Расчет прочности кузова

Для прохождения сертификации транспортных средств с самодельным кузовом требуется прочностной расчет рамы (кузова). Предлагаемый материал поможет провести расчет собственными силами. Такое требование не напрасно, автомобиль является источником повышенной опасности, и надо быть уверенным, что транспортное средство безопасно для окружающих.

Было бы правильно для целей расчета кузова вспомнить теоретическую механику, но на самом деле этого не требуется. Настолько серьезно подходят к расчетам при конструировании самолетов и ракетной техники. Для самодельного автомобиля в этом нет необходимости. Полномаштабные расчеты не делаются и для серийных автомобилей. Их прочность определяется краш-тестами. В настоящей статье сделаем простейшие расчеты, достаточные для того, чтобы убедиться, что кузов не развалится при эксплуатации. Для этого используем эмпирически полученные опорные значения прочности.

Цель статьи: определить центр тяжести машины и действующие на раму усилия, составить схемы действующих сил, построить эпюры изгибающих моментов, выявить опасное сечение, определить напряжения изгиба и запас прочности.

Приведенная в статье методика показана на примере кузова электромобиля «Нафаня» 2008 года постройки. Методика может быть перенесена на любую другую форму кузова.

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:

X ЦТ =(ΣGiXi)/(ΣGi)=105489/602=170(см)

где: Gi — вес отдельного узла,

Xi — координата отдельного узла,

Х ЦТ — 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*(Х 02 — Х ЦТ ) = G 01 * (Х 02 -Х 01 ),

где: Х 02 — координата задней оси, Х 01 — координата передней оси, G 01 — нагрузка на переднюю ось.

G01=ΣGi*(X 02 -X ЦТ )/(X 02 -X 01 )=602(242-175)/(242-45)=

Соответственно, нагрузка на заднюю ось составит: G 02 = ΣGi-G 01 = 602-218 = 384 (кгс).

Расчет усилий, действующих на раму

Вес некоторых перечисленных в таблице компонентов не воздействует на раму. Так, под нею находятся подвески с колесами. Можно пренебречь и массой кузова, поскольку она сильно распределена по длине. Дело в том, что кузов имеет довольно жесткую конструкцию, надежно соединенную с лонжеронами, что не увеличивает, а, наоборот, уменьшает нагрузки на раму (соответственно повышая и запас прочности).

При прочностном расчете автомобиля применяется так называемый динамический коэффициент, учитывающий перегрузки, возникающие в момент наезда на неровности дороги. Обычно такой коэффициент принимают равным 1,75, хотя у автомобилей повышенной проходимости он может быть и выше. Величина динамической нагрузки Р = 1,75 G указана в последнем столбце таблицы. Суммарное значение расчетной нагрузки на раму равно 410 кгс, а координата ЦТ без учета веса рамы и подвески составит:

Х 1 ЦТ =Σ(Gi*Xi)/ΣGi=78858/410=185(см)

Нагрузка на переднюю ось определяется аналогично расчету, приведенному по следующей формуле.

R 01 =ΣP*(X 02 -X 1 ЦТ )/(X 02 -X 01 )=175(242-192)/(242-45)=206(кгс)

Соответственно, на заднюю ось приходится нагрузка: R 02 =ΣP-R 01 = 175-206=511(кгс).

Обе нагрузки R 01 и R 02 передаются на четыре попарно расположенные поперечные трубы рамы через подвески. Таким образом, схему действующих сил можно представить в виде рисунка 2А, где на три шарнира рамы действуют реактивные силы, две из них F и R 01 -F и третья равная R 02 . Над основной рамой параллельно ей установлены дополнительные элементы, передающие нагрузку от силового агрегата, пассажиров, аккумуляторов, элементов управления на те же самые поперечные трубы.

