Модернизация подвески автомобиля ЗАЗ1102 Таврия (стр. 7 из 15)
Нагрузка на передний мост GV = 5770 Н
Нагрузка на колеса NV = 2885 Н
Половина веса неподрессоренных частей UV /2 = 343,35 Н
Сила тяги на третьей передаче LА1 = 352,8 Н
Плечо обкатки Ro = – 7 мм; Ro ст = – 5 мм
Угол наклона оси поворота в поперечной плоскости δо = 15°
Угол продольного наклона оси поворота колеса ε = 3°
Схождение и развал колес γо = 0°
Расстояние между точками А и В в направлении оси с+о= 612 мм=0,612 м
Высота точки над поверхностью дороги d = 203мм, dо = 180 мм
Угол наклона рычага β β = 3°35′
Шины:
наружный диаметр D=588мм (544 c нагруз.)
статический радиус rст = 272 мм
диаметрический радиус rд = 282 мм
Так как рассматриваемый автомобиль имеет продольный угол наклона колеса и является переднеприводным, в направляющем устройстве передней подвески возникают дополнительные силы, действующие в продольном направлении.
Действующую в пятне катящегося колеса силу тяги LA1, следует вначале перенести в центр колеса, обозначив ее L′A1, а затем как L′′A1 перенести ее на ось поворота под прямым углом к последней. Это необходимо для расчета составляющих сил в направлении оси Z в точках А и В. Таким образом, сила тяги обозначаемая LA1, оказывается смещенной от центра колеса вниз на величину аL (рис. 5.1.).
аL = Ro sin δo
+ rд sin (δo + γ o) sin δo.При динамическом радиусе колеса rд = 282 мм плечо обкатки Ro уменьшается до Ro = – 7 мм.
аL = – 0,007 · 0,2588
+0,282 · 0,2588² = =0,01701 м.Дополнительно следует перенести боковую силу S1, которую следует рассматривать действующей на ось поворота колеса над дорогой на высоте:
ns = rд sin² ε = 0,282 · 0,0523² = 0,00077 м.
Вертикальные направляющие сил, которые необходимы для определения , можно получить, используя приведенный на рисунке вид сзади, по зависимости Вхо = Вуо сtg β и с помощью уравнения моментов относительно точки А:
где NV ′О = К1 NV - UV /2 = 1,6 · 2885 – 288,5 =4327,5 Н≈4,33 кН.
Рис. 5.1. Виды подвески сбоку (а) и сзади (б). 
Вхо =Вуо∙ctgβ=179,78 · 15,97 =2871,09 Н.
Направление действия силы Аzо, приведенной на виде сбоку, не очевидно. Поэтому, составляя уравнение моментов относительно точки А, вначале определяем:
где t = (с + о) cos δo tg ε = 0,612∙0,9659∙0,0524 = 0,031 ;
е = [(c + o) cos δo + d – rд] tg ε = [0,612∙0,9659+0,203–0,282]∙0,0524 = 0,0268.
Bzo=521,43 Н.
В точке А действуют взаимно перпендикулярные силы:
- Ахо + Вхо - S1 = 0; Ауо = Вуо + NV ′O; Аzо = Вzо - LA1
Ахо = Вхо - S1; Ауо = 179,78+4327,5; Аzо = 521,43–352,8
Ахо = 2871,09 –981= 1890,09 Н Ауо = 4507,28 Н Аzо =168,63 Н.
Эти силы раскладываем в направлении оси амортизатора и перпендикулярно ей аналогично статическому положению.
Ауu = Ayo · sin υ = 4507,28 · 0,1484 = 668,88 Н.
Ayv = Ayo · cos υ = 4507,28 · 0,9889 = 4457,25 Н.
Axs = Axo · sin æ = 1890,09 · 0,937 = 1771,01 Н.
Axt = Axo · cos æ = 1890,09 · 0,3494 = 660,4 Н.
Azs = Azo · cos æ = 168,63 · 0,3494 = 58,92 Н.
Azt = Azo · sin æ = 168,63 · 0,937 = 158,01 Н.
As = Azs + Axs = 58,92 + 1771,01 = 1829,93 Н.
Atв = Axt – Azt = 660,4 – 158,01 = 502,39 Н.
Asu = As · cos υ = 1829,93 · 0,9889 = 1809,62 Н.
Asv = As · sin υ = 1829,93 · 0,1484 = 271,56 Н.
F1 = Ayv + Asv = 4457,25 + 271,56 = 4727,81 Н.
Auв = Asu – Ayu = 1809,62 – 668,88 = 1140,74 Н.
Aquer = √Au² + At² = √1140,74² + 502,39² = 1246,47 Н.
Осуществляем проверку разложения сил на составляющие:
√Ахо² + Ауо² + Аzo² = √Au² + At² + F1² ;
√1890,09² + 4507,28² + 168,63² = √1140,74² + 502,39² + 4727,81² ;
4890,44 ≈ 4889,36
Следует дополнительно произвести расчет с использованием нижних значений нагрузки (знакопеременный или знакопостоянный), а также создание предпосылок для сложения всех сил, действующих в одной точке.
5.2.2. Определение нижних значений сил длительного действия
Нижнее значение нормальной нагрузки с учетом половины веса неподрессоренных масс:
В этом случае боковая сила S1 будет иметь противоположное направление, по сравнению с предыдущим расчетом. В этом случае силы в т.В:
Вхо =Byu∙ctgβ=-64,66 · 15,97 = -1032,62 Н
Силы в т.А:
- Ахо + Вхо + S1 = 0; Ауо = Вуо + Nv′u; Аzо = Вzо - LA1
Ахо = Вхо + S1; Ауо = - 82,74 + 902 Аzо = 352,8 – 352,8
Ахо = - 1032,62 + 981 Ауо = 800,84 Н Аzо = 0 Н.
