Расчет кузова легкового автомобиля

Общие принципы расчёта кузова (рамы) на работоспособность.

При движении автомобиля несущий кузов воспринимает изги­бающие нагрузки от веса груза, пассажиров, установленных на нем агрегатов и механизмов, а также от собственного веса. Кузов воспринимает также крутящие нагрузки при боковых кренах и перекосах мостов, инерционные нагрузки при разгоне и тормо­жении, испытывает вибрации при собственных колебаниях.

Кузов представляет собой пространственную систему, и его расчет на сложные напряжения изгиба и кручения весьма затруд­нителен.

Расчет кузова производится различными приближенными ме­тодами с упрощениями и допущениями. К этим методам относят­ся следующие: метод потенциальной энергии, метод тонкостен­ных стержней и метод конечных элементов.

Метод потенциальной энергии используют при сравнительных расчетах на начальной стадии проектирования кузова.

Метод, основанный на теории тонкостенных стержней, при­меняют после завершения разработки конструкции кузова.

Метод конечных элементов является наиболее точным при рас­чете кузова. Этот метод основан на совместном рассмотрении на­пряженного состояния системы небольших элементов конечного размера. Метод заключается в том, что реальная конструкция ку­зова автомобиля заменяется структурной моделью (рис 14.18), состоящей из простейших элементов (стержни, пластины и дру­гие объемные детали) с известными упругими свойствами. А при известных упругих свойствах отдельных элементов можно опреде­лить свойство кузова при определенных нагрузках.

Расчет кузова выполняют за несколько этапов. Вначале кузов разбивают на отдельные простые элементы. При этом на одной половине по оси симметрии кузов разбивают на 200 — 500 элемен­тов. Затем получают координаты узловых точек кузова. После это­го проводят расчет с использованием ЭВМ.

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

Прочность кузова оценивают по пределу текучести материала as. При одностороннем растяжении или сжатии допускаемые напря­жения

где £без = 1,3. 1,8 — коэффициент безопасности, учитывающий местные концентраторы напряжений, технологические отступле­ния, нестабильность механических свойств и др.

Удельная крутильная жесткость кузова характеризует сопротив­ление кузова закручиванию. Она представляет

собой отношение крутящего момента к углу закручивания кузова на длине базы авто­мобиля, умноженное на размер базы. Для легковых автомобилей удельная крутящая жесткость кузова составляет 130. 300 Н*м2/°.

Удельная изгибная жесткость кузова характеризует изгиб кузо­ва в вертикальной плоскости. Она представляет собой отношение нагрузки к прогибу кузова, умноженному на размер базы автомо­биля в третьей степени. Для легковых автомобилей изгибная жест­кость кузова находится в пределах 850. 2 200 Н • м2/°.

Для изготовления автомобильных кузовов применяют стали, физико-механические свойства которых позволяют в высокой сте­пени механизировать и автоматизировать производство кузовов.

В связи с высокими требованиями к штампуемое для кузовов используют низкоуглеродистую сталь 08кп и конструкционную сталь 08.

Для панелей большого размера (крыша, задние крылья, две­ри, пол и др.) применяют листовую сталь толщиной 0,9 и 0,75 мм. Детали каркаса (стойки, пороги, продольные балки и поперечи­ны основания) изготавливают из листов толщиной 1,0 и 1,3 мм. Для отдельных усилителей используют листы толщиной 1,6. 2,4 мм.

Нахождение центра тяжести.

Центр тяжести (ЦТ) машины определяется графически. Для этого на бумаге в клетку или миллиметровке в избранном масштабе вычерчивается схема автомобиля, на которой прорисовывается компоновка и наносятся точки, соответствующие центрам тяжести всех основных узлов (рис. 1).

Если отдельные элементы размещены несимметрично относительно продольной оси, необходимо выполнить в том же масштабе вторую проекцию.

Далее заполняется таблица: последовательно в каждой графе указываются соответствующие точкам узлы, их вес (масса) и координата X — расстояние до нулевой отметки по оси машины. Вес кузова и рамы распределяется по длине достаточно равномерно.

Координата ЦТ машины определяется из общей суммы произведений веса каждого узла на собственную координату, деленной на полный вес автомобиля. Для нашего случая:

где: Gi — вес отдельного узла,

Xi — координата отдельного узла,

ХЦТ — координата ЦТ машины.

