ΣMB” =-В′zu∙Lp+Dxyo∙к= 0;
Расчет резинового шарнира будем производить по максимальной длительно действующей нагрузке в нем, т. е. при радиальной силе р = Dхуо = =1412,21 Н.
5.2.7 Определение напряжений и деформаций
резиновых втулок – шарниров
Исходя из конструктивных соображений и рассматривая конструкцию существующих резиновых втулок, принимает размеры втулок (рис. 5.7 ).
Рис. 5.7. Конструкция ручно-механической втулки рычага подвески.
1 – обойма рычага, 2 – резиновый элемент, 3 – внутренняя обойма.
Резиновая втулка работает на кручение и воспринимает радиальную и осевую нагрузки. Втулки такого типа можно отнести к шарнирам с равными касательными напряжениями.
Определяем крутильную жесткость шарнира по формуле:
где G = 0,9 МПа – модуль сдвига для радиан.
Напряжения сжатия при действии рациональной нагрузки:
где [σсж ]=1,75 МПа – допускаемые статические напряжения сжатия для резины с твердостью по Шору 60 ед.
Как указывается в литературе [ 5 ], угловое пересечение по дуге наружного радиуса не должно превышать толщины элемента. Углы закрутки резиновых элементов определяются по кинематической схеме подвески. Наибольший угол при ходе колеса Sот (отбоя) = 85 мм составил:
сtg φ =3,8936 ; φ = 14°27′ или φ = 0,24906 рад.
Тогда угловое перемещение наружной поверхности резинового элемента составит:
Вывод: при принятых размерах резиновых элементов, напряжения при сжатии, деформации и скручивании не превышают допустимых значений — это обеспечивает долговечность шарниров.
5.3 Расчет на прочность
При расчетах на прочность сопоставляют фактические и допустимые напряжения, чтобы гарантировать долговечность детали и убедиться в том, что даже при максимальных нагрузках не произойдет ее пластической деформации. Это может иметь место при условии, если будет превышено временное сопротивление или предел текучести материала: σф£ σдоп.
При изгибе или совместном действии различных нагрузок: σдоп = σо / υ.
В качестве предельных значений следует использовать σbs = 1,2 σs.
При расчетах на прочность принимается υ ≥ 1,5.
5.3.1. Кратковременно действующие силы.
Для определения наибольших значений сил, действующих в подвеске «Макферсон», следует рассмотреть три случая: движение по дороге с выбоинами (случай 3 [1]); преодоление железнодорожного переезда (случай 2 [1]); торможение с блокировкой колес с начальной скорости V ≤ 10 км/ч (случай 5 [1]).
5.3.2. Силы, возникающие при движении по дороге с выбоинами.
В представленном в этом параграфе случае нагружения 3, подвеска вновь рассматривается в нормальном положении. По-прежнему используем вертикальную силу NV'о = К1 NV – (Uv / 2) = 4,43 кН, однако вместо S1 использовать максимальное значение боковой силы S2 = µF2 Nv, а вместо продольной силы LА1 силу
LА4 = Mt4 / rд = Mdmaxi2iDiгл ηтр / (4 rд) = 80 · 2,056 · 3,588 · 0,9224 / (4 · ∙0,282) = 482,59 Н.
S2 = 2,48 кН.
Итак, методика расчета соответствует приведенной, с исключениями: вместо S1 действует S2 , а вместо LА1 - LА4.
Используя приведенный на рис.5.1 вид сзади, учитывая, что Вх3=Ву3сtg β, уравнение моментов относительно точки А:
Вх3 =Ву3∙ctgβ=307,91 · 15,97 = 4917,32 Н.
где f = (с + о) cos δo tg ε = 0,612∙0,9659∙0,0524=0,030975;
е = [(с + о) cos δo + d – rд] tg ε=(0,612∙0,9659+0,203-0,282)∙0,0524=0,026836.
В точке А действуют взаимно перпендикулярные силы:
Ах3 = В х3 - S2 ; Ау3 = Ву3 + NV ′о; Аz3 = Вz3 - LA4
Ах3 = 4917,32 – 2480;Ау3 = 307,91 + 4327,5; Аz3 = 662,73 – 482,59;
Ах3 = 2437,32 Н Ау3 = 4635,41 Н Аz3 = 180,14 Н.
Эти силы раскладываем в направлениях оси амортизатора и перпендикулярно к ней, аналогично проводимым ранее:
Ауu = Ay3 · sin υ = 4635,41 · 0,1484 = 687,75 Н.
Ayv = Ay3 · cos υ = 4635,41 · 0,9889 = 4583,96 Н.
Axs = Ax3 · sin æ = 2437,32 · 0,937 = 2283,77 Н.
Axt = Ax3 · cos æ = 2437,32 · 0,3494 = 851,6 Н.
Azs = Az3 · cos æ = 180,14 · 0,3494 = 62,94 Н.
Azt = Az3 · sin æ = 180,14 · 0,937 = 168,79 Н.
As = Azs + Axs = 62,94 + 2283,77 = 2346,71 Н.
At = Axt – Azt = 851,6 – 168,79 = 682,81 Н.
Asu = As · cos υ= 2346,71 · 0,9889 = 2320,66 Н.
Asv = As · sin υ = 2346,71 · 0,1484 = 348,25 Н.
F1 = Ayv + Asv = 4583,96 + 348,25 = 4932,21 Н.
Au = Asu – Ayu = 2320,66 – 687,75 = 1632,91 Н.
Осуществляем проверку разложения сил:
√Ах3² + Ау3² + Аz3² = √Au² + At² + F1² ;
√2437,32² + 4635,41² + 180,14² = √1632,91² + 682,81² + 4932,21² ;
5240,23 ≈ 5240,16.
Aquer = √Au² + At² = √1632,91² + 682,81² = 1769,92 Н.
Силы, действующие на поршень:
К3 =
– Aquer = –1769,92 = 1140,8 Н.Изгибающий момент в штоке амортизатора:
Мк3 = Aquer · о′ = 1769,92 · 0,136 = 240,71 Н м.
σдоп.= σbs / υ = 1,2 σs / υ = 1,2 · 480 / 1,5 = 384 Мпа,
т. к. υ ≥ 1,5 при кратковременных перегрузках.
Проверим выбранный в п.5.2.5 диаметр штока амортизатора по условию прочности:
.Таким образом видно, что условие прочности для выбранногшо диаметра штока dmin = 20 — выполняется.
5.3.3 Силы, возникающие при торможении
Если тормозные механизмы передних колес расположены в колесе, то при коэффициенте сцепления шины с дорогой Мк = 1,25 в подвеске могут возникнуть бόльшие перегрузки, чем при движении по дороге с разбитым покрытием. Для расчета сил в рычаге подвески автомобиля в положении, соответствующем номинальной нагрузке, вычисляем продольную силу:
Lb = Мк NV = 1,25 ∙ 2885 = 3606,25 Н
и верхнее значение вертикальной силы NV'о = 4327,5 Н. Боковые силы подвески и шин можно пренебречь.
Расчет сил, возникающих при торможении, предусматривает скорость близкую к нулю. К этому следует добавить уменьшение радиуса шины в результате увеличения нагрузки. Поэтому в расчете необходимо использовать статический радиус rст. Деформация шины приводит к уменьшению плеча обкатки.