Силовой анализ Несущей системы автомобиля

Кузова, главным образом легковых автомоби­лей и автобусов из-за их относительно больших размеров по высоте и ширине, обладают значительной изгибной и крутильной жесткостью, влияющей на общую жесткость автомобиля.

Рама вместе с укрепленным на ней кузовом образует несущую систему автомобиля. В зависимости от собственной жесткости кузова и податливости соединения его с рамой несущая система может пред­ставлять собой раму; раму и кузов, соединенные между собой через упругие прокладки; раму и кузов, жестко связанные между собой без упругих прокладок или соединенные сваркой; несущий кузов (при отсутствии рамы как таковой).

Доля жесткости кузова в общей жесткости автомобиля изменяется от 0 до 100 %. Для легковых автомобилей она составляет 30—65 %.

Примером несущей системы, при которой общая жесткость автомо­биля определяется только жесткостью рамы, могут служить грузовые автомобили, оборудованные опрокидываемой платформой и откиды­вающейся кабиной, в которых соединение платформы и кабины с ра­мой не может быть достаточно жестким, а кабина имеет относительно небольшую длину.

Несущий кузов при отсутствии рамы как таковой обеспечивает минимальную массу легкового автомобиля или автобуса. Однако при раздельном выполнении рамы и кузова создается возможность получить ряд преимуществ: снизить уровень внутреннего шума введением упругих подушек в местах крепления кузова и рамы; создавать на базе одного шасси автомобили с разными типами ку­зовов и расчленить и упростить процесс сборки автомобиля.

Несущие кузова получили распространение на легковых автомо­билях с колесной базой менее 2600—2800 мм и сухой массой менее 1350—1450 кг. Несущая система легкового автомобиля должна быть достаточно жесткой для того, чтобы исключить возможность разрушения ветрового стекла и стекла заднего окна от перекоса при одностороннем подъеме передней или задней части автомобиля домкра­том; заклинивания дверей и крышки багажника в проемах при упомянутых выше перекосах, и ослабления соединений и появления скрипов.

Аналогичными соображениями руководствуются при создании кабин грузовых автомобилей. Вследствие низкой крутильной жест­кости рам грузовых автомобилей кабину делают достаточно жесткой, а соединение ее с рамой — податливым.

Упражнение.Нагрузки, действующие на несущую систему автомобиля.

Нагрузки, прикладываемые при медленном движении автомобиля к его несущей системе через переднюю и заднюю подвески, складываются из на­грузок для неподвижного автомобиля, стоящего на горизонтальном участке дороги, и дополнительных нагрузок, возникающих при подъеме одного из колес на неровности дороги.

Если центр массы автомобиля лежит в плоскости симметрии (рис.1-а), то нагрузка на колеса правой (R_пп, R_зп) и левой (R_пл, R_зл) стороны будет одинаковой:

;

,

где т_а —масса автомобиля;

а и b — расстояния от центра массы автомобиля соответственно до осей передних и задних колес;

L - база автомобиля.

При этом несущая система будет нагружаться симметричными усилиями, вызывающими ее изгиб.

Рис. 1. Схема для определения нагрузок, действующих на несущую систему авто­мобиля:

а — на ровной горизонтальной дороге; б — при подъеме одного колеса неровностью дороги.

Когда одно из колес, например переднее левое, будет поднято неровностью дороги относительно остальных (рис. 1-б), то оно получит дополнительную нагрузку, а нагрузка на противоположное ему правое колесо соответственно уменьшится. При этом на на­грузку, действующую на колеса автомобиля, стоящего на горизон­тальном и ровном участке дороги, будет накладываться крутящий момент относительно продольной оси, который уравновешивается моментом, создаваемым нагрузкой, приходящейся на задние колеса. Если принять несущую систему абсолютно жесткой, то случаю поднятия колеса от поверхности дороги будет соответствовать высота неровности.

При наезде автомобиля на неровность дороги, величина которой зависит от качества и состояния дороги, то крутящий момент (М) в несущей системе равен:

М = 0,5 RВ,

где R и В — соответственно нагрузка, приходящаяся на менее нагруженный из мостов, и значение соответствующей колеи.

