Примеры расчета подвески автомобиля

Содержание

Расчет параметров подвески автомобиля с учетом поперечно-угловых колебаний кузова Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»
Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Семёнов Никита Владимирович, Ролле Владимир Евгеньевич
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Семёнов Никита Владимирович, Ролле Владимир Евгеньевич
Текст научной работы на тему «Расчет параметров подвески автомобиля с учетом поперечно-угловых колебаний кузова»
Курсовая работа: Подвеска легкового автомобиля
Введение и постановка задачи
1. Тяговый расчет
1.1 Исходные данные
1.2 Определение полной массы автомобиля
1.3 Определение нагрузки на колеса
1.4 Подбор шин
1.5 Определение статического радиуса данной шины
1.6 Определение КПД трансмиссии
1.7 Определение параметров двигателя
1.7.1 Коэффициент сопротивления качению при максимальной скорости
1.7.2 Определение мощности двигателя на различных режимах

Расчет параметров подвески автомобиля с учетом поперечно-угловых колебаний кузова Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Семёнов Никита Владимирович, Ролле Владимир Евгеньевич

Рассмотрена методика расчета параметров подвески на примере легкового автомобиля среднего класса. В методике учтены не только поперечно-угловые перемещения, но и ускорения кузова. В результате применения методики повышается точность расчета угловых колебаний кузова автомобиля, что позволяет на стадии проектирования обоснованно выбирать параметры подвески автомобиля

Текст научной работы на тему «Расчет параметров подвески автомобиля с учетом поперечно-угловых колебаний кузова»

1. Русинов, Р.В. Двигатели автомобилей и тракторов [Текст] / Р.В. Русинов, РЮ. Добре-цов.— СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2009.- С. 120.

2. Русинов, Р.В. Сравнительный анализ эффек-

тивности работы дизелей с газотурбинным и механическим наддувом [Текст] / Р.В. Русинов, РЮ. -Добрецов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Наука и образование.— 2010. № 4.

Н.В. Семенов, В.Е. Ролле

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ С УЧЕТОМ ПОПЕРЕЧНО-УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА

Расчет параметров подвески автомобиля проводят исходя из обеспечения требуемых норм плавности хода для вертикальных колебаний кузова. Однако нормы плавности хода предусматривают также ограничение поперечных и продольных ускорений. Существенное влияние на снижение колебаний подрессоренной массы в поперечной плоскости оказывает наличие стабилизатора, выбор параметров которого осуществляют исходя из ограничения величины поперечно-угловых перемещений. Увеличение жесткости стабилизатора приводит к увеличению угловой жесткости всей подвески, а как следствие, к росту поперечных ускорений кузова и снижению плавности

хода. Таким образом, при расчете параметров подвески автомобиля необходимо учитывать поперечно-угловые колебания подрессоренной массы.

Для определения угловых колебаний кузова в поперечной плоскости была разработана математическая модель [2] системы подрессорива-ния автомобиля, расчетная схема которой представлена на рис. 1. Данная модель учитывает как силовое воздействие на кузов автомобиля (боковая сила), так и кинематическое воздействие на колеса (неровности дороги). Ввиду принятого при создании модели допущения, что распределение подрессоренной массы автомобиля сим-

Рис. 1. Расчетная схема системы подрессоривания автомобиля для определения поперечно-угловых колебаний кузова (на рис удалены индексы /, г)

метрично относительно продольной оси, колебания в поперечной плоскости независимы от колебаний в продольной плоскости.

На рис. 1 приняты следующие обозначения: о.к. — ось крена кузова автомобиля в поперечной плоскости; у — поперечно-угловые перемещения кузова; )| , —

амплитудно-частотная характеристика поперечно-угловых перемещений кузова при кинематическом воздействии.

На основании этой модели была уточнена методика расчета параметров подвески автомобиля учетом поперечно-угловых колебаний кузова.

Методика расчета параметров подвески автомобиля с учетом поперечно-угловых колебаний кузова рассмотрена на примере легкового автомобиля среднего класса массой 2400 кг. Цель расчета — определение угловой жесткости передней подвески и стабилизатора (параметры для задней подвески рассчитываются аналогично). Исходные данные, необходимые для расчета:

Колея передних колее На, мм Высота центра тяжести hg, м Тип подвески передней подвески

где — плечо крена.

Для подвески на двойных поперечных рычагах (при полной загрузке) плечо крена совпадает с высотой центра тяжести. Таким образом, принимаем = = 0,7 м.

