Общие принципы расчёта кузова (рамы) на работоспособность.

При движении автомобиля несущий кузов воспринимает изги­бающие нагрузки от веса груза, пассажиров, установленных на нем агрегатов и механизмов, а также от собственного веса. Кузов воспринимает также крутящие нагрузки при боковых кренах и перекосах мостов, инерционные нагрузки при разгоне и тормо­жении, испытывает вибрации при собственных колебаниях.

Кузов представляет собой пространственную систему, и его расчет на сложные напряжения изгиба и кручения весьма затруд­нителен.

Расчет кузова производится различными приближенными ме­тодами с упрощениями и допущениями. К этим методам относят­ся следующие: метод потенциальной энергии, метод тонкостен­ных стержней и метод конечных элементов.

Метод потенциальной энергии используют при сравнительных расчетах на начальной стадии проектирования кузова.

Метод, основанный на теории тонкостенных стержней, при­меняют после завершения разработки конструкции кузова.

Метод конечных элементов является наиболее точным при рас­чете кузова. Этот метод основан на совместном рассмотрении на­пряженного состояния системы небольших элементов конечного размера. Метод заключается в том, что реальная конструкция ку­зова автомобиля заменяется структурной моделью (рис 14.18), состоящей из простейших элементов (стержни, пластины и дру­гие объемные детали) с известными упругими свойствами. А при известных упругих свойствах отдельных элементов можно опреде­лить свойство кузова при определенных нагрузках.

Расчет кузова выполняют за несколько этапов. Вначале кузов разбивают на отдельные простые элементы. При этом на одной половине по оси симметрии кузов разбивают на 200 — 500 элемен­тов. Затем получают координаты узловых точек кузова. После это­го проводят расчет с использованием ЭВМ.

Однако основным методом оценки прочности кузова являются стендовые или дорожные испытания кузова на изгиб и кручение.

Прочность кузова оценивают по пределу текучести материала as. При одностороннем растяжении или сжатии допускаемые напря­жения

где £без = 1,3... 1,8 — коэффициент безопасности, учитывающий местные концентраторы напряжений, технологические отступле­ния, нестабильность механических свойств и др.

 

 

Удельная крутильная жесткость кузова характеризует сопротив­ление кузова закручиванию. Она представляет

собой отношение крутящего момента к углу закручивания кузова на длине базы авто­мобиля, умноженное на размер базы. Для легковых автомобилей удельная крутящая жесткость кузова составляет 130...300 Н*м2/°.

Удельная изгибная жесткость кузова характеризует изгиб кузо­ва в вертикальной плоскости. Она представляет собой отношение нагрузки к прогибу кузова, умноженному на размер базы автомо­биля в третьей степени. Для легковых автомобилей изгибная жест­кость кузова находится в пределах 850... 2 200 Н • м2/°.

Для изготовления автомобильных кузовов применяют стали, физико-механические свойства которых позволяют в высокой сте­пени механизировать и автоматизировать производство кузовов.

В связи с высокими требованиями к штампуемое для кузовов используют низкоуглеродистую сталь 08кп и конструкционную сталь 08.

Для панелей большого размера (крыша, задние крылья, две­ри, пол и др.) применяют листовую сталь толщиной 0,9 и 0,75 мм. Детали каркаса (стойки, пороги, продольные балки и поперечи­ны основания) изготавливают из листов толщиной 1,0 и 1,3 мм. Для отдельных усилителей используют листы толщиной 1,6... 2,4 мм.

Нахождение центра тяжести.

Центр тяжести (ЦТ) машины определяется графически. Для этого на бумаге в клетку или миллиметровке в избранном масштабе вычерчивается схема автомобиля, на которой прорисовывается компоновка и наносятся точки, соответствующие центрам тяжести всех основных узлов (рис. 1).

Если отдельные элементы размещены несимметрично относительно продольной оси, необходимо выполнить в том же масштабе вторую проекцию.

Далее заполняется таблица: последовательно в каждой графе указываются соответствующие точкам узлы, их вес (масса) и координата X - расстояние до нулевой отметки по оси машины. Вес кузова и рамы распределяется по длине достаточно равномерно.

Координата ЦТ машины определяется из общей суммы произведений веса каждого узла на собственную координату, деленной на полный вес автомобиля. Для нашего случая:

XЦТ=(ΣGiXi)/(ΣGi)=105489/602=170(см)

где: Gi - вес отдельного узла,

Xi - координата отдельного узла,

ХЦТ - координата ЦТ машины.

Из схемы и соответствующей ей таблицы нетрудно определить распределение нагрузки по осям, исходя из условия, что сумма моментов сил относительно любой из осей должна быть равна нулю. Так, относительно задней оси:

Σ Gi*(Х02- ХЦТ) = G01 * (Х02-Х01),

где: Х02 - координата задней оси, Х01 - координата передней оси, G01 - нагрузка на переднюю ось.

Тогда:

G01=ΣGi*(X02-XЦТ)/(X02-X01)=602(242-175)/(242-45)=~218(кгс)

Соответственно, нагрузка на заднюю ось составит: G02 = ΣGi-G01= 602-218 = 384 (кгс).