Высоту неровности при расчетах принимают для легко­вых автомобилей равной ±20 см, а для грузовых ±30 см.

Для автомобилей с жесткой на кручение несущей системой при мягкой подвеске и шинах (легковые автомобили и автобусы) неровности дороги в основном компенсируются за счет деформации шин и подвески. При этом может иметь место случай, когда М = 0,5RB. В случае податли­вой на кручение несущей системы при относительно жесткой подвеске (грузовые автомобили) неровности дороги в основном компенсируются за счет податливости несущей системы. При этом случай М= 0,5RB обычно не может иметь места.

На основе изложенного различают два принципиально отличных типа несущих систем: жестких и податливых на кручение.

Для наиболее обычного случая, когда нагрузка на передний мост меньше, чем на задний, и переднее левое колесо будет поднято неров­ностью дороги, нагрузки на колеса при жесткой на кручение несущей системе (М= 0,5RB)составят:

R_пп = 0;

;

;

,

где В_п, В_л – колея колес соответственно передних и задних мостов.

Во время движения автомобиля по неровной дороге в результате динамического воздействия нагрузки на колеса увеличиваются, однако участки плохой дороги и высокие неровности водитель пере­езжает с низкой скоростью. Поэтому вертикальные ускорения подрес­соренной части автомобиля в самых неблагоприятных условиях не превышают 2,5g, а закручивающий момент М для автомобиля полной массы m_а равен:

.

Задание. Для режима движения, когда левое переднее колесо будет поднято неров­ностью дороги (рис.1-б), определить нагрузки на колеса и закручивающий момент в несущей системе для автомобиля полной массы 1600 кг, имеющего следующие геометрические параметры: В_п = В_з = 2,2 м; а = 1,4 м ; b = 1,6 м.

По результатам самостоятельного изучения материала и проведенных расчетов оформить отчет по работе и подготовить его к защите.

Литература

1. Чудаков Е.Д. Теория автомобиля. М.:Машгиз, 1940.

2. Гришкевич А.И. Автомобили. Теория. - М.: Высшая школа, 1986. – 208 с.

3. Основы теории и конструкции автомобиля / М.Д.Артамонов и др.- М.: Машиностроение, 1974.

4. Кутьков Г.М. Теория трактора и автомобиля. Учебное пособие М.: Колос, 1996.- 287 с.

5. Лукин П.П., Гаспарянц Г.А., Родионов В.Ф. Конструирование и расчет автомобиля. М.: Машиностроение, 1994.- 438 с.

6. Александров А. В., Потапов В. Д., Державин Б. П. Сопротивление материалов, М.: Издательство «Высшая школа», 2000.-442 с.

7. Гольд Б. В. Конструкция и расчёт автомобиля, Издание 2 переработанное и дополненное, М.: Издательство «Машиностроение», 1992.- 322 с.

8. Автомобиль. Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия / Под ред. А.И.Гришкевича.- М.: Высшая школа, 1995.-354 с.

9. Петров В.А. Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин. М.: Машиностроение, 1988.- 432 с.

10. Проскуряков В. Б. Динамика и прочность рам и корпусов транспортных машин.- М.: Издательство «Машиностроение», 1992.-272 с.

11. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин.–М.: Машино­строение,1990.- 352 с.

12. Чернышев В.А. Тягово-динамический расчет автомобиля. - Учебное пособие М.: МГАУ им.В.П.Горячкина, 1994.

13. Леликов О.П., Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. Учебное пособие для ВУЗов. М., 1985.-346 с.

14. Литвинов А.С._, Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. - М.: Машиностроение, 1989. – 240 с.

15. Селифонов В.В., Гируцкий О.И. Конструкции и принципы регулирования бесступенчатых передач. Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ «МАМИ», 1999.- 124 с.

16. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Машиностроение, 1986.- 654 с.

17. Дипломное проектирование /. Под ред. В.В. Будько – М.: Высшая школа, 1995.