Подвеска. Арискин И.А. АТ-1101. Переднеприводный легковой автомобиль 2 кл. Модернизация передней подвески
 Скачать 3.23 Mb.
|
|
2.2 Расчет передней подвески автомобиля. Анализ сил, действующих на элементы подвески от статической нагрузки Рисунок 2.1 - Схема передней подвески. Векторная диаграмма сил Вертикальная реакция отвеса, приходящегося на передние колеса, за вычетом веса неподрессоренных масс, приложенная в центре пятна контакта колеса с дорогой (сила W), уравновешивается двумя силами Р и R: W = Р + R, где Р - сила, направленная по оси, проходящей через центр шаровой опоры и шарнир нижнего рычага она вызывает растяжение рычага и приложена в центре шаровой опоры R -в свою очередь может быть разложена на две силы и Q: R=S+Q, где - сила, действующая настойку вдоль оси пружины, равная усилию сжатой пружины Q- сила, действующая на шток стойки в центре верхней опоры стойки перпендикулярно оси пружины. W = G1/2 - q = 7271/2 - 45 = 3590,5H (2.46) 43 где G1 - вес, приходящийся на передние колеса полностью загруженного автомобиля, равный 7271 H; q - вес неподрессоренных масс, принимаем равным 450 H. Из векторного уравнения имеем W=3590,5H Р H R=38502975 H S=3691,005H Q=1096,02875H Принимаем собственную частоту колебаний подрессоренных масс n = 72 кол./мин.= 1,2 Гц. Необходимый статический прогиб подвески fст.подв. = 2 2 300 n =17,361 см Требуемая приведенная жесткость подвески Сподв.прив. ..подв fст W =209,32 Н/см Мгновенная передаточная функция направляющего аппарата подвески в статике 0157 , 1 3634 3691,005H W S (2.47) (2.48) (2.49) 44 Требуемая жесткость пружины Спруж. = Сподв.прив. 2 = х 2 =21594,4 Нм Для расчета параметров пружины предварительно выберем передаточное число подвескиi,индекс пружины = Dср/d и значение касательного напряжения исходя из предела прочности материала пружины сталь 60С2Г). β = 11; τ = 1000 МПа i = 0.85 K = 1+1.5/β = 1.14 Определим диаметр прутка пружины Определим средний диаметр пружины Определим число рабочих витков пружины где G – модуль упругости второго рода (2.50) (2.52) (2.53) (2.51) 45 G = 0,781*10 5 Мпа; Примем число рабочих витков n = 4 Полное число витков - n1=n+1.5= 5.5 Внутренний диаметр пружины – D 1 =68 мм Длина пружины при статической нагрузке – Hl =235 мм Диаметр проволоки или прутка - d = 10.1 мм Средний диаметр пружины -Dcp.= 111.08 мм Статический прогиб пружины 2 61 781000 8 4 3 d P Dcp n пруж fсс мм Жесткость пружины 1 , 28396 08 , 111 4 8 1 , 10 781000 8 3 4 3 4 ср пр D n d G Спруж Нм Длина пружины, сжатой до соприкосновения витков Нс = (nl + l)d+0.25nl+0.05d= 121.79255 мм Принимаем Нс = мм Из компоновки Динамический прогиб пружины (2.54) (2.55) (2.56) (2.57) 46 fдин.пруж. = 84 мм Длина пружины при динамической нагрузке Н = H1 - fдин.пруж. =151 мм Суммарный межвитковый зазор при Н = Н — Н 29 мм Межвитковый зазор при Н 8 3 n мм Длина пружины в свободном состоянии Но = H1 + fcт.пруж. = 397.668 мм Принимаем Но 398 мм Коэффициент формы пружины К = 1 + 1.5d/Dcp. = 1.158101 Касательные напряжения в пружине К 0 8 3 H/мм 2 Статическая нагрузка (2.58) (2.59) (2.60) (2.61) (2.62) 47 Р = Спруж.(Но – H1) = 3006 Н Касательные напряжения при Р 1 = 574.5 Н/мм 2 Динамическая нагрузка Р = Спруж.(Но - Н) = 4555 Н Касательные напряжения при Р 2 = 870.5 Н/мм 2 Нагрузка на пружину, сжатую до соприкосновения витков РЗ =Спруж.(Но - Нс) = 5090 Н Касательные напряжения при РЗ: 3 = 972,75 Н/мм 2 Предел прочности для стали 60С2Г по ТУ 14-1-530-73: в = 1350 Н/мм 2 Условие работоспособности в 72 0 / 1350 / 75 972 2 2 max мм Н мм Н в Проверочный расчет на плавность хода. (2.63) (2.64) 48 Приведенная жесткость подвески Сподв.прив. = Спруж./ 2 =181,574 Н/см Статический прогиб подвески fстат.подв. = W/Сподв.прив. =20,014 см Собственная частота колебаний подрессоренных масс П = 300 подв fст =67,059 кол./мин.