Тогда необходимая угловая жесткость передней подвески со стабилизатором равна

на двойных поперечных рычагах

Неподрессоренная масса передней

Подрессоренная масса приходящаяся

на переднюю ось Мц я, кг Момент инерции кузова Jx, кг м2 Номинальная угловая жесткость передней подвески без стабилизатора Су я, (Н м)/рад 24630

Коэффициент демпфирования передних амортизаторов ка, (И с)/м 2269

Жесткость шин Сш, Н/м 336688

Коэффициент демпфирования шин передней оси кш (Н с)/м 1064

Угловая жесткость стабилизатора передней оси. Определяем необходимую угловую жесткость передней подвески со стабилизатором исходя из условия, что при воздействии удельной боковой силы, равной ц = 0,4, угол крена не будет превышать 5±0,25 град (0,08726 рад) [1,3]:

+1032-9,81-0,7 _ 39573

При этом исходная угловая жесткость стабилизатора определяется разностью между необходимой угловой жесткостью подвески со стабилизатором и угловой жесткостью подвески без стабилизатора, определенной при ее проектировочном расчете:

Сста =Сут — Сув =39573 -24630 = 14943

Далее определяются поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова для различных значений угловой жесткости стабилизатора Сст при силовом воздействии на кузов и кинематическом воздействии на колеса [2]. В качестве боковой силы принята центробежная сила, действующая на кузов автомобиля при маневрировании по траектории с радиусом 17,7 м со скоростью 30 км/ч. При данных параметрах боковое ускорение кузова составит 3,9 м/с , т. е. удельная боковая сила будет равна ц = 0,4. Кинематическое воздействие задается разностью высот неровностей дороги между левой и правой стороной автомобиля. Для определения параметров поперечно-угловых колебаний была выбрана булыжная дорога 11 типа с высотой неровностей 0″022м[3].

В табл. 1 представлены результаты расчета в зависимости от относительной жесткости стабилизатора Сст/Сст 0. За номинальную жесткость

Параметры поперечно угловых колебаний кузова в зависимости от относительной жесткости стабилизатора

Параметр Значение параметра при относительной жесткости стабилизатора Сст/Ссто

При повороте (К= 30 км/ч, Я = 17,7 м) Угол крена ‘ ,град | 10,08 | 5,37 | 3,66 2,78 2,24

При движении Угловые ускорения ‘ ,1/с ПО ДОРОЖЕ 0,91 ым неровност 1,35 ям (ун= 0,022 1,81 м, /н= 10 м) 2,29 2,82

стабилизатора Сст 0 принято ранее полученное значение Сст0 = Сста = 14943 Н-м/рад.

По данным табл. 1 построена зависимость поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова (рис. 2). Здесь же отмечены допустимые уровни угла крена [‘] и угловых ускорений [‘].

Допустимый уровень поперечно-угловых ускорений [‘] определяется предельными линейными ускорениями на месте сидения водителя относительно оси крена:

где [ у ] —допустимый уровень линейных ускорений в поперечной плоскости; ксв — расстояние от оси крена до сидения водителя.

Допустимый уровень линейных ускорений в поперечной плоскости взят по ОСТ 37.001.275— 84. Для булыжной дороги II типа ускорения на месте водителя не должны превышать 0,8 м/с2. Расстояние кс в выбирается исходя из компоновки сидения водителя в автомобиле. В примере принято Асв = 0,6м.

Отсюда допустимый уровень поперечно-угловых ускорений

Из полученных результатов видно, что при номинальной жесткости стабилизатора Сст 0 угол крена не превышает допустимого уровня (точка а рис. 2). Однако ускорения кузова выше допустимого уровня (точка Ь рис. 2). Для снижения угловых ускорений до допустимого значения необходимо уменьшить жесткость стабилизатора. При ее снижении на 42 % угол крена стал равен пре-

Рис. 2. Влияние жесткости стабилизатора передней подвески

на поперечно-угловые перемещения (-)

и поперечно-угловые ускорения (—)

дельно допустимому значению (точка й рис. 2), а поперечно-угловые ускорения кузова уменьшились до значения 1,42 рад/с2 (точка с рис. 2). Ввиду отсутствия возможности дальнейшего уменыпе -ния жесткости стабилизатора (будет превышено предельно допустимое значение угла крена) на следующем шаге подбора параметров необходимо уменьшить угловую жесткость самой подвески.

