Разработка передней подвески автомобиля

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Московский государственный технический  университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

 

ФАКУЛЬТЕТ  «СПЕЦИАЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»                 

КАФЕДРА  «КОЛЁСНЫЕ МАШИНЫ»       

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ  ПРОЕКТУ

Передняя подвеска автомобиля полной массой до 3т

 

Руководитель курсового проекта, Доцент каф. СМ-10	(подпись, дата)	(С.Д. Попов)
Исполнитель курсового проекта, студент группы СМ10-112	(подпись, дата)	(М.В. Голубев)

Москва, 2013

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Содержание

Техническое задание 3

Реферат 4

1 Введение 4

1.1 Цели и задачи 5

1.2 Техническая характеристика 5

1.3 Требования, предъявляемые к подвеске. 6

2 Общие сведения 6

2.1 Конструкция подвески 6

2.2 Преимущества подвески на двойных поперечных рычагах 7

3 Расчеты, подтверждающие работоспособность конструкции 7

3.1 Построение упругой характеристики подвески 7

3.2 Кинематический расчет подвески 11

3.3 Расчет упругого элемента 16

3.4 Расчет амортизатора 17

4 Заключение 20

5 Список литературы 21

6 Приложение 22

 

 

Техническое задание

 

Реферат

Целью данного курсового  проекта стояло получение базовых  навыков

проектирования  узлов и агрегатов колесной машины с использованием программного обеспечения на ЭВМ и современных методов расчета.

Стояла задача спроектировать переднюю подвеску грузового автомобиля полной массой до 3 т.

С помощью пакета программ SolidWorks была создана кинематическая и полная трехмерная модель передней подвески. Все элементы подвески проработаны с точки зрения взаимодействия с другими системами КМ. Расчеты направляющего, упругого и демпфирующего выполнены в среде Mathcad 15, а так же проработаны с помощью программы автоматизированного динамического анализа многокомпонентных динамических систем EULER.

Работа состоит из графической  части в объеме 5 листов формата  А1 , и расчетно-пояснительной записки на 30 листах формата А4.

 

1. Введение

В рамках выполнения курсового проекта необходимо спроектировать переднюю подвеску грузового автомобиля. В качестве базового автомобиля выбран грузовой автомобиль Renault Master.

Передняя подвеска является частью системы подрессоривания КМ, обеспечивающей упругую связь между несущей системой и колесами. Основным назначением подвески является снижение интенсивности вибрации и динамических нагрузок, которые действуют на человека, перевозимый груз и элементы конструкции КМ при ее движении по неровной опорной поверхности.

1. Цели и  задачи

Конечная цель работы –  изучение и разработка конструкции  передней подвески грузового автомобиля полной массой до 3 т

Основные задачи, поставленные перед началом работы:

• сбор и анализ информации по конструкции подвесок
• построение упругой и демпфирующей характеристик подвески
• кинематический и силовой анализ механизма с помощью средств автоматизированного динамического анализа;
• расчет основных элементов конструкции, обуславливающих ее работоспособность;
• создание 3-D модели механизма;
• расчет детали МКЭ;
• подготовка чертежа общего вида автомобиля, разработанного агрегата и рабочих чертежей двух сопряжённых деталей.

Документы и учебная литература, на основании которых разработан проект, приведены в разделе “Список использованных источников”.

2. Техническая характеристика

В качестве базового автомобиля выбран грузовой автомобиль Renault Master.

Исходные данные для расчетов:

Колея передних колес	B=1790 мм
База автомобиля	L=3182 мм
Дорожный просвет	h = 286мм
Снаряженная масса автомобиля Полная  масса Шины Полный ход подвески	2200кг 3000кг 285/70 R19,5 220 мм

 

3. Требования, предъявляемые к подвеске.

Требования, предъявляемые к различным типам подвесок, могут быть сформулированы следующим образом:

• соответствие области применения
• возможность размещения в ограниченном пространстве
• оптимальные кинематические свойства
• малое нагружение кузова
• долговечность
• безотказность

2. Общие сведения

1. Конструкция подвески

В данном курсовом проекте  мною была выбрана независимая подвеска на двойных поперечных рычагах и пружиной в качестве упругого элемента. Крепление пружины осуществляется к нижнему рычагу подвески посредством резинометаллического шарнира. В качестве демпфирующего элемента выбран однотрубный амортизатор, который приваривается к стойке и выполнен в сборе с пружиной, образуя пружинную стойку. Шток амортизатора крепится к кузову КМ посредством штыревого шарнира, образуя шумо- и виброизолирующее соединение стойки с кузовом КМ. Для регулировки развала колес предусмотрено использование регулировочных прокладок под крепление нижнего рычага к кузову. Рычаги выполнены штампосварными с средней плоскостью разъема. Поворотный кулак выполнен литым заодно с внешним кольцом ступичного подшипника. Кулак крепится к рычагам посредством шаровых шарниров.