= 1,118 Гц. Определение усилий, действующих на детали передней подвески в режиме торможения При торможении автомобиля происходит перераспределение нагрузки на передние и задние колеса. Величина дополнительной нагрузки на каждое из передних колес определяется по формуле , 81 где а - полный вес автомобиля с грузом в кг, равный 1513 кг J - максимальное замедление при торможении в мс ; величина j достигает на современных автомобилях j max = 8...9 мс в расчете принимаем j = 9 мс высота центра тяжести автомобиля в м (2.65) (2.66) (2.67) (2.68) 49 ориентировочно принимаем h g = 0.55 м. L - база автомобиля в м у нас L= 2.492 м. Рисунок 2.2 - Схема сил, действующих на подвеску автомобиля при торможении. H W 1503 492 2 2 55 0 9 Нагрузка на переднее колесо будет равна H W G W T 75 5586 1503 2 7271 Вертикальная реакция от за вычетом веса неподрессоренных масс, приложенная в центре пятна контакта колеса с дорогой, сила W" будет равна W "= W T –q = 5586.75 - 450=5136.75 Н (2.69) (2.70) 50 В этом случае усилия, действующие на элементы подвески от вертикальной составляющей W ", согласно векторной диаграмме будут равны W"=5136.75 Н Р 1603,62 Н R=5442,43H S= Н Q=1549,26H Сила торможения X T = W T =3910.725 Н где = 0.7 - коэффициент сцепления колеса с дорогой. Перенося силу в вертикальном направлении в точку О, получим тормозной момент 8 Нм где r k - радиус качения колеса в м, равный 0.26 ми свободную силу X T. Усилия, действующие на элементы подвески от тормозного момента H b a r X b a M S S k T T н в 1627 где а = 555 мм, в = 70 мм. Усилия от силы X T : H b a b X X T b 438 H b a a X X T H 7 3472 (2.71) (2.72) (2.73) (2.74) (2.75) 51 Результирующая сила, действующая на верхнюю опору стойки в продольной плоскости автомобиля H X S Q в в пр 9 Результирующая сила, действующая на верхнюю опору стойки подвески в режиме торможения H Q Q Q пр рез 87 , 1952 Шаровой палец нижнего рычага передней подвески нагружен в продольной плоскости автомобиля силой Н + Х Н = 5099.7 Н Результирующая сила, действующая на нижний шаровой палец в режиме торможения H X S Р P H H рез 72 , 7295 2 2 (2.76) (2.77) (2.78) (2.79) 52 Определение усилий, действующих на детали подвески при заносе автомобиля Рисунок 2.3 - Схема сил в передней подвеске при заносе. Векторная диаграмма сил При заносе автомобиля, когда весь вес передка передается на одно колесо, имеем W=G 1 -q =7271 -450 =6782H где G 1 - вес, приходящийся на переднюю ось, равный 7271 H; q - вес неподрессоренных масс, приходящийся на одно колесо. Y=W =5402H Боковую силу Y переносим в точку Ос моментом (2.80) (2.81) 53 My = Y *r кз где 2576 0 44 7 cos 26 0 cos // 0 k кз r r м; r k = 0.274 м - угол крена автомобиля находим по формуле ; 44 7 , 135714 0 1400 100 90 / 0 max max arctg B f f tg oтб сж где fсж.max - максимальный ход сжатия подвески, равный 90 мм б - максимальный ход отбоя подвески, равный 100 мм В - колея передних колес, равная 1400 мм. My = Нм H b а М Р Р у Н в 8 где а = 0.491 м в = м. Усилия от боковой силы Y: H b a a Y Y 4770 / H b a b Y Y 5 Усилие, действующее на нижний шаровой палец, от поперечной составляющей силы Р = 7272.8 Н (2.82) (2.83) (2.84) (2.85) (2.86) (2.87) 54 где Р - усилие, действующее на нижний шаровой палец Усилие Р, действующее на нижний шаровой палец от вертикальной силы W, определяется из векторной диаграммы Р 2409,30 Н. Результирующая сила, действующая на нижний шаровой палец, от поперечной и вертикальной составляющих (Y и W), приложенных в пятне контакта, будут равна Ррез Р - Р 4863,5 Н (углом между линией действия сил Y', Р и Р пренебрегаем ввиду его малости. Расчет шарового пальца нижнего рычага передней подвески. Расчет шарового пальца производим для случая наибольшего его нагружения, например при заносе автомобиля. Сила, изгибающая палец Pрeз = 4863,5 Н l = 24 мм — расстояние от линии действия Ррез до опасного сечения I-I; d = 15 мм - диаметр пальца в этом сечении. Рисунок 2.4 - Расчетная схема шарового пальца. Напряжение изгиба пальца в сечении 1-1: (2.88) 55 850 85 , 345 