Расчет упругих элементов подвески

Построение упругой характеристики рессорной подвески производят с упрощениями: пренебрегают трением в подвеске и массой неподрессоренных частей автомобиля; считают упругую характеристику рессоры прямо­линейной; исходят из того, что на колесо действует только нормаль­ная реакция дороги ; сила, деформирующая рессору, равна реак­ции ; прогиб рессоры равен ходу колеса.

Определяют статическое значение нормальной реакции для порожнего автомобиля .

 Задаются желаемой частотой собственных колебаний подрессоренных масс и по графику (рисунок) определяют статический ход колеса , обеспечивающий необходимую плавность хода порожнего автомобиля.

Откладывая полученные значе­ния  и , проводят прямую (0 - A), представляющую собой ориентировочную упругую характеристику проектируемой подвески.

Определяют нормальную статическую реакцию на колесо при полной нагрузке на автомобиль  и находят по графику соответст­вующий ей ход  колеса. Затем по графику проверяют, укладывается ли в допустимые пределы частота собственных колеба­ний загруженного автомобиля при ориентировочной упругой характеристике подвески.

Если частота не находится в допустимых пределах, вносят в характеристику необходимые изменения. Если же частота укладывается в эти пределы, то задаются коэффициентом динамично­сти  и рассчитывают максимальную нагрузку, передаваемую через подвеску:

.

При нагрузке  и линейной характеристике рессоры динамиче­ский ход колеса получается неприемлемо большим. Для его ограниче­ния устанавливают деформируемый резиновый буфер. Это позволяет задаться величиной динамического хода.

Динамический прогиб по отношению к статическому для легко­вых автомобилей –  = 0,5 ; для автобусов –  = 0,75 ; для грузовых автомобилей –  = . Откладывая значения  и  на упругой характеристике, находят точки С и D.

Высокие динамические возможности подвески реализуются срав­нительно редко, поэтому допускается значительное увеличение ее жесткости в конце хода сжатия. Учитывая это, задают деформацию буфера в пределах  = (0,35÷0,4) . Отложив значение  на упругой характеристике, находят точку B, соответствующую динамическому ходу, при котором вступает в действие буфер.

Соединив точки B и A получают желаемую упругую характеристику (0 - B - D) проектируемой подвески. По ней определяют расчетные нагрузку  и деформацию  рессоры, а также необходимую жесткость буфера – .

Нагрузки, действующие на заднюю подвеску ненагруженного и нагруженного грузового автомобиля, различаются значительно, вслед­ствие чего для нагруженного автомобиля статический прогиб полу­чается неприемлемо большим. Это и вызывает необходимость приме­нения дополнительной рессоры (подрессорника). Принимают, что подрессорник включается в работу при нагрузке

,                                     (11.19)

где  и  – часть веса нагруженного и порожнего автомобиля, приходящаяся на задний мост, соответственно.

На ориентировочной упругой характеристике задней подвески отмечают точку B с ординатой , соответствующую началу вступления в действие подрессорника.

Установлено, что жесткости подрессорника  и основной рессоры  должны быть связаны зависимостью

,               (11.20)

исходя из которой и строятучасток характеристики, на котором обе рессоры должны работать совместно.

Для этого через точку B проводят линию (B - E), пересекающую линию (0 - B) под углом . Из характеристики находят ход  колеса при полной нагрузке на колесо и по графику проверяют, достигается ли необходимая плавность хода.

Последний участок характеристики, когда вступает в действие резиновый буфер, строят так же, как для передней рессоры.

Расчет рессоры производят только на изгиб по приближенным формулам, проверяя, выполняются ли условия необходимой упругости

     (11.21)

и прочности рессоры

,           (11.22)

где  – коэффициент деформации, учитывающий отклонение формы рессоры от балки равного сопротивления;  и  – расчетная нагрузка и деформация, которые определяют по упругой характеристике;  – приведенная длина рес­соры (); – модуль упругости 1-го рода; l – длина рессоры; b и s – ширина и толщина листа рессоры; i – число листов.

Длину рессоры выбирают в пределах , где  – база автомобиля. Размеры  и  устанавливают при пред­варительной компоновке подвески. Затем определяют совместным ре­шением уравнений (11.21) и (11.22) толщину листа, а по формуле (11.22) ши­рину листа. Полученные значения b и s уточняют по сортаменту про­ката рессорных сталей. Числом листов задаются в пределах i = 6 ÷ 14.

Допустимые напряжения при максимальном прогибе – [ ] = 800 ÷ 1000 МПа.

Желаемую упругую характеристику независимой подвески строят графоаналитиче­ским способом.

Исходя из компоновки и анализа выполненных кон­струкций, задают кинематическую схему направляющего устройства. Затем в масштабе строят ряд положений рычагов со стойкой и указывают соответствующие им положения центров опорной пло­щадки витой цилиндрической пружины (точки , , , ) и колеса (точки , , , ).

После этого определяют вертикальные деформации пружины  и пере­мещения  колеса, соответствующие каждому положению рычагов, и по этим данным строят график зависимости перемещений колеса от деформации пружины – кинемати­ческую характеристикуподвески.

Затем, пренебрегая трением в подвеске и массой колеса, из усло­вия равенства приращения потенциальной энергии пружины, которая деформируется силой  на величину , работе, совершаемой си­лой  при подъеме колеса на высоту

,  (11.23)

находят зависимость, связывающую силы  и :

.      (11.24)

По аналогии с существующими конструкциями задаются упругими характеристиками пружины подвески. Используя их, кинематическую характеристику подвески, а также формулу (11.24), строят семейство кривых (ориентировочные упругие характеристики подвески).

Отложив по оси ординат заданные значения  и  статической нормальной реакции на колесо для порожнего и нагруженного автомобилей, выбирают кривую, которая обеспе­чит перемещение в пределах, отвечающих требованиям плав­ности хода. Ее и принимают за желаемую ориентировочную упругую характеристику.

Затем задаются значениями ,  и , и достраивают характеристику так же, как и в случае построения упругой характе­ристики рессорной подвески.

Порядок подбора пара­метров пружины:

1. По условиям компоновки выбира­ется средний диаметр  пружины, а из соотношения  = 7 ¸ 12 – диаметр проволоки, округляя его до ближайшего большего значения  по сортаменту. Определяется количество рабочих вит­ков и деформация пружины в положении статического равнове­сия. Последняя не должна превышать деформацию пружины на ходе отбоя. Если это условие не соблюдается, изменяются  и , и подбор парамет­ров пружины повторяется.

2. Определяется напряжение в пру­жине в положении статического рав­новесия, которое не должно превышать допускаемых значений. В противном случае изменя­ется  () и расчет повторяется.

3. Определяются основные размеры пружины: длина пружины в сжатом состоянии, общая длина и шаг навив­ки. При неприемлемых размерах пру­жины увеличивается ее диаметр и про­изводится перерасчет. После оконча­тельного выбора параметров пружины проводится повторное уточнение напряжений, деформаций и жесткости.

Расчет витой цилиндрической пружины независимой подвески производят аналогично расчету пружины сцеп­ления. Необходимые расчетные нагрузки на пружину и ее деформации определяют из построенной упругой характеристики подвески с учетом ее кинематической характеристики и упругой характе­ристики пружины.

Допускаемое напряжение кручения – [ ] = 600 ÷ 800 МПа.