Расчет передней подвески автомобиля ЗИЛ – 130

     рис. 5.4.

 

устанавливают вставки из пластмасс или пористой резины (против сухого трения).

Материалом для изготовления рессор служат стали 55ГС, 50С2, 60С2.

Для несимметричной полуэллиптической  листовой рессоры прогиб fp под нагрузкой Pp может быть найден по формуле:

где:

lэ - эффективная длина рессоры, равная lэ= l-lо (l -полная длина, lо -расстояние между стремянками, для ЗИЛ – 130 lо=100мм);

lэ=1450-100=1350мм

Рр-нагрузка от моста или расчетная нагрузка;

Е=2,15*10⁵Мпа – модуль, продольной упругости;

- суммарный момент инерции рессоры в среднем сечении (b и hi -ширина и толщина листов);

δ - коэффициент деформации, учитывает влияние последующих листов на предыдущие, который для рессор равного сопротивления изгибу (идеальная рессора) равен 1,45¸1,50 и для реальных – 1,25¸1,45; δ=1,35

 

ε - коэффициент асимметрии, равный:

 

В существующих конструкциях коэффициент  асимметрии ε=0,1¸0,3; ε=0,15.

где n–число листов рессоры.

Полученное значение fp должно быть меньше значения fmax (см. упругую характеристику подвески).это условие является обязательным для обеспечения нормальной работы подвески.

 

Длина рессор принимается в зависимости  от базы автомобилей:

l=(0,35¸0,5)Б – для легковых;

l=(0,25¸0,35)Б – для грузовых.

Проверку на прочность проводим по напряжениям изгиба:

 

где: Pmax=КД*РР;

 

[σ]=600¸700 ,Мпа

 

 

[σи]< [σ]

650Мпа<700Мпа

Жесткость определяем по формуле:

 

5.3. Устройство  амортизаторов

 

Толчки, воспринимаемые рессорами, вызывают колебания автомобиля, которые продолжаются некоторое  время после наезда на препятствие. Гашение колебаний осуществляют амортизаторы. На автомобилях применяют жидкостные амортизаторы, работа которых основана на сопротивлении перекачиванию жидкости из одной полости в другую через узкие каналы. Применяемые амортизаторы телескопические, двустороннего действия, оказывающие сопротивление при сжатии и отдаче рессор.

Телескопический амортизатор  состоит из цилиндра, штока с поршнем, цилиндрического кожуха (резервуара) и клапанов. В нижней части цилиндра помещены впускной клапан и клапан сжатия с пружиной. В цилиндре находится поршень со штоком. Шток в верхней части имеет проушину, которой соединён с кронштейном рамы. В поршне размещены перепускной клапан и клапан отдачи с пружиной. Сверху цилиндр имеет гайку и сальники резервуара и штока.       

При прогибе рессоры  происходит сжатие, поршень перемещается вниз и жидкость через перепускной  клапан перетекает  в полость  над поршнем. Так как в полости  над поршнем помещён шток, занимающий определённый объём, и вся жидкость поместиться не может, то часть жидкости из полости под поршнем, преодолевая сопротивление пружины, откроет клапан сжатия и перетечёт в полость между кожухом и стенкой цилиндра. Сопротивление перетеканию жидкости, создаваемое клапанами и каналами, обеспечивает необходимое сопротивление амортизатора при сжатии.

При отдаче рессоры амортизатор  растягивается, и в полости над  поршнем создаётся давление, под  действием которого перепускной  клапан закрывается и в поршне открывается клапан отдачи. Жидкость через отверстие в поршне и  клапан отдачи поступает в полость под поршнем. Кроме того, часть жидкости через впускной клапан поступает из резервуара в ту же полость. Сопротивление перетеканию жидкости при отдаче рессоры больше чем при сжатии.

Для заполнения амортизатора применяют масло веретённое АУ или смесь из 50% трансформаторного масла и 50% турбинного масла (ЗИЛ – 130), или амортизаторную жидкость АЖ – 12Т (ГАЗ – 53А, КамАЗ).

 

 

5.3.1. Расчет  амортизаторов

5.3.1.1. Расчет  амортизаторов и быстрота затухания  колебаний

 

Устройство, гасящее колебание в подвеске и называемое амортизатором, совместно с трением в подвеске создаёт силы сопротивления колебаниям автомобиля и переводит механическую энергию колебаний в тепловую. На автомобилях широко применяются гидравлические амортизаторы двухстороннего действия: рычажные и телескопические. Телескопические амортизаторы легче рычажных, имеют более развитую поверхность охлаждения, работают при меньших давлениях (2,5 – 5,0 МПа), технологичнее в производстве. В силу указанных преимуществ они получили широкое распространение на отечественных и зарубежных автомобилях. Основные параметры и размеры телескопических амортизаторов стандартизированы (ГОСТ 11728 – 76).