1 0 3 Т рез И И И МПа d l Р W М Мпа Напряжение среза пальца 52 , 27 4 15 5 , 4863 2 ср рез ср F Р , МПа Допустимое напряжение среза 255 850 3 0 3 0 Т ср Мпа Материал пальца Сталь 38ХГНМ, ТУ 14-1-535-73 в. 1000 Мпа Т 850 Мпа Расчет стабилизатора поперечной устойчивости на прочность Диаметр прутка 18 мм Угловая жесткость стабилизатора определяется по формуле EI l l l ЕI l I G l l f Р С C р Т c Т 3 ) 2 ( 3 2 1 2 2 2 2 3 1 После преобразований , ) 2 ( 2 4 3 2 2 2 2 где С - перемещение одного конца стабилизатора относительно другого l C = 1200 мм мм мм 840 мм 247.5 мм (2.89) (2.90) (2.91) (2.92) (2.93) 56 4 4 5153 64 мм d I по компоновке 2f C = 148 мм E=2*10 п. м Н С Т / 10 89 , 4 ) 5 247 2 1200 ( 5 247 458 2 5 418 840 4 5153 10 2 3 3 2 2 2 Найдем усилие Р приложенное к концам стабилизатора Р 72 , 723 2 C Т f С H Наиболее опасным сечением будет сечение в точке 2. М изг Р Нм Напряжение от изгиба 516 32 3 d М W М изг изг изг МПа Напряжение кручения 3 90 16 3 d Рl W М КР КР МПа Приведенные напряжения по четвертой теории прочности 34 539 3 90 3 16 516 3 2 2 2 2 пр МПа (2.94) (2.96) (2.95) (2.97) (2.98) (2.99) 57 Предел прочности для стали 60С2Г: в = 1350 Мпа. 399 0 в пр Рисунок 2. 5 - Схема сил действующих на стабилизатор Расчет стабилизатора поперечной устойчивости на прочность Диаметр прутка 20 мм Угловая жесткость стабилизатора определяется по формуле EI l l l ЕI l I G l l f Р С C р Т c Т 3 ) 2 ( 3 2 1 2 2 2 2 3 1 После преобразований , ) 2 ( 2 4 3 2 2 2 2 где С - перемещение одного конца стабилизатора относительно другого l C = 1200 мм 1=418.5 мм l C =458.0 мм L T = 840 мм l 2 = 247.5 мм (2.100) 58 4 4 98 7853 64 мм d I по компоновке 2f C = 148 мм E=2*10 п. м Н С Т / 10 45 , 7 ) 5 247 2 1200 ( 5 247 458 2 5 418 840 4 98 7853 10 2 3 3 2 2 2 Найдем усилие Р приложенное к концам стабилизатора Р 6 , 1102 2 C Т f С H Наиболее опасным сечением будет сечение в точке 2. М изг Р Нм Напряжение от изгиба 72 1078 32 3 d М W М изг изг изг МПа Напряжение кручения 1 188 16 3 d Рl W М КР КР МПа Приведенные напряжения по четвертой теории прочности 84 1126 1 188 3 72 1078 3 2 2 2 2 пр МПа Предел прочности для стали 60С2Г: (2.101) (2.102) (2.103) (2.104) (2.105) (2.106) 59 в 1350 Мпа. 835 0 в пр Расчет угловой жесткости передней подвески Угловая жесткость подвески определяется по формуле С пп = 2*С пруж .*d 2 + т где d = B/2 = 1400/2 = 700 мм. В – колея передних колес Угловая жесткость подвески со стандартным стабилизатором С пп = 2 *28396,1*0,7 2 + 4890 = 32,7*10 3 Нм Угловая жесткость подвески с новым стабилизатором С пп = 2 *28396,1*0,7 2 + 7450 = 35,3*10 3 Нм С пп /С зп = 1,2 Угловая жесткость задней подвески С зп = С пп /1,2 = 35,3*10 3 / 1,2 = 29,4*10 3 Нм Общая угловая жесткость подвески автомобиля С = С пп + С зп = 35,3*10 3 + 29,4*10 3 = 64,7 *10 3 Нм Угловая жесткость подвески автомобиля (2.107) (2.108) (2.109) (2.110) (2.111) 60 С = m п y /φ + g) где m п подрессоренная масса автомобиля, кг h φ – плечо крена (расстояние от центра масс до оси крена, м j y – боковое ускорение автомобилям с φ – допускаемый угол крена, рад – ускорение свободного падениям с п 1468 кг j y = 4 мс h φ = B/2 = 1400/2 = 700 мм = 0,7 мВ – колея передних колес g = мс Допускаемый угол крена автомобиля после преобразований φ = С п y – g/j y φ = 64,7 *10 3 /1468*0,7 *4 – 9,81 /4 = 3,2° < 4° Вывод из вышеприведенных расчетов видно, что жесткость стабилизатора поперечной устойчивости стала выше, благодаря чему стала выше и угловая жесткость передней подвески. Значение расчетного угла крена автомобиля меньше допускаемого, те. соответствует требованиям стандартов. (2.112) (2.114) (2.113) 61 3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3.1 Анализ технологичности конструкции изделия В этой части дипломного проекта будет рассмотрен технологический процесс сборки передней подвески автомобиля ВАЗ. Выбор рациональной организации сборки во многом определяет эффективность всего производства изделий в машиностроении. Прежде всего исходят из основных требований предъявляемых к процессу сборки, экономии рабочего времени и средств, сокращения продолжительности цикла, рационального использования производственных площадей. Общие требования к технологичности конструкции изделия а) возможность узловой сборки, т.