания груза из грузовой платформы в двух вариантах: самосвал стоит на горизонтальной и наклонной поверхностях.
Наряду с квазистатическими нагрузками к категории предельных можно отнести и динамические нагрузки, возникающие при ударе и низкочастотном резонансе.
Нагрузки, возникающие при ударе, как правило, имеют короткое (импульсное) воздействие. Поэтому в наибольшей степени последствия такого воздействия проявляются в локальной зоне (удара).
В связи с этим данный режим рекомендуется использовать при уточненных расчетах и прежде всего расчете локальных зон.
В зависимости от микропрофиля дорожной поверхности, а также условий движения КМ могут возникать колебания с частотами, близкими к резонансным. Особенно опасны эти явления для несущих систем при частотах 0 ... 5 Гц. Если возникает резонанс, то возможны поломки элементов КМ, и в том числе несущей системы, вследствие чрезмерных (предельных) динамических нагрузок. Поэтому с целью предотвращения поломок важно исследовать возможность появления таких режимов.
Внешнее возмущение зададим в виде синусоиды, поскольку задачи определения напряженно-деформированного состояния несущих систем КМ решаются, как правило, в линейной постановке. Амплитуды возмущения и период колебаний должны соответствовать эксплуатационным (возможным неровностям дороги и скорости движения КМ).
Для упрощения расчетов примем, что неровности по обоим бортам одинаковые, контакт колеса с дорогой точечный, колеса движутся без пробуксовки и отрыва от дороги. Расстояние lмежду двумя максимумами зададим равным расстоянию между передней и задней осью (при этом можно добиться наибольшего эффекта воздействия на КМ), что не противоречит статистическим данным. Эквивалентную скорость (км/ч) движения КМ по дороге с указанными параметрами определяем по формуле
где f - собственная частота колебаний агрегата, Гц. Расчетным путем можно моделировать движение КМ по дороге со случайным характером микропрофиля и вычислять при этом динамические нагрузки, действующие на несущую систему.
Возмущение от микропрофиля можно задавать как ряд случайных нормально распределенных чисел с математическим ожиданием М = 0 и средним квадратическим отклонением, обусловленным определенным типом дороги. В результате можно определить нагрузки, действующие на несущую систему и соответствующие реальным (случайным).
кузов автомобиль конструкция моделирование
2. Построение математической модели
2.1 Описание кузова автомобиля ВАЗ 2108(09)
Особенности конструкции. При создании кузова легковой КМ основными факторами являются ее форма и компоновка. Конструкция агрегатов шасси определяет нижние детали нижней части кузова (детали пола), предназначенные для крепления элементов подвески, трансмиссии, выхлопной системы и топливного бака. С целью увеличения жесткости несущей системы пол кузова выполняют в виде пространственной рамоподобной конструкции, образуемой передними и задним лонжеронами, порогами, которые связаны между собой поперечинами. В рассматриваемом на рис. 2.1.1. примере этими поперечинами являются:
передняя поперечная балка;
усилители пола в зоне перехода пола к щитку моторного отсека;
поперечная балка переднего сиденья;
поперечная балка заднего сиденья;
П-образные усилители пола в зоне задних колесных ниш;
поперечная балка заднего моста;
поперечный усилитель задней части кузова.
Рис. 2.1.1. Корпус кузова легковой КМ:
а – общий вид; б – основные сечения
Тоннель для размещения коробки передач и выхлопной системы, который выполнен как выштамповка пола, несколько смещен вправо, что обусловливает несимметричность кузова относительно продольной оси. Топливный бак и глушитель размещены под задним сиденьем, что позволяет решить проблему пожаробезопасности, уменьшить вибрации от элементов выхлопной системы. Форма пола и арок задних колес определяется максимальными перемещениями последних с учетом поперечного сдвига, возможного при одностороннем ходе подвески.