На рисунке слева направо графически располагаем нагрузки согласно таблицы. Первая нагрузка действует до опоры на подвеску, затем действует нагрузка, расположенная между двумя точками опоры. Точку приложения обозначаем в соответствии со шкалой выше нашего рисунка. Далее между второй точкой опоры и третьей расположено множество нагрузок. Находим центр тяжести этой группы нагрузок по аналогии, как это делали выше. Вот формула:

Х ЦТ =Σ(Gi*Xi)/ΣGi=191(cм)

Далее осталось обозначить нагрузку, действующую после третьей точки опоры. Это будет аккумулятор, расположенный в заднем отсеке кузова.

Разложив каждый из весов, действующие на две точки опоры на составляющие (пропорционально плечам), получим, что противоположно направленные силы взаимно исключат друг друга. Следовательно, расчетная схема примет вид, показанный на рисунке 2Б.

Находим силу F из условия равенства нулю суммы моментов относительно точки Б:

Эпюра изгибающих моментов (рисунок 2В) строится по оси ординат как сумма произведений силы на соответствующее плечо. Так, для сечения А изгибающий момент в кгс*см составит:

М А = 0.5*5 = 2.5 (кгс*см).

Аналогично для сечения Б подсчитываем:

М Б = 20.5*5 — 20*79 = -1826 (кгс*см).

Расчитаем то же для сечения В :

М В = 41*70 = 2870 (кгс*см).

Выбор опасного сечения

Опасными называют сечения, где возникают максимальные напряжения. Обычно таковыми являются места наибольшего изгибающего момента и наименьшего момента сопротивления профиля металлоконструкции. В нашем случае сечение лонжеронов рамы одинаковое — прямоугольная стальная труба 60X40 мм с толщиной стенки 2,5 мм. Поэтому опасным будет сечение В, соответствующее максимальному моменту М В = 2870 кгс*см.

Расчет момента сопротивления

Момент сопротивления W обычно определяют по справочникам для определенного сортамента профиля. Однако его нетрудно и рассчитать. При использовании прямоугольной трубы:

где W — момент сопротивления,

В, b, H, h — соответственно наружные и внутренние ширина и высота трубы.

W =(4*6 3 -3,5*5,5 3 )/(6*6)=

Для круглой трубы момент сопротивления можно определить по формуле:

где: D и d — соответственно наружный и внутренний диаметры.

Расчетные напряжения и запас прочности

Поскольку изгиб рамы воспринимается двумя продольными лонжеронами, то на каждый из них придется лишь половина момента. Таким образом, напряжение изгиба будет равно:

σ ИЗГ =M MAX /(2W)=2870/(2*7.8)=184 кгс/см 2

Для обычной углеродистой стали без термообработки допускаемое напряжение составляет: [σизг] 2 .

Соответственно запас прочности: n=[σизг]/σизг=1500/184=8.15

В целом запас прочности должен быть не менее n = 2. Полученное в нашем примере столь большое значение не случайно. Это результат удачно выбранной схемы, в которой изгибающие моменты «гасят» друг друга. Так, если бы над рамой не было дополнительных продольных элементов, то нагрузки от веса двигателя и пассажиров вызвали бы моменты в продольных лонжеронах в 3-4 раза выше, чем сейчас. Такой прием локализации силовых нагрузок можно рекомендовать всем любителям автоконструирования.

Масса рамы «Нафани», включая четыре поперечины и две продольные трубы, составляет всего 40 кг, или примерно 7% от конструктивной массы машины. В принципе, исходя из большого запаса прочности, возможно и дальнейшее снижение веса, однако при этом не следует забывать о жесткости металлоконструкции.

При необходимости усилить раму, можно воспользоваться расчетными формулами приведенными на стр. 79 книги «Несущий каркас кузова автомобиля и его расчет», Дж.Фентон. Для этого применима точечная сварка для усиления рамы укрепляющей пластиной.

В случае применения в постройке электро-автомобиля несущего кузова для расчета кузова рекомендуется изучить главу 4 указанной выше книги, посвященную исследованию кузова.

Примечание: Для любителей легкого транспорта рекомендую книгу: «Справочник веломобилиста», 1,8 Мб.

Источник статьи: http://elektrocar.narod.ru/doc/rass.html

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

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