к. наличие в конструкции сборочных единиц, допускающих независимую сборку б) возможность одновременного и независимого присоединения узлов к базовому элементу изделия в) возможность механизации сборочных работ г) инструментальная доступность д) контропригодность; е) применение несложных сборочных приспособлений ж) использование методов обеспечения точности. 3.2 Разработка технологической схемы сборки Последовательность сборки зависит от конструкции собираемого изделия и степени дифференциации сборочных работ. Наиболее полное и наглядное представление о сборочных свойствах изделия, о его технологичности и возможностях организации процесса сборки дают схемы сборки изделия и установки при сборке. При этом изделие делят на группы, подгруппы и детали. Сборочная единица, непосредственно входящая в состав изделия, называется группой. Сборочная единица, входящие в изделие в составе группы, называется подгруппой. Если сборочная единица непосредственно входит в состав группы, то она называется подгруппой 62 первого порядка. Сборочная единица, входящая непосредственно в подгруппу первого порядка, называется подгруппой второго порядка и т.п. Составные части изделия на схеме обозначают прямоугольником, разделенным натри части 1) в верхней части вписывают наименование составной части 2) в нижней левой части - номер составной части 3) в нижней правой части -число составных частей. Графическое изображение в виде условных обозначений последовательности сборки изделия или его составных частей называют схемой сборки изделия. При проектировании сборочных операций определяют последовательность и возможность совмещения во времени технологических переходов, выбирают оборудование, приспособления и инструмент, составляют схемы наладки оборудования, устанавливают режимы работы, определяют нормы времени на технологические операции и соответствующие разряды сборщиков. Сборочные операции строят по принципу дифференциации и концентрации. Дифференциация операций позволяет параллельно выполнять узловую и общую сборку и применять высокопроизводительное сборочное оборудование. Это сокращает длительность цикла сборки и, следовательно, повышает производительность труда. Дифференциацию операций используют при поточной сборке, концентрацию - во всех остальных случаях. При концентрации операций технологические переходы выполняют последовательно, параллельно или параллельно-последовательно. Последовательность сборочных операций определяют на основе схем сборки изделий и установки при сборке, соблюдая следующие требования 1) предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих 2) для поточной сборки разбивка процесса на операции должна осуществляться с учетом такта сборки 3) после операций, содержащих регулирование или пригонку, а также после операций, при 63 выполнении которых может появиться брак, необходимо предусмотреть контрольные операции. Поточную сборку характеризует действительный темп сборки, который определяет период времени равномерного выпуска собранных изделий. По механизации и автоматизации процесса сборка делится наручную, механизированную, автоматизированную и автоматическую. Абсолютными показателями технологического процесса сборки являются 'себестоимость и трудоемкость выполнения процесса сборки машины. Эффективным средством уменьшения трудоемкости сборочных процессов является их механизация и автоматизация. Значительное снижение трудоемкости сборки достигается применением в автоматизированных сборочных линиях различных транспортирующих устройств бункеров, магазинов, разделителей потоков и др. |