Рисунок 1 - Конструкция подвески

2. Преимущества  подвески на двойных поперечных рычагах

Основным преимуществом  подвески на двойных поперечных рычагах  являются ее кинематические качества:

• взаимным положением рычагов можно определить высоту как поперечного так и продольного крена
• за счет изменения длины рычагов можно влиять на угловые положения колес
• отсутствие взаимовлияния колес
• компактность
• небольшая масса

3. Расчеты, подтверждающие работоспособность конструкции

1. Построение упругой характеристики подвески

Упругая характеристика представляет собой зависимость силы упругости в упругом элементе от хода подвески. Идеальная характеристика определяется постоянством собственной частоты колебания подрессоренной массы КМ.

По стандарту необходимо, чтобы частота колебания подрессоренной массы находилась в пределах 1,2…1,4 Гц.

Для построения идеальной характеристики примем собственную частоту колебания подрессоренной массы КМ .

Определим приведенную жесткость  передней подвески:

Нагрузка на переднюю ось при идеальной развесовке:

При снаряженной массе  КМ

При полной массе КМ

_{Допустимая  нагрузка на ось: 1600 кг}

_{Статическая нагрузка на колесо:}

_{При снаряженной  массе КМ :}   

_{При полной  массе КМ :}

_{Зададим статический прогиб подвески – 100мм при  снаряженной массе  КМ для расчета жесткости рессоры.}

_{Приведенный коэффициент жесткости  упругого элемента (рессоры):}

_{Частота колебаний, соответствующая  данному прогибу:}

_{Эквивалентный статический прогиб для случая полной нагрузки:}

 

_{Частота колебаний при  данной нагрузке:}

_{Принимаем для варианта снаряженной  массы КМ:}

 _{Для  варианта полной  массы КМ:}

_{Следовательно принимаем:}

_{Максимальная  нагрузка воспринимаемая упругим устройством  при коэффициенте динамичности kдинP = 2:}

_{Построим  идеальную нагрузочную  характеристику. Условие  оптимальности заключается  в постоянстве  собственной частоты  колебаний.}

_{Для случая снаряженной и  полной массы КМ получим 2 характеристики:}

 _и 

_{Из предположений, что КМ будет эксплуатироваться по большей степени не полностью груженой, то и упругая характеристика будет лежать в пределах между 2-мя кривыми. С помощью программы Mathcad 14 удалось примерно оптимизировать упругую характеристику c учетом дополнительного упругого элемента с нелинейной характеристикой (см. рис.4)}

Рисунок 2 - Упругая характеристика подвески

2. Кинематический расчет подвески

Главным преимуществом двухрычажной подвески является ее кинематика. С помощью программного комплекса SolidWorks были подобраны длины рычагов подвески, определены точки крепления и расположения шарниров. В дальнейшем данная модель была импортирована в программный комплекс EULER и рассчитана.

Рисунок 3 - Кинематика подвески

_{В программе  EULER составлена динамическая схема подвески. С ее помощью были сняты показания датчиков изменения колеи, изменения угла развала, значения усилий в шарнирах.}

Рисунок 4 - Модель двухрычажной подвески в программе EULER

В результате расчетов были получены следующие кинематические показатели:

Изменение колеи и угла развала за полный ход подвески:

Рисунок 5 – Изменение колеи

Рисунок 6 - Изменение угла развала

 

Графики изменения углового положения верхнего и нижнего  рычагов:

Рисунок 7 - Изменение угла наклона нижнего рычага

Рисунок 8 - Изменение угла наклона верхнего рычага

 

Кинематическое передаточное число подвески определяется по формуле:

, где  - угол развала;

b – длина нижнего рычага;

a – расстояние от оси вращении рычага до точки крепления стойки;

- перемещение колеса;

- деформация пружины;

Рисунок 9 - Изменение кинематического передаточного числа

Силовое передаточное отношение  есть отношение усилия в упругом  элементе к усилию на колесе:

График изменения силового передаточного отношения получен с помощью EULER и представлен ниже.

Рисунок 10 - Изменение силового передаточного числа

Высота центра крена определяется по схеме представленной на рисунке ниже.

Рисунок 11 - Определение положения центра крена

Положение центра крена при  полной нагрузке

Высота центра крена при  снаряженной нагрузке:

 

Таблицы сводных параметров представлены ниже

Таблица 1 - Сводная таблица параментров подвески

	Снаряженная масса	Полная масса
Ход подвески, мм	100	141
Вертикальная нагрузка, кг	490	690
Высота центра поперечного крена, мм	381	318
Угол развала колеса	1,1	1,4
Кинематическое передаточное число	1,28	1,29
Силовое передаточное число	1,39	1,39

 

Таблица 2 – Кинематические характеристики подвески

Плечо обкатки:	30 мм (положительное)
Максимальное изменение колеи:	30 мм
Максимальное изменение угла развала:
Деформация упругого элемента:	170 мм
Изменение угла наклона верхнего рычага:
Изменение угла наклона нижнего рычага:

3. Расчет упругого элемента

Необходимо рассчитать конструктивные параметры витой цилиндрической пружины.

Исходные данные для расчета:

Максимальная динамическая нагрузка действующая на пружину и буфер:
Конструктивный параметр D/d	с = 10
Деформация пружины за полный ход подвески
Модуль упругости второго рода	G = 85000 МПа
Допускаемые касательные напряжения	[τ] = 1000 МПа