Ахо = - 51,62 Н.
Осуществляем разложение сил в направлении оси амортизатора и перпендикулярно к ней, согласно схеме, приведенной на рис. 4.4 – 4.7:
Ауu = Ay о · sin υ = 800,84 · 0,1484 = 118,84 Н.
Ayv = Ay о · cos υ = 800,84 · 0,9889 = 791,95 Н.
Axs = Ax о · sin æ = - 51,62 · 0,937 = - 48,37 Н.
Axt = Ax о · cos æ = - 51,62 · 0,3494 = - 18,04 Н.
Azs = Az о · cos æ = 0 · 0,3494 = 0 Н.
Azt = Az о · sin æ = 0 · 0,937 = 0 Н.
As = Azs + Axs = 0 – 48,37 = - 48,37 Н.
Atн = Axt – Azt = - 18,04 – 0 = - 18,04 Н.
Asu = As · cos υ = - 48,37 · 0,9889 = - 47,83 Н.
Asv = As · sin υ = - 48,37 · 0,1484 = - 7,18 Н.
F1 = Ayv + Asv = 791,95 – 7,18 = 784,77 Н.
Auн = Asu – Ayu = - 47,83 – 118,84 = -166,67 Н.
Aquer = √Au² + At² = √(- 166,67)² + (- 18,04)² = 167,64 Н.
Осуществляем проверку разложения сил на составляющие:
√Ахо² + Ауо² + Аzo² = √Au² + At² + F1² ;
√(-51,62)² + 800,84² + 0² = √(-166,67)² + (-18,04)² + 784,77² .
802,5=802,5
Теперь необходимо сложить все силы, действующие в одной точке.
5.2.3 Определение сил в направляющей и на поршне
амортизатора при верхних значениях сил длительного действия
РРис. 5.2. Силы в направляющей и на поршне амортизатора при верхних значениях сил
Изгибающий момент в штоке амортизатора будет складываться из двух составляющих: в направлении U и в направлении Т.
Силы в направляющей втулке штока амортизаторной стойки:
С u = А u · ℓ′ / (ℓ′ – о′) = 1140,74 ∙ 0,347 / (0,347 – 0,136) = 1876 Н
Сt = Аt ∙ ℓ′ / (ℓ′ – о′) = 502,39 ∙ 0,347 / (0,347 – 0,136) = 826,21 Н.
Силы, действующие на поршень:
Кu = С u - А u = 1876 – 1140,74 = 735,26 Н
Кt = Сt - Аt = 826,21 – 502,39 = 323,82 Н.
5.2.4 Определение сил в направляющей и на поршне
амортизатора при нижних значениях сил длительного действия
Рис. 5.3. Силы в направляющей и на поршне амортизатора при верхних значениях сил
Так как нижние значения сил в точке А в направлениях U и Т отрицательны, т. е. направлены противоположно соответствующим им силам верхних значений нагрузок, то сразу можно определить знакопеременный характер нагружения штока амортизатора. Учитывая истинное направление сил нижних значений нагрузок:
С u = А u · ℓ′ / (ℓ′ – о′) = 166,67 ∙ 0,347 / (0,347 – 0,136) = 274,1 Н;
Сt = Аt ∙ ℓ′ / (ℓ′ – о′) = 18,04 ∙ 0,347 / (0,347 – 0,136) = 29,67 Н.
Силы, действующие на поршень:
Кu = С u - А u = 274,1 – 166,67 = 107,43 Н
Кt = Сt - Аt = 29,67 – 18,04 = 11,63 Н.
5.2.5 Преобразование знакопеременной нагрузки
Рис. 5.4. Схема знакопеременных нагрузок действующих на шток и поршень
Определяем приведенные силы при знакопеременной нагрузке в направлениях U и Т (рис. 5.4).
Аuw = 0,58 Аuо + 0,42 Аuu = 0,58∙1140,74+0,42∙166,67 = 731,63 Н.
Аtw = 0,58 Аto + 0,42 Аtu= 0,58 · 502,39 + 0,42 · 18,04 = 298,96 Н.
В формуле учтены отрицательные значения коэффициента 0,42 и противоположно направленных сил.
Результирующая знакопеременных нагрузок:
Аw = √Аuw² + Аtw² = √731,63² + 298,96² = 790,35 Н
Момент, изгибающий шток:
Млw = Аw · о′ = 790,35 · 0,136 = 107,49 Н∙м
В завершение следует определить минимальный для данного случая диаметр штока и убедиться, что имеющиеся напряжения не превышают допустимые.
В качестве материала штока применяем среднеуглеродистую, качественную сталь 40, обладающей следующими свойствами: σb min=568,98 Мпа, εs = 333,54 Мпа, δs=19% . Выбранная сталь дает отличные результаты при высокочастотной закалке, что для штоков амортизаторов весьма важно.
Допустимые напряжения:
σb = 0,6 σb min b1 b2 / (βКb · υ)=0,6 · 568,98 · 0,94 · 0,95 / (1 · 1,2) = 254,05 Мпа.
где 0,6 – коэффициент, справедливый для поверхностного упрочнения и вводится при использовании твердого хромирования штока амортизатора;
b1 = 0,94 – масштабный коэффициент, отражающий снижение предела выносливости с увеличением диаметра; определен для Ø 20 мм;