Угловая жесткость передней подвески без стабилизатора. Для определения необходимой угловой жесткости подвески проведены расчеты при различных значениях Су. В табл. 2 результаты расчета представлены в зависимости от относительной жесткости подвески Су/Су 0. За номинальную жесткость подвески Су 0 принято ранее получен-

Поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова в зависимости от жесткости подвески

Параметр Значение параметра при относительной жесткости подвески Су/Су0

При повороте (У = 30 км/ч, Я = 17,7 м) Угол крена ‘, град 6,80 5,75 5,00 4,43 3,99

При движени] ‘У Угловые ускорения ‘ ,1/с и по дорожны 0,92 м неровностя 1,16 м (ун = 0,022* 1,42 /[, /н= 10 м) 1,72 2,04

Рис. 3. Влияние угловой жесткости передней подвески:

на поперечно-угловые перемещения (-)

и поперечно-угловые ускорения (- — -)

ное значение Су0 = Суа = 24630 (Н-м)/рад. При этом в расчетах использовалось скорректированное значение угловой жесткости стабилизатора Сст= 0,58-Сст0 = 0,58-14943 = 8667 (Н-м)/рад.

По данным табл. 2 построены зависимости поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова (рис. 3).

Полученные результаты позволяют сделать вывод: для того чтобы ускорения не превышали

предельно допустимый уровень (точка с рис. 3), угловую жесткость подвески необходимо уменьшить на 7 %. При этом угол крена увеличится до значения 5,24 град (точка dрис. 3), что является приемлемым для заданных условий.

В итоге уточненные параметры подвески следующие:

угловая жесткость передней подвески без стабилизатора

Суа= 0,93-Суо = 0,93-24630 = 22906 (Н-м)/рад;

угловая жесткость стабилизатора передней подвески

Сста = С’ст= 8667 (Н’М)/раД.

Таким образом, угловая жесткость стабилизатора, рассчитанная по уточненной методике, отличается от полученной по общепринятой схеме расчета на 42 %. Это расхождение вызвано тем, что для рассматриваемого легкового автомобиля поперечно-угловые ускорения кузова оказались существенными, что подтверждает необходимость учета ускорений в поперечной плоскости при выборе параметров подвески.

Разработанная методика удобна в инженерном пользовании и позволяет на стадии проектирования обоснованно выбирать параметры подвески. В результате обеспечивается повышение технического уровня разрабатываемых автомобилей, а также снижение времени и затрат на доводку модернизируемых и вновь проектируемых систем подрессоривания.

1. Полунгян, A.A. Проектирование полноприводных колесных машин. Т. 2 [Текст]: Учеб. для вузов / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жег-лов [и др.]; Под общ. ред. A.A. Полунгяна. — М.: Изд-во МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2000. — 640 с.

2. Семенов, Н.В. Исследование поперечных

колебаний автомобиля [Текст] / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле, А.Г. Семенов // Автомобильная промышленность. — 2008. №7.— С. 31-33.

3. Тарасик, В.П. Теория движения автомобиля [Текст]: Учебник для вузов / В.П. Тарасик. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 478 е.: ил.

НА. Солодилова, И.Б. Челпанов

ТРЕХМЕРНОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМ

В настоящее время наиболее разработаны автоматизированные методы реализации проектных процедур, используемых на этапах создания технического проекта и рабочей доку-

ментации. Автоматизируются в основном рутинные операции: выполнение расчетов, создание конструкторской и текстовой документации.

Источник статьи: http://cyberleninka.ru/article/n/raschet-parametrov-podveski-avtomobilya-s-uchetom-poperechno-uglovyh-kolebaniy-kuzova

Курсовая работа: Подвеска легкового автомобиля

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Автомобили и тракторы»

Тема проекта: Подвеска легкового автомобиля

Лата Валерий Николаевич

Исполнитель: студент группы АХ-302

Кодин Артем Валериевич

Тольятти 2009 г.

Введение и постановка задачи

Основными устройствами, защищающими автомобиль от динамических воздействий дороги и сводящими колебания и вибрации к приемлемому уровню, являются подвеска и шины.

Многолетний опыт показывает, что неровности дороги и вызываемые ими колебания кузова и колес автомобиля ведут, как правило, к ухудшению всех его эксплуатационно-технических качеств и к тем большему, чем хуже качество дороги.

Можно считать, что на дорогах с неровной поверхностью снижается производительность автомобиля вследствие уменьшения скоростей движения и увеличения простоев, возрастают расходы на техническое обслуживание и ремонты. Кроме этих прямых потерь есть и косвенные, вызванные, в частности, слабым использованием сети дорог с неровной поверхностью. Прямые и косвенные потери от эксплуатации различных автомобилей и автопоездов на дорогах с неровной поверхностью исчисляются значительными денежными суммами.

