Задняя зависимая подвеска автомобиля УАЗ-3160.

Выпускается автомобиль УАЗ-3160 с 1997 г. Этот джип, отвечает всем современным требованиям, предъявляемым к автомобилям такого класса.

Грузопассажирский с цельнометаллическим пятидверным кузовом, двигатель мод. УМЗ-420 с рабочим объёмом 2,445 л. и впрыском топлива, мощностю 65,5 кВт. [2, с.17]

База, мм: ; [2, с.5]

Габариты:

Длина, мм: ;

Ширина, мм: ;

Высота, мм: ;

Колея, мм: ;

Масса перевозимого груза, включая водителя и пассажиров, кг: ; [2, с.16]

Число мест для сидения (без откидных): ;

Масса снаряжённого автомобиля, кг: ;

Полная масса: ;

Максимальная скорость, км/ч: 130;

Подвеска комбинированная;

передняя – пружинная со стабилизаторами поперечной установки;

задняя – на продольных полуэллиптических рессорах;

Шины 225/75R16; [2, с.188]

Распределение масс автомобиля по осям: [10, 3-4]

Передняя ось задняя ось:

Снаряжённое состояние, кг: 946, 984;

Полная масса, кг: 1088, 1442;

Расчёт подвески.

1. Снаряжённая масса автомобиля включает себя: заполненную и заряженную аккумуляторную батарею, смазочные средства, тормозную жидкость, охлаждающую жидкость, комплект инструмента стандартный, заполненный, по крайней мере на 90%, топливный бак, знаки аварийной остановки, медицинскую аптечку, огнетушитель. [4, с.22]

Масса водителя учитывается для транспортных средств, кроме легковых и грузопассажирских. В данном случае для автомобиля УАЗ-3160 масса водителя в снаряжённую массу не входит.

2. Грузоподъёмность (общая перевозимая масса).

кг [4, с.24],

Где – масса одного человека (европейские данные), кг;

– масса груза в багажнике, кг;

– количество человек.

Масса одного перевозимого человека взята по международному стандарту ИСО ДИС-2416 «Дорожный транспорт, распределение нагрузки в грузопассажирских автомобилях». Представляет из себя среднюю величину массы одного пассажира.

3. Определение осевых нагрузок на дорогу.

Багажник – грузовой отсек – расположен сзади.

Таблица 1.

Распределение снаряжённой массы по осям
На переднюю ось	946 кг	9270,8 Н
На заднюю ось	984 кг	9643,2 Н
Распределение полной массы по осям
На переднюю ось	1088 кг	10662,4 Н
На заднюю ось	1442 кг	14131,6 Н

4. Неподрессорные массы включают в себя: массы колёс и деталей, связанных с колёсами через подшипники, а также часть масс деталей которые соединяют колесо с кузовом, поперечной подвеской или рамой: полуоси, рычаги, пружины, амортизаторы и детали крепления. Принимает кг.

5. Упругая характеристика подвески в нагруженном состоянии.

5.1. Для удовлетворения требований плавности хода должна обеспечивать определённый закон изменения вертикальных реакций на колесо , в зависимости от прогиба – зависимость эта называется упругой характеристикой подвески (рис. 2). [5, с.25]

Рис. 1. Распределение реакций на переднюю т заднюю оси со стороны дороги.

5.2. В некотором диапазоне изменения нагрузок, близком к статической , характеристика подвески должна обеспечивать оптимальную частоту колебаний: 0,8–1,2 Гц, что соответствует уровню колебаний человека при ходьбе. [6, с.253]

5.3. Ход колеса – вертикальное перемещение , относительно несущей системы. Перемещение колеса вверх называют ходом сжатия, вниз – ходом отдачи. Максимальный ход сжатия состоит из двух частей: статического и динамического ходов.

Статический ход – это перемещение колеса из положения, соответствующего полностью разгруженному состоянию другого элемента, в положение, занимаемое колесом при воздействии на него номинальной статической нормальной реакции дороги.