Для улучшения технологического процесса сборки КМ двигатель, переднюю независимую подвеску (обычно типа Макферсон) с упругими элементами, передний мост и коробку передач можно агрегатировать как один сборочный узел, монтируемый на поперечной балке корытообразного вида с помощью специальных упругих опор.
Поперечину силового агрегата болтовым соединением с помощью упругих элементов крепят к передним лонжеронам, заднюю опору - к кронштейну в районе тоннеля, а амортизационную стойку с упругим элементом - к чашкам переднего брызговика. В этом случае нагрузки от подвески на кузов передаются непосредственно через систему "лонжерон - передний брызговик - балка верхнего пояса передней части кузова". Лонжерон коробчатого сечения, имеющий изогнутую форму в продольной плоскости, обладает достаточной жесткостью и является деформируемым элементом, воспринимающим энергию фронтального удара при столкновении. Форма брызговика должна способствовать хорошему омыванию потоком холодного воздуха двигательного отсека и обеспечивать удобный монтаж и демонтаж агрегатов.
Передний щит служит разделительной перегородкой между салоном и отсеком двигателя, а также является важнейшим поперечным элементом каркаса салона, в значительной степени определяющим его жесткость при кручении.
В нижней части, где осуществляется присоединение силового агрегата, щит имеет усиление, а в средней части щита выполнен проем, необходимый для установки системы кондиционирования и отопления. Усиления в виде короба также выполнены в местах крепления элементов рулевого механизма.
Боковины изготавливают из трех отдельных штампованных деталей: наружной, простирающейся от передней стойки до задней части КМ (по всей длине), включая проемы дверей и боковых окон, внутренней и усилителя. При этом размеры детали должны быть очень точными, что позволяет облегчить подгонку и размещение дверей. Крышу с задним оконным проемом изготавливают из одного цельного листа металла, в этом случае проем получается достаточно точным.
Передний щит и задняя панель кузова, крыша, боковины и пол образуют салон КМ, который собирают в главном кондукторе после того, как предварительно подсобраны внутренние панели боковин и внутренняя рама крыши.
Передние крылья в целях упрощения их замены при повреждениях можно выполнять съемными. Задние крылья для получения требуемой жесткости присоединены к кузову с помощью сварки, в результате чего крылья являются частью боковины.
Кузов автомобиля ВАЗ 2108(09) — цельнометаллический, сварной, несущей конструкции (рис. 2.1.1.). Элементы кузова соединены между собой контактной сваркой, а в труднодоступных местах — электросваркой (полуавтоматом в среде инертного газа). Стыки панелей и сварные швы герметизированы мастикой. Съемные детали кузова: двери, крышка багажника на ВАЗ-21099, дверь задка на ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109, капот, передние крылья, передний и задний бамперы.
Рис. 2.1.2. Детали каркаса кузова: 1 – панель рамки радиатора; 2 – кронштейн крепления блок-фары; 3 – верхняя поперечина рамки радиатора; 4 правый передний лонжерон; 5 – правый брызговик переднего крыла; 6 – правое переднее крыло; 7 – соединитель рамы ветрового окна и боковины; 8 капот; 9 – правая наружная панель боковины; 10 – рама ветрового окна; 11 – панель крыши; 12 – арка заднего колеса; 13 – внутренняя стойка рамы ветрового окна; 14 – дверь задка; 15 – левая наружная панель боковины; 16 – желобок проема двери задка; 17 – панель задка; 18 – передняя дверь; 19 – задняя дверь; 20 – задний лонжерон пола; 21 задний пол; 22 – средний пол; 23 – нижняя накладка боковины; 24 – усилитель пола под установку домкрата; 25 – передняя поперечина пола; 26 – передний пол; 27 – левое переднее крыло; 28 – левый брызговик переднего крыла; 29 – щиток передка; 30 – левый передний лонжерон; 31 – стойка рамки радиатора; 32 – нижняя поперечина рамки радиатора