Есть два пути уменьшения этих потерь — строительство дорог с усовершенствованным покрытием и улучшение качества подвески. Оба направления дополняют друг друга, так как строительство дорог — процесс длительный и дорогостоящий. Кроме того, всегда требуется некоторое количество автомобилей повышенной и высокой проходимости, которым необходима совершенная подвеска.

Подвеской автомобиля называют совокупность устройств, связывающих колеса с рамой (кузовом) и предназначенных для уменьшения динамических нагрузок, передающихся автомобилю вследствие неровной поверхности дороги, а также обеспечивающих передачу всех видов сил и моментов, действующих между колесом и рамой (кузовом).

Разнообразные силы взаимодействия колеса и дороги можно свести к трем составляющим: вертикальной Z, продольной Х, поперечной или боковой У. Передача этих сил и их моментов состоит из трех устройств: упругого, демпфирующего и направляющего.

Упругим устройством на подрессоренную массу передаются вертикальные силы, действующие со стороны дороги, уменьшаются динамические нагрузки и улучшается плавность хода.

Направляющее устройство — механизм, воспринимающий действующие на колесо продольные и боковые силы и их моменты. Кинематика направляющего устройства определяет характер перемещения колеса относительно несущей системы.

Демпфирующее устройство — предназначено для гашения колебаний кузова и колес путем преобразования энергии колебаний в тепловую и рассеивание ее в окружающую среду.

Рис.1 Типы подвесок, классифицированных по различным признакам.

Кроме того задачи повышения плавности хода на автомобильном транспорте становятся актуальней потому как это связано не только с требованиями повышения ресурса динамически нагруженных узлов автомобиля, но и с причиной перемещения центра вопроса в область обеспечения высокой безопасности движения, комфортабельности водителя и пассажиров и защиты их от воздействия высокочастотных колебаний. Особенно это важно для легковых автомобилей, которые, как правило, эксплуатируются при более высоких скоростях, чем грузовые и значительно легче последних, а потому более полно воспринимают неровности дороги. Однако большая номенклатура существующих конструкций подвесок говорит об отсутствии, какой либо универсальной. Более того, зачастую, казалось бы, подходящая конструкция для конкретного типа автомобиля требует доработки, и переработки ввиду различного рода эксплуатационных факторов, морального старения, с учетом возможности дальнейшей модернизации, с целью повышения ресурса и уменьшения нагрузок на её детали и узлы.

Таким образом, подвеска должна отвечать следующим требованием:

обеспечивать высокую плавность хода автомобиля;

обладать высокой динамической энергоемкостью;

эффективно гасить колебания кузова и колес автомобиля при движении;

обеспечивать правильную кинематику управляемых колес автомобиля;

иметь минимальную массу неподрессоренных частей.

Широкое распространение на заднеприводных автомобилях получила двухрычажная независимая подвеска. Она способствует высокой плавности хода, является простой в изготовлении, надежной в работе.

Целью настоящей работы является тяговый расчет автомобиля с заданными параметрами, проектирование подвески для этого автомобиля использую существующий аналог.

1. Тяговый расчет

1.1 Исходные данные

Тип автомобиля – легковой. Тип привода – задний. Класс автомобиля – 2. Число мест — п_п = 5. Снаряжённая масса автомобиля — m_о = 1045 кг. Масса одного пассажира — m_п = 75 кг. Масса багажа — m_б = 10 кг. Максимальная скорость движения — V_max = 165 км/ч или 45,8 м/с. Коэффициент сопротивления качению f_k = 0,011. Максимальный подъем, преодолеваемый на 1-й передаче α_max = 0,27. Лобовая площадь — А_а = 2,05 м².

1.2 Определение полной массы автомобиля

1.3 Определение нагрузки на колеса

k₁ = k₂ = 0,5 — коэффициенты распределения массы по осям классического автомобиля.

1.4 Подбор шин

Для расчета выбираем шину 175/70 R13, где

B = 175 мм — ширина профиля шины

Н/В = 70% — соотношение высоты профиля шины к ширине

мм — высота профиля шины

мм — посадочный диаметр

1.5 Определение статического радиуса данной шины

— статический радиус, где — коэффициент вертикальной деформации.

мм, мм

1.6 Определение КПД трансмиссии

, где

k — число пар цилиндрических шестерней на высшей передече, l — число пар конических шестерней, m — количество карданных шарниров

1.7 Определение параметров двигателя

1.7.1 Коэффициент сопротивления качению при максимальной скорости

Для легковых автомобилей, коэффициент суммарного сопротивления назначают равным коэффициенту качения при максимальной скорости.

1.7.2 Определение мощности двигателя на различных режимах