Быстрота затухания  колебаний при работе упругих  элементов подвески достигается  созданием достаточно большой силы Рс сопротивления колебаниям. Эта сила создается межлистовым трением рессор, трением в шарнирах подвески и в основном сопротивлением амортизаторов. В первом приближении силу Рс можно считать пропорциональной скорости V колебаний кузова относительно колеса:

где: Кэ – эквивалентный коэффициент, оценивающий сопротивление подвески колебаний и в основном зависящий от коэффициента Ка сопротивления амортизатора.

В теории автомобиля оценку затухания колебаний производят по относительному коэффициенту затухания:

где: с=Ро/f - жёсткость подвески, Н/см;

М=Рр/g - подрессорная масса, приходящаяся на колесо (нагрузка на упругий элемент), кг.

У современных автомобилей  колебания кузова происходят с затуханием, соответствующим y=0,15¸0,35; y=0,2. Для сохранения заданной степени затухания колебаний в подвеске с уменьшением её жёсткости сопротивление амортизаторов также следует уменьшать.

Преобразуя уравнение (2.16) ,получим  формулу для нахождения эквивалентного коэффициента:

где: 

Рр – вес подрессорной части, приходящейся на колесо в статическом положении, Н;

fст - статический прогиб подвески, см.

При заданном эквивалентном  коэффициенте сопротивления колебаниям Кэ коэффициент Ка сопротивления амортизатора зависит от его типа и расположения относительно колеса.

5.3.1.2. Характеристика  амортизатора и определение его  геометрических параметров

 

Характеристика амортизатора называется зависимость его силы сопротивления от скорости движения поршня относительно цилиндра. Она  изображается графически в координатах Ра – Vn .Несимметричная характеристика амортизатора с разгрузочными клапанами показана на рис.

 

Усилия в амортизаторе Ра определяются для телескопического амортизатора, установленного под углом:

Зависимость силы на штоке  амортизатора от скорости относительно перемещения штока и цилиндра рассчитывается в общем случае по формулам:

а) На начальном участке:

где: Рн – сила на штоке амортизатора на начальном участке, Н;

Vn – скорость поршня, см/с;

Кан – коэффициент сопротивления амортизатора на начальном участке до открытия клапана, Н с/см;

n – показатель степени, принимаемый при инженерных расчётах n=1.

б) на клапанном участке:

где: Рн – сила сопротивления амортизатора в момент открытия клапана, Н;

Кан – коэффициент сопротивления амортизатора на клапанном участке, Н с/см ;

рис. 5.5.

 

V¢n – критическая скорость поршня , соответствующая открытию клапана, V¢n=20¸30 см/с; V¢n=30 см/с.

Скорость поршня принимается в  расчётах равной 50-60 см/с. При значительной скорости колебаний на ходе сжатия и отбоя открываются разгрузочные клапаны (т. 1 и 2 характеристики амортизатора).

Для двухстороннего амортизатора:

где: d - угол наклона амортизатора, d=40;

Находим силу сопротивления  амортизатора в момент открытия клапанов (V¢n=30 м/с и n=1,0):

Принимаем:

Далее найдём Р^сжк и Р^отбк по формулам:

 

При выборе основных размеров амортизатора пользуются расчётной  мощностью Nрасч, соответствующей скорости поршня амортизатора Vn=20¸30 см/с, причём последняя цифра характеризует весьма напряжённый режим. Мощность, поглощаемую амортизатором, можно подсчитать по формуле:

Зная расчётную мощность амортизатора, можно рассчитать работу L, поглощенную амортизатором за время t = 1 час и перешедшую в тепло:

L=Nрасч t , Н м (2.26)

 

L=81,9*3600=294840 Нм

Из уравнения теплопередачи, ограничивая  температуру жидкости внутри амортизатора, можно представить его основные размеры (рис. 5.6.):

где: a – коэффициент теплопередачи, равный 200 кДж/м r кал, (50¸70 ккал/м r с);

F – поверхность наружных стенок амортизатора, м;

tmax – максимальная допустимая температура наружных стенок амортизатора при работе в течение часа, равная 100°С;

tо – температура окружающей среды (берётся обычно to=20°C).