Из схемы и соответствующей ей таблицы нетрудно определить распределение нагрузки по осям, исходя из условия, что сумма моментов сил относительно любой из осей должна быть равна нулю. Так, относительно задней оси:

Σ Gi*(Х02- ХЦТ ) = G01 * (Х02-Х01),

где: Х02 — координата задней оси, Х01 — координата передней оси, G01 — нагрузка на переднюю ось.

Соответственно, нагрузка на заднюю ось составит: G02 = ΣGi-G01= 602-218 = 384 (кгс).

Источник статьи: http://infopedia.su/8xb6e.html

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:

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

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

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)

. (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.

Источник статьи: http://studfile.net/preview/3616639/page:31/

Курсовая работа: Расчёт на прочность кузова автомобиля ВАЗ 2108

«Расчёт на прочность кузова автомобиля ВАЗ 2108»

1. Обзор существующих конструкций

1.1 Моделирование конструкций конечными элементами

1.2 Нагрузочные режимы

2. Построение математической модели

2.1 Описание кузова автомобиля ВАЗ 2108(09)

2.2 Ход построения модели кузова автомобиля ВАЗ 2108(09)

2.3 Ход проверки на прочность кузова автомобиля ВАЗ 2108(09)

В соответствии с ГОСТ обязательно проведение ходовых испытаний автомобиля. Сами ходовые испытания не являются дорогостоящими, но для выбора наилучшей конструкции кузова необходимо разработать и создать несколько его вариантов (пилотные версии). Каждая деталь изготавливается вручную, что приводит к потере времени и средств. Но наиболее дешёвым и быстрым является построение математическим способом модели и её расчётная проверка. Затем на основе проведённых исследований выбрать конструкцию. Создать её и испытания проводить лишь для доказательства правильности выполненной работы.

В настоящее время САПР (системы автоматического проектирования) используются практически всеми компаниями про проектированию автомобилей. К этим системам относится и такая программа, как SolidWorks, которая является одним из лидеров в 3D САПР. Основной задачей таких программ является создание простой и приемлемой для пользователей методики построения расчётной модели, позволяющей заменить натурные испытания.

В начале определяются основные размеры с реальной конструкции кузова: габаритные, мм (длина – 3500, ширина – 1490, высота — 1200) [1], несущих элементов, конструктивные. По ним происходит построение объёмной геометрической модели в программе SolidWorks.

Модель строится в виде цельной детали, мелкие детали, не влияющие на прочность не показываются. Материалом кузова принимаем сталь предназначенную для изготовления кузовных деталей – Ст3. Кузов автомобиля ВАЗ 2108 относится к оболочковым кузовам. Оболочковые кузова выполняются из крупных штампованных деталей, наружных и внутренних панелей, соединённых точечной сваркой в замкнутую силовую систему преимущественно из стального листа, толщиной 0,6…0,8 мм.

Кузова такого типа наиболее распространены, так как обладают технологическими преимуществами — автоматическая сварка панелей может выполняться на конвейере).

Нагрузками, действующими на автомобиль являются нагрузки от дороги, максимальное значение которых будет передаваться на кузов через подвеску при её полном сжатии. Т.о. для упрощения расчётов принимаем допущение, что подвеска передаёт все реакции, от дороги меняя их лишь по направлению, но не по величине.

Как известно жесткость кузова обеспечивается применением лонжеронов. На основании этого действует правило, что при разрушении или нарушения параллельности лонжеронов эксплуатация автомобиля невозможна. Будет происходить неконтролируемый занос. Т. Е. из выше вышесказанного следует, что основное внимание при расчёте необходимо уделить определению допустимых нагрузок на лонжероны.

Расчёт производим в статистике с применением коэффициента динамической нагрузки К_д = 1,1…2.

Часть кузова, состоящая из продольных и поперечных лонжеронов, была закреплена соответствующим образом и нагружена, после чего будет выполнен расчет на прочность в программах CosmosWorks, Nastrane и др. Далее, определив расчёт лонжеронов на усталостную прочность и определим максимальное количество циклов нагружения в период эксплуатации кузова.

1. Обзор существующих конструкций

В современных условиях перед проектировщиками машиностроительных конструкций стоит сложная задача: в кратчайшие сроки спроектировать конструкцию, близкую к оптимальной по ряду основных параметров. Высокий уровень конструкции, в том числе рам, кузовов, кабин, обеспечивается только в том случае, если качественно спроектированная и изготовленная конструкция соответствует предъявляемым к ней требованиям.