Динамический ход ­– это перемещение колеса из статического положения в верхнее предельное положение при деформированном ограничителе хода сжатия – буфере.

Коэффициент динамичности подвески – отношение наибольшей нормальной реакции дороги на колесо к статической реакции. Его можно принять равным . [6, с.253]

Жёсткость подвески – это первая производная от нагрузки по ходу колеса. При линейной характеристике, жёсткость постоянна и равна тангенсу угла наклона характеристики к оси перемещения.

Жёсткость упругого элемента – зависимость между нагрузкой на упругий элемент и его деформацией (прогибом ):

; [6, с.253]

На стадии проектирования подвески задаются значениями и по графику [6, с.254, рис. 169] определяют необходимые статические ходы колёс, при движении без учёта галокопирования.

Таблица 2.

Зависимость собственной частоты колебаний подрессорной массы от статического хода		Гц	1,1	1,3	1,5	1,7	1,9
	м	0,21	0,15	0,12	0,08	0,04

Где – частота собственных колебаний подрессорной массы, Гц. Является одной из основных характеристик подвески.

Для обеспечения необходимой плавности хода автомобиля частота собственных колебаний кузова легковых автомобилей должна быть в пределах 1-1,5 Гц. Принимаем Гц. Тогда мм. [6, с.254]

5.4. Усилие от полной массы автомобиля в пружине подвески статическое:

кН.;

Где – реакция от полной массы на колесо от дороги, Н;

–неподрессорная масса задней оси, кг.

5.5. Построение упругой характеристики.

Построение упругой характеристики производим с допущениями: пренебрегаем трением в подвеске, массой неподрессорных частей, считаем упругую характеристику прямолинейной, прогиб упругого элемента равен ходу колеса. [6, с.256, с.262]

По формуле [7, с.235] определяем текущее значение вертикальной нагрузки при начальных условиях , деформацией м, основание натурального логарифма.

Статический прогиб: м;

Динамический прогиб: м.

При , находим :

кН.

Проведём расчеты.

Полученные данные занесём в таблицу 3.

Таблица 3.

Расчёт усилия на упругий элемент в зависимости от деформации.
, м			, кН
0,05	-0,75	0,46	2,85
0,10	-0,50	0,606	3,76
0,15	-0,25	0,779	4,83
0,20		1,0	6,20
0,25	0,25	1,28	7,94
0,30	0,50	1,65	10,23
0,33	1,65	1,9	11,78

По данным таблицы 3 строим упругую характеристику.

Рис. 2. Упругая характеристика подвески.

Полученная характеристика соответствует полностью желаемой характеристике, изменяющейся по закону показательной функции. . [7, с.235]

6. Расчёт упругого элемента.

В качестве упругого элемента применяем цилиндрическую винтовую пружину сжатия, изготовленную из проволоки круглого поперечного сечения.

В поперечном сечении винта возникают только два касательных напряжения. Для их определения введём допущения:

6.1. Касательные напряжения, связанные с наличием крутящего момента определяются так же, как для прямого бруска круглого сечения. Эпюра этих напряжений для точек горизонтального диаметра дана на рис. 3:

Рис. 3. Эпюра касательных напряжений.

МПа

Где – усилие сжатия пружины, кН (таблица 3);

– средний диаметр витка пружины, м;

– диаметр проволоки, м;

Пружина: мм;

мм;

– количество рабочих витков;

Условие эксплуатации по допустимому касательному напряжению от крутящего момента соблюдается, при материале пружины сталь 65Г МПа [8, с.149]:

МПа < ;

6.2. Касательные напряжения, связанные с наличием поперечной силы, распределяется по сечению равномерно. Эпюра этих напряжений дана на рис. 4.

Рис. 4. Эпюра касательных напряжений от поперечной силы.