Для телескопического амортизатора площадь  наружных стенок амортизатора:

где: Д – наружный диаметр цилиндра;

l – длина резервуара, которая обычно определяется по конструктивным соображениям.

Диаметр рабочего цилиндра амортизатора определяется по формуле:

где: Рам – давление в амортизаторе , равное ( 2,5-5,0 )*10 Па ;

Fвн - площадь по внутреннему диаметру стенки амортизатора , равная:

Fш - площадь в сечении по штоку, равная:

dц и dш -диаметр цилиндра и штока, dш=0,5dц ,м;

В результате преобразований и вычислений найдем:

 

В результате преобразований получим:

Наружный диаметр амортизаторов:

где: d - толщина стенки, равная 2,55 мм.

Конструктивную длину амортизатора найдем по формуле:

Ход поршня:

 

 

Амортизатор и его основные параметры.

рис. 5.6.

 

5.3.1.3. Расчет амортизатора  на прочность

 

Запас прочности по напряжениям  изгиба: ss=st=1600,0 МПа; smax=700 МПа.

Запас прочности по напряжениям  кручения: ts=tt=700 МПа; tmax=50 МПа.

 

Общий запас прочности:

Полученный общий запас  прочности позволяет сделать  следующий вывод:

общий запас прочности n>2.0, будет обеспечена прочность амортизатора.

 

5.4.  Устройство колёс

 

Колёса автомобилей  ЗИЛ – 130 и ГАЗ – 53А состоят  из диска и обода. Колёса автомобиля КамАЗ бездисковые. Обод колёс у  грузовых автомобилей плоский, имеет  два бортовых кольца. Съёмное бортовое кольцо неразрезанное и закреплено на ободе разрезным замочным кольцом.

На дисках колёс выполнены  конические отверстия, которыми колесо устанавливают на шпильки. Гайки  колёс также имеют конус. Совпадением  конусов гаек с конусными отверстиями  на дисках обеспечивается точная установка  колёс.      

У грузовых автомобилей на заднюю ось с каждой стороны устанавливают по два колеса. Внутренние колёса закреплены на шпильках колпачковыми гайками с внутренней и наружной резьбой, а наружные колёса – гайками с конусом. Для предотвращения самоотвёртывания гаек при ускорении и торможении автомобиля гайки левой стороны имеют левую резьбу, а гайки правой стороны – правую.  Колёса автомобиля КамАЗ устанавливают на конических поверхностях ступиц колёс и крепят прижимами. Для установки колеса на ступице внутренняя поверхность обода имеет конус. Между ободьями сдвоенных задних колёс установлено проставочное кольцо. Все шпильки колёс автомобиля КамАЗ имеют правую резьбу.    

Запасное колесо автомобилей  ЗИЛ – 130 и ГАЗ – 53А устанавливают  на откидном кронштейне на раме под  передней частью грузовой платформы.

На автомобилях КамАЗ  запасное колесо устанавливают за кабиной  в специальном держателе с  устройством для механического  подъёма и опускания.

 

 

 

рис. 5.7.

Основные элементы и размеры колеса легкового автомобиля:

А — закраина обода;

Б — полка;

В — кольцевой выступ («хамп») для дополнительной фиксации бортов бескамерной шины;

Г — плоскость крепления; а — монтажный диаметр;

б — ширина обода;

в — выпет (расстояние между плоскостью симметрии обода и крепежной плоскостью колеса);

г — диаметр центрального отверстия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Колесо обозначается основными размерами обода — монтажным (посадочным) диаметром (а) и шириной (б). Например, обычное дисковое колесо для автомобилей ВАЗ-2108, —2109 обозначается как 114J-330 (в миллиметрах) или 4 ½ J-13 (в дюймах). Первые цифры означают ширину обода, буква J — форму профиля обода, а последние цифры — монтажный диаметр колеса.         

Для легковых автомобилей  российского производства рекомендованы следующие размеры колес:

114J-330 (4 ½ J-13), 127J-330 (5J-13) — автомобили ВАЗ (кроме 1111);

127J-355 (5J-14) — Москвич-2141; 

140J-355 (5 ½ J-14), 152 J-355 (6 J14) — ГАЗ-31029;

152L-380 (6L-15 ) — автомобили типа УАЗ-31512.

135/80R12 (4J) — ВАЗ-1111, 11113.

 

рис. 5.7. Маркировка колеса (по часовой стрелке):

клеймо Госстандарта РФ;

товарный знак завода-изготовителя; вылет в миллиметрах; месяц и год изготовления (например, 6/99 — июнь 1999 г.)