9.3. Расчет кузова

Нагрузочные режимы и расчет кузова значительно сложнее, так как несущий кузов, представляет собой сложную оболочковую конструкцию с различными проемами и стойками. До недавнего времени основным методом оценки прочности кузова легкового автомобиля и автобуса считались стендовые и дорожные испыта­ния на изгиб и кручение с тензометрированием напряжений во множестве точек.

Деформации и напряжения, действующие в несущем кузове, можно определять различными аналитическими методами:

1. приближенным – методом потенциальной энергии, используе­мым при сравнительных расчетах на начальной стадии проекти­рования кузова;

2. точным – методом, основанным на теории тонкостенных стерж­ней, применяемым обычно после завершения проектирования кузова;

3. методом конечных элементов, представляющим практически неограниченные возможности для анализа напряжений и дефор­маций (вибраций) в кузове, но требующим применения ЭВМ.

Разработаны методы приближенного расчета деформаций или повреждений кузова от удара при аварии (спереди, сзади, сбоку или сверху).

Метод конечных элементов заключается в том, что реальная конструкция заменяется структурной моделью, состоящей из про­стейших элементов, таких как стержни, пластины и т.п. с извест­ными упругими свойствами. Расчет осуществляется в несколько этапов. Сначала конструкцию разбивают на простые элементы. Например, выделяют половину кузова по плоскости симметрии и разбивают ее на 200 ÷ 500 элементов.

Затем определяют координаты узловых точек. На рисунке в качестве примера пока­зана модель с пятью узловыми точками 1^' - 5^' и семью стержнями (элементами) 1 – 7.

После этого выполняют расчет на ЭВМ по специально разработанной программе, задавая внешние нагрузки и определяя напряжения в каждом элементе. Обычно структурная модель кузова рассматривается без учета различных мелких эле­ментов (отверстий, гофр, сварки и др.), которые могут оказать заметное влияние на напряженное состояние кузова.

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

Прочность кузова оценивают по пределу текучести материала .

При одностороннем растяжении или сжатии допускаемые напря­жения определяют по формуле:

, (9.13)

где –коэффициент безопасности, учитывающий местные концентраторы напряжений, технологические отступле­ния, нестабильность механических свойств и др.

Для получения необходимой прочности кузова при изгибе должны выпол­няться следующие условия:

, (9.14)

или

. (9.15)

При кручении должно выполняться условие:

. (9.16)

При сложном напряженном состоянии:

. (9.17)

10. Мосты

10.1. Назначение. Классификация. Требования

Мостом называется узел автомобиля, соединяющий колеса одной оси между собой и через подвеску с несущей системой.

Мост воспри­нимает от колес силы и реактивные моменты, возникающие в резуль­тате взаимодействия колес с дорогой, и передает их подрессоренной части.

Функционально мосты подразделяют на ведущие, управляемые, управляемые ведущие (комбинированные) и поддерживающие.

Ведущим называется мост с ведущими колесами, к которым подводится крутящий момент от двигателя. На автомобилях веду­щими мостами могут быть только передний, только задний, а также средний и задний или одновременно все мосты. Наиболь­шее распространение получили задние ведущие мосты на автомо­билях ограниченной проходимости с колесной формулой 42, предназначенные для эксплуатации на дорогах с твердым покры­тием и сухих грунтовых дорогах.

Управляемым называется мост с ведомыми управляемыми ко­лесами, к которым не подводится крутящий момент двигателя. Управляемыми на большинстве автомобилей являются передние мосты.

Комбинированным называется мост с ведущими и управляемы­ми одновременно колесами. Комбинированные мосты применя­ются в качестве передних мостов в переднеприводных легковых автомобилях, в полноприводных автомобилях повышенной проходимости и на автомобилях высокой проходимости, предназначенных для эксплуатации в тяжелых до­рожных условиях.

Поддерживающим называется мост с ведомыми колесами, ко­торые не являются ни ведущими, ни управляемыми. Наибольшее применение поддерживающие мосты получили на прицепах и полуприцепах. Они применяются также на многоосных грузовых автомобилях и в качестве задних мостов на переднеприводных легковых автомобилях.

К автомобильным мостам предъявляют­ся следующие основные требования: ми­нимальная масса, наименьшие габаритные размеры и оптимальная жесткость.

В наиболее распространенных неразрез­ных мостах грузовых автомобилей мас­са моста не подрессорена и поэтому она должна быть наименьшей.

Требования уменьшения размеров обусловлены необ­ходимостью обеспечения заданного значе­ния дорожного просвета, высоты пола и положения центра масс автомобиля.

Оптимальная жесткость моста опреде­ляет жесткость системы управления и положение колес, нагруженность элемен­тов главной передачи и полуосей.