МПа;

6.3. Общее значение касательного напряжения.[8, с.147]

МПа;

6.4. Проверка правильности выбора параметров пружины.[8, с.151]

м;

Где – поправочный коэффициент, зависящий от индекса и прочности пружины.

– отношение среднего диаметра пружины к диаметру проволоки;

;

Соотношения и принимаем по [8, с.149].

;

;

С учётом того, что МПа, принимаем мм.

6.5. Определяем число витков, учитывая что приращению нагрузки кН, соответствует осадка мм, где – максимальное значение нагрузки, кН; – нагрузка в снаряжённом состоянии, кН:

;

Где – модуль сдвига, МПа;

Полное число витков принимается на 1,5-2 витка больше.

, принимаем 8,5 витков.

Нужно стремиться, чтобы число витков заканчивалось на 0,5, при этом крайние витки будут развёрнуты в противоположные стороны.

6.6. Высота пружины, полностью сжатой под действием максимальной нагрузки:

м;

Где – количество рабочих витков;

– учитывает прижатые концевые витки;

м

6.7. Относительная упругость, как функция гибкости пружины:

;

, т.е. у пружины, в результате расчётов, гарантировано отсутствие продольного изгиба, дополнительный элемент, предотвращающий изгиб пружины в продольном направлении не потребуется.

7. Расчёт направляющего устройства.

Нижняя продольная штанга.

7.1. Расчёт при действии максимальной силы тяги (при разгоне).

7.1.1 Обычно при расчетах принимают коэффициент сцепления . [7, с.217]

Максимально возможная сила тяги на колесе:

кН,

Где – коэффициент сцепления колеса с дорогой;

– нормальная реакция на колесо от дороги.

кН

V – направление движения автомобиля;   – сила тяги.

Рис. 5. Схема расстановки сил при разгоне.

7.1.2 Напряжение смятия (сжатия) от силы ;

МПа < МПа,

Где – площадь поперечного сечения трубчатой штанги, м²;

м²;

Труба 28х3 – 20 ГОСТ 8734-58

мм, мм; [9, с.588]

Рис. 6. Сечение штанги.

Условие эксплуатации соблюдается.

7.2. Расчёт штанги при действии максимальной прижимной силы.

7.2.1. Сила тормозная.

Определяется по формуле:

Н;

Где – реакция на колесо, с учётом перераспределения нагрузки между мостами при торможении.

Н;

– коэффициент перераспределения;

– масса автомобиля, приходящаяся на ведущую заднюю ось, кг;

– ускорение земного притяжения, м/с²;

– высота центра масс, м (рис. 1);

– база автомобиля;

.

7.2.2. Напряжение растяжения штанги.

МПа < МПа.

7.3. Условие эксплуатации по допускаемым напряжениям сжатия и растяжения профильной штанги соблюдается.

8. Расчёт балки заднего моста.

8.1. Предварительно размеры поперечного сечения сварной балки или кожуха полуоси в месте крепления пружины при компоновке моста можно определять по моменту сопротивления изгибу (см³), определяемому по формулам:

см³; [7, с.216]

– масса подрессорной части автомобиля, приходящаяся на задний мост, кг

– расстояние от центральной плоскости колеса до середины пружины подвески, см;

мм; [2, с.178]

Где – ширина шины, мм;

– средний диаметр пружины, мм;

– диаметр проволоки пружины, мм;

– зазор между колесом и пружиной, мм.

Рис. 7. Пояснительная схема к расчёту.

8.2. Напряжения при действии максимальной силы тяги или максимальной тормозной силы.

Принимаем коэффициент сцепления колеса с дорогой [7, с.217]

Максимально возможная сила тяги (1) или тормозная сила (2) на колесе:

1). Н; [7, с.217]

2). Н;

Где – реакция на колесо, вычисленная с учётом перераспределения нагрузки между мостами при разгоне (1) или торможении (2).

