11.3. 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 строят участок 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 характеристику подвески.

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 истатической 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.