В этой главе особое внимание уделено вопросам проектирования конструкций на базе накопленного в мировой и отечественной практике опыта использования современных высокоэффективных методов расчета, основным из которых является МКЭ, а также рассмотрены особенности проектирования с использованием высококачественных материалов, в том числе нетрадиционных (алюминиевых сплавов, композиционных материалов и др.).

Несущей системой называют конструкцию, которая воспринимает все нагрузки, возникающие при ее движении, и служит основанием для крепления узлов и агрегатов КМ (колёсная машина). Рама является важнейшим элементом большинства КМ. Характерно, что в случае выхода из строя рамы, как и любой другой несущей системы, невозможна эксплуатация КМ, а ремонтные работы трудоемки и дорогостоящи.

Рамы подразделяют на лонжеронные, хребтовые и шарнирные. Лонжеронные рамы состоят из двух лонжеронов, связанных между собой поперечинами. Места соединений лонжеронов и поперечин называют узлами (рис. 1.1 а, б). Хребтовые рамы имеют одну центральную несущую систему, составленную из картеров трансмиссии и патрубков. Эти рамы не распространены ввиду сложности обслуживания трансмиссий, повышенных требований к качеству материала, изготовлению и сборке по сравнению с лонжеронными.

Шарнирные рамы применяют, как правило, на КМ, движение по криволинейной траектории которой осуществляется за счет поворота шарнирно-соединенных секций (сочлененные КМ).

Рис. 1.1 Лонжеронные рамы КМ:

а — швеллерного типа; б – Z-образного профиля

Кузов КМ служит для размещения водителя, пассажиров, грузов и защиты их от внешних воздействий. Он является важнейшим конструктивным, наиболее ответственным, материалоемким и дорогостоящим элементом КМ. К кузову крепятся все механизмы КМ. Его форма определяет комфортабельность и внешний вид машины. На кузов приходится примерно половина полной массы КМ (для легковых 50. 52 %) и стоимости (для легковых машин 47 . 49 %), он сложен в изготовлении.

Общий, пробег КМ в эксплуатации непосредственно зависит от долговечности несущей системы кузова.

Кузов может быть цельным или состоять из отдельных, элементов (кабина, моторное отделение, грузовая платформа). Он включает в себя корпус, двери и люки, оперение (крылья, подножки, облицовки), сиденья, дополнительное оборудование (системы вентиляции и отопления). Корпус кузова КМ, как правило, является несущей системой. Он может состоять из основания, боковин, передней и задней частей, крыши и иметь перегородки. Все остальные элементы кузова (двери, капот, крылья, облицовка и др.) не относятся к несущим. Отметим, что обычно создают кузова с несущим корпусом, так как они имеют меньшую массу, позволяют снизить центр масс, улучшить плавучесть КМ и т.д. Его выполняют каркасным; полукаркасным и бескаркасным (панельным или оболочковым). Облицовку кузова и элементы каркаса изготавливают из металлов (сталь, алюминий), пластмасс и древесины. Облицовка может быть монослойной, коробчатой и многослойной. Многослойная (чаще трехслойная) обладает важным преимуществом — высокой прочностью и жесткостью при малой массе.

Кузова легковых КМ выполняют закрытыми или открытыми со съемным верхом. Для последних характерны малые габаритные размеры и масса, невысокая стоимость, они позволяют обеспечить хорошую обзорность экипажу и оперативность его посадки и высадки при снятом тенте. Их недостатком является плохая защита от климатических и других воздействий.

Кузова автобусов изготавливают в виде фургонов или вагонного типа. Фургоны устанавливают на шасси КМ повышенной и высокой проходимости, поскольку такие автобусы предназначены для бездорожья и разбитых грунтовых дорог. По сравнению с кузовами вагонного типа (применяемыми соответственно в автобусах для дорог с асфальтобетонным покрытием) фургоны имеют на 25. 30 % меньший коэффициент использования габаритных размеров. Однако они универсальны (их можно устанавливать на различные шасси и прицепы) и позволяют упростить ремонт и обслуживание КМ. Различают кузова типа фургонов каркасные и бескаркасные. Наиболее перспективны бескаркасные, так называемые трехслойные конструкции, обладающие высокими прочностью и жесткостью при малой массе, хорошими акустическими и теплоизоляционными характеристиками.