1). Н; [7, с.217]

2). Н,

– доля полной массы автомобиля, приходящаяся на колёса заднего моста, кг;

– коэффициент перераспределения нагрузки на колесе:

– при разгоне: ; [7, с.217]

– при торможении: ;

– высота расположения центра масс, м;

– база автомобиля, м.

Рис. 8. Схема сил, действующих на ведущий мост при максимальной тяги и торможении и эпюры изгибающих моментов.

м;

– диаметр посадочный, дюйм;

– ширина шины.

Изгибающие моменты, создаваемые в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости, достигают максимальных значений в сечении I-I в месте крепления пружины и продольной штанги.

Если принять, что на балку действует сила, равная вертикальной реакции в точке контакта колеса с опорной поверхностью, то:

1). Н·м; [7, с.217]

2). Н·м;

1). Н·м;

2). Н·м;

Где – расстояние от центра колеса до центра пружины.

Реактивный крутящий момент, создаваемый силой тяги, действует на балку на участке от оси симметрии главной передачи до места крепления штанг продольных, а реактивный тормозной момент – на участке от фланца крепления суппорта тормозного механизма до места крепления пружины:

1). Н·м;

2). Н·м;

Где – колея автомобиля, м;

– радиус качения колеса

При круглом сечении балки (трубчатой) суммарный момент в опасном сечении согласно теории наибольших касательных напряжений: [7, с.218]

1). Н·м;

2). Н·м;

1). МПа < МПа;

2). МПа < МПа;

Где – осевой момент сопротивления, м³.

8.3. Напряжения, возникающие при заносе.

Вертикальные и горизонтальные реакции, действующие в точке контакта с опорной поверхностью для случая скольжения автомобиля влево, определяют по формулам: [7, с.218]

Н;

Н;

Н;

Н.

Рис. 9. Схема сил, действующих на ведущий мост при заносе автомобиля, и эпюры изгибающих моментов.

При боковом скольжении коэффициент сцепления колеса с дорогой принимают .

В случае скольжения автомобиля влево изгибающий момент на левой стороне балки достигает максимального значения в сечении I-I, соответственно центральной плоскости колеса, а изгибающий момент правой балки – в сечении II-II – месте крепления пружины.

Н·м;

Н·м;

МПа < МПа.

8.4. При переезде препятствия.

Напряжение изгиба в месте крепления пружины определяют по формуле: [7, с.219]

МПа < МПа;

Где – момент в вертикальной плоскости при максимальном значении вертикальной реакции на колесо.

Н;

Где – коэффициент динамичности;

Н·м.

Список литературы.

1. Методические указания.

2. Э. Н. Орлов и др. «Автомобили УАЗ «Техническое обслуживание и ремонт», – М., Транспорт, 2002 г., 336 с.

3. Краткий автомобильный справочник, – НИИАТ, М. Трансконсалтинг, 1994 г., 779 с.

4. Й. Раймпель «Шасси автомобиля», – М., Машиностроение, 1983 г., 356 с.

5. В. В. Осепчугов и др. «Автомобиль, анализ конструкции, элементы расчёта», – М., Машиностроение, 1989 г., 304 с.

6. Г. А. Гаспарянц, «Конструкция, основы теории и расчёта автомобиля», М., Машиностроение, 1978 г., 351 с.

7. П. П. Лукин и др. «Конструирование и расчёт автомобилей», – М., Машиностроение, 1984, 376 с.

8. Г. М. Ицкевич, «Сопротивление материалов», – М., Высшая школа, 1968 г., 383 с.

9. В. И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя», – М., Машиностроение, 1968 г., 688 с.

10. Автомобиль УАЗ-3160 и его модификации, Эксплуатация и техническое обслуживание.

11. Г. С. Писаренко и др. «Справочник по сопротивлению материалов», Киев, Наукова думка, – 1975 г., 704 с.

Дата добавления: 2015-07-25