Кузова грузовых КМ подразделяют на закрытые (фургоны) и открытые со съемным брезентовым тентом. Закрытые кузова позволяют обеспечить защиту грузов от внешних воздействий, но в отличие от открытых обладают большей массой и стоимостью. В основном кузова представляют собой бортовую платформу с опрокидывающимися бортами (одним задним или также и боковыми).

Платформа имеет продольные и поперечные силовые балки и настил из досок, фанеры, ДСП, металлических профилей или листов, армированных пластмасс. Борта выполняют из досок, скрепленных металлическими стойками, стальных штампованных элементов или прокатных профилей, скрепленных болтами или сваренных, а также алюминиевых профилей. Размеры откидывающихся бортов обусловлены рядом требований (эргономическими, минимальной массой, высотой подъема и др.).

Кузов грузовой КМ закрепляют на раме в нескольких точках. Если кузов длинный, то часть опор снабжают упругими элементами (пружины или резиновые блоки).

В настоящее время широко распространены новые типы кузовов, совмещающих функции кузова и упаковки груза, — контейнеры. При использовании контейнеров ускоряется и удешевляется доставка грузов, обеспечивается их сохранность и безопасность. В соответствии с международными соглашениями приняты следующие типы контейнеров: универсальный (прямоугольный, закрытый), открытый (с брезентовым верхом), платформа со стойками, изотермический (с теплоизоляцией), рефрижераторный (с холодильным агрегатом), цистерна, составной (комбинация из нескольких малых контейнеров). Их размеры определяются нормами ИСО.

Все контейнеры по углам снабжены специальными фитингами для крепления, а перевозящие их КМ имеют специальные замки, смонтированные на платформе или раме.

Кабина — это рабочее место водителя или тракториста, где он проводит большую часть рабочего времени. Внутри кабины расположены все органы управления, сиденья водителя и пассажиров, при необходимости монтируются спальные места. Она является важным составным элементом грузовых КМ и тракторов.

Конструкция кабин КМ во многом определяется общим назначением машины и особенностями ее эксплуатации. Этим обусловлено большое разнообразие конструктивных схем каркасов и кабин. Кабины классифицируют следующим образом:

по конструктивному признаку конструкции — закрытые, полуоткрытые (навесы), открытые. Закрытые кабины состоят из каркаса (в каркасных кабинах), передней, задней и боковых стенок, крыши, пола, окон и дверей, тепло-, звуко- и виброизоляционных устройств и элементов;

по технологическому исполнению — каркасные (безопасные) с балками и поясами безопасности и бескаркасные. При массовом производстве кабины изготавливают из стали бескаркасными, панельными.

При небольшом объеме производства кабины выполняют обычно каркасными, простой формы с обшивкой из металла или из полимерных материалов;

по числу мест — одно-, двух- и многоместные. Кабины грузовых КМ многоместные и могут иметь один или два ряда сидений; на тракторах одноместные кабины применяют для классов 6-20 Кн, двухместные — для классов 30 -150 Кн, трехместные — для классов 250-350 Кн;

по типу дверей — с распашными и выдвижными дверями;

по способу изоляции — кабины, выполненные с тепло- и звукоизолирующей прослойкой и без изоляции;

по компоновке — с отдельным отсеком для двигателя, закрытым капотом и бескапотные. В бескапотных кабинах, как правило, двигатель расположен непосредственно под кабиной. Преимуществами таких кабин является хороший обзор дороги для водителя, возможность увеличения размеров грузовой платформы и улучшения доступа к двигателю при откидывании кабины вперед. В таком положении кабина фиксируется специальным упором.

Лобовое стекло кабины может быть расположено вертикально, наклонено вперед или назад на 15. 20°. При наклоне назад обеспечивается хорошая обзорность из кабины и обтекаемость ее набегающим воздухом, при наклоне вперед — отсутствуют блики на стекле от подсветки приборов в темное время суток.

Цельнопластмассовая бескаркасная кабина панельно-оболоченного типа представлена на рис. 1.2. Ее конструкция полностью соответствует мелкосерийному характеру производства, рассчитана на контактный метод формования элементов из полиэфирного стеклопластика холодного отверждения.

Ко всем этим конструкциям предъявляют общие требования: обеспечение необходимых значений жесткости, прочности и долго вечности при минимальной массе, технологичности, минимальной стоимости.

Кроме того, при создании кузова и кабины необходимо выполнение следующих требований: защита людей при авариях и других видах воздействий; соответствие уровня вибраций и шумов действующим нормам; свободный доступ к системам, узлам и агрегатам КМ при их обслуживании; хорошая обзорность, удобство посадки и высадки, высокие эргономические качества; удобство погрузки и разгрузки перевозимых грузов; герметичность и достаточная тепло- и шумоизоляция; выполнение требований эстетики; обеспечение высокой коррозионной стойкости и др.

Рис. 1.2. Цельнопластмассовая бескаркасная кабина панельно-оболоченного типа:

1- внешняя оболочка; 2-панель топливного бака; 3-панель пола; 4-усилитель основания; 5-основание; 6-рама лобового стекла; 7-панель крыши; 8-заливная горловина бака; 9-задняя внутренняя панель

1.1 Моделирование конструкций конечными элементами

Основой построения расчетной модели служит библиотека конечных элементов. Моделирование конечными элементами предполагает достижение трех целей:

моделирование геометрии деформируемого тела;

моделирование упруго-массовых свойств конструкции;

моделирование граничных условий.

Геометрия конструкции моделируется совокупностью элементов различной размерности и различных форм, представляющих три группы:

одномерные элементы, имеющие форму прямой линии или дуги окружности;

двумерные элементы треугольной и четырехугольной формы;

трехмерные элементы — тетраэдры, гексаэдры и пятигранники.

При моделировании требуемых упруго-массовых свойств конструкции кроме геометрии конечных элементов учитываются их свойства, то есть способность воспринимать нагрузку и испытывать деформацию определенного вида. Так, например, некоторая часть одномерных элементов конструкции может работать только на растяжение-сжатие, а другая может к тому же воспринимать изгиб и кручение.

Для моделирования граничных условий и массовых свойств конструкции предназначены специальные элементы, образующие группу «другие» (other).

Расположение элемента в пространстве зависит от координат узлов, принадлежащих элементу. В узлах определяются обобщенные узловые смещения. Узловыми смещениями могут быть компоненты вектора перемещений вдоль осей координат и углы поворота элемента в узлах вокруг осей координат. Обобщенные узловые смещения обозначаются термином степени свободы или сокращенно DOF (degreesoffreedom).

Набор или список степеней свободы модели зависит от типа элементов, используемых при моделировании.

Так, в узлах элементов работающих на изгиб и кручение (элементы балки и оболочки) определены все шесть компонентов смещений, а в узлах трехмерных элементов — только перемещения вдоль осей координат. Если в модели нет элементов, работающих на изгиб, то список степеней свобод не будет содержать углы поворота элементов в узлах. Это не означает, что их нет, просто углы поворота не оказывают влияние на величину полной потенциальной энергии конструкции.

1.2 Нагрузочные режимы

В процессе эксплуатации на КМ действуют нагрузки, возникающие при ее движении по дорожной поверхности, которые обычно носят случайный характер. Их можно подразделить на случайные и детерминированные. Эти нагрузки действуют на несущую систему КМ и образуют пространственную систему. Определение величин и направлений нагрузок — достаточно сложная задача, поэтому при расчетах из всей совокупности учитывают нагрузки, которые возникают в экстремальных условиях эксплуатации (предельные нагрузки) (рис. 1.2.1).

Рассмотрим экстремальные детерминированные нагрузки и соответствующие им режимы эксплуатации. Статические расчеты несущих систем КМ выполняют для симметричных (изгиб), кососимметричных (кручение) и боковых (в горизонтальной плоскости) нагрузок.

Вертикальную симметричную нагрузку R_Z (рис. 1.2.1, а) можно вычислить, используя выражение

где G_Hj — вес i-го неподрессоренного узла или агрегата КМ, k_Д -коэффициент динамичности, принимаемый в зависимости от типа КМ: для грузовых

k_Д = 3,0; для КМ высокой проходимости k_Д = 3,5. 4,0; для легковых КМ и автобусов k_Д =2,0. 2,5; п — число колес, взаимодействующих с опорной поверхностью.

Вертикальная несимметричная нагрузка возникает при наезде колесом на препятствие и при вывешивании колеса (или колес) (рис. 1.2.1, б). В первом случае вертикальную несимметричную нагрузку можно определить по приведенной выше формуле, учитывая, что k_Д = 1,5 для грузовых КМ;

k_Д = 1,8 для автомобилей высокой проходимости; k_Д = 1,3 для легковых КМ и автобусов.

Рис. 1.2.1. Расчетные режимы нагружения: а — вертикальная симметричная нагрузка; б — наезд колесом на препятствие и вывешивание колеса; в — горизонтальная нагрузка при движении по криволинейной траектории; г — наезд колесом на ступенчатое препятствие; д — движение КМ по воде

Момент, закручивающий несущую систему, равен

Здесь R_ПР , R_Л — нагрузки на правом (R₁ ) и левом (R₂ ) передних колесах соответственно, В — колея.

При расчете несущей системы на изгиб от действия вертикальных нагрузок необходимо учитывать координаты точек их приложения. Динамические нагрузки в этом случае характеризуются эмпирическими коэффициентами (например, коэффициентом динамичности).

Боковые силы действуют на КМ при ее движении по криволинейной траектории (рис. 1.2.1, в), в случае появления несимметричных нагрузок при тяговом и тормозном режимах, а также при боковом столкновении с препятствием.

Максимально возможная центробежная сила Fyдо переворота при криволинейном движении определяется следующим выражением (см. рис. 1.2.1. в)

где R_y – реакция от дороги на колёса, z_M – расстояние от опорной поверхности до центра масс КМ. При этом

l_З , l_П – расстояние соответственно от задней и передней осей до центра масс. Для случая на рис. 1.2.1, г

R_{Z 0} — статическая нагрузка на переднюю ось; в = arctg[l — H/r_d ], где r_d — динамический радиус колеса; Н — высота препятствия.

Наибольшие горизонтальные нагрузки возникают при повороте и боковом ударе о препятствие и могут составлять до 80 % от веса КМ, приходящегося на ось; в случае несимметричных нагрузок при тяговом и тормозном режимах — порядка 8 % от веса КМ.

При боковом ударе передним колесом о препятствие на КМ действуют нагрузки, наибольшая из которых изгибает несущую систему в горизонтальной плоскости. В случае экстремального режима боковая нагрузка пропорциональна весу КМ и коэффициенту k_σ сцепления колеса с поверхностью дороги (с учетом коэффициента динамичности):

При наезде КМ передним колесом на препятствие на колесо действует сила, которую можно разложить на продольную R_x и вертикальную R_z (рис. 1.2.1, г). Вертикальная нагрузка может приводить к закручиванию несущей системы. Причем в этом случае крутящий момент, как правило, меньше, чем в режиме вывешивания колес. Поэтому при расчете несущей системы КМ воспользуемся силой R_x , приводящей к изгибу и сдвигу элементов несущей системы в горизонтальной плоскости

Для плавающих КМ следует учитывать выталкивающую силу воды и давления встречного потока (рис. 1.2.1, д).

Из рассмотренных выше режимов наихудшим по параметрам прочности и жесткости несущих систем является режим преодоления коротких препятствий (углублений, выступов) косым курсом. В этом случае на несущую систему действуют преимущественно кососимметричные нагрузки, вызывающие ее кручение относительно продольной оси КМ. Этот режим принимают как квазистатический в связи с тем, что движение осуществляется с минимальной скоростью и, следовательно, инерционными нагрузками пренебрегают.

В предельном случае при преодолении препятствий косым курсом возможен отрыв колеса (колес) от дороги. При этом нагрузки можно определить, исходя из условия статического равновесия: при l_п > 0,5L_M (см. рис. 1.2.1, б)

плотность ρ = 7870 кг/м 3 ,

предел прочности при растяжении σ_В = 3,6 · 10 7 Н/м 2 ,

предел текучести σ_Т = 2,04 · 10 7 Н/м 2 .

Так как конструкция модели сложна, стало невозможным произвести расчёт, используя вычислительную технику, в связи с малой её мощностью.

1. Проектирование полноприводных колёсных машин: В 2-т. Т.2. Учеб. для вузов Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жеглов и др.; Под общ. ред. А.А. Полунгяна. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 640 с.

2. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: анализ конструкции, элементы расчёта: Учебник для студентов вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение, 1989. – 340 с.: ил.

3. Ашмаров А.В. Крупный ремонт ВАЗ 2108. Руководство к действию: иллюстрированное издание. – М.: Третий Рим, 2000.

Источник статьи: http://www.bestreferat.ru/referat-206423.html

Название: Расчёт на прочность кузова автомобиля ВАЗ 2108 Раздел: Рефераты по транспорту Тип: курсовая работа Добавлен 21:22:19 13 марта 2011 Похожие работы Просмотров: 5250 Комментариев: 14 Оценило: 4 человек Средний балл: 4.3 Оценка: неизвестно Скачать