Материал: КП

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «АВТОМОБИЛИ»

ПЕРЕДНЯЯ ПОДВЕСКА ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Дисциплина «Конструирование и расчет автомобиля и трактора»

Студент гр. ТС-5618 Харченко А.С. /______________/

Специальность 190201 «Автомобиле- и тракторостроение»

Руководитель доцент, канд.техн.наук Сергеев А.Л. /_____________/

Комиссия: ___________________ /_____________/

___________________ /_____________/

Дата защиты _____________

Оценка__________________

Курган, 2012

Содержание

Введение 3

1 Анализ конструкции и обоснование выбора проектируемого узла 4

1.1 Основные сведения о подвеске 4

1.1.1 Понятие. Состав. Классификация. Требования 4

1.1.2 Направляющие устройства 6

1.1.3 Упругие устройства 7

1.1.4 Гасящие устройства 9

1.1.5 Стабилизирующие устройства 10

1.2 Подвески легковых автомобилей 11

1.3 Устройство передней подвески 17

1.4 Изменения в конструкции передней подвески 20

2 Определение основных параметров и расчет проектируемого узла 22

2.1 Исходные данные 22

2.2 Расчет параметров упругих элементов 25

2.3 Расчет параметров направляющих элементов 33

2.4 Расчет параметров гасящего элемента 41

Заключение 44

Список литературы 45

Введение

В настоящее время наша жизнь немыслима без автомобильного транспорта. Основной задачей автомобильного транспорта является полное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, при возможно меньших материальных и трудовых затратах, при обеспечении высокого уровня безопасности дорожного движения и экологичности. Около 80% всех перевозимы грузов и 90% пассажиров перевозятся автомобилями.

Одни из наиболее важных элементов автомобиля является его подвеска, поскольку от качества их выполнения зависит не только надежность и долговечность автомобиля но и сохранность перевозимого груза и комфортабельность перевозки пассажиров.

Подвеска – совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между подрессоренной и неподрессоренными массами. Она уменьшает динамические нагрузки, действующие на подрессоренную массу. Подвеска состоит из трех основных устройств: упругого, направляющего и демпфирующего. В некоторых случаях для уменьшения крена в подвеску добавляется стабилизирующее устройство.

Конструкция подвески должна: обеспечивать требуемую плавность хода; иметь кинематические характеристики, отвечающие требованиям устойчивости и управляемости автомобиля.

Целью данного курсового проекта является конструирование и расчет основных параметров подвески легкового автомобиля, а также приобретение навыков использования знаний, полученных в дисциплине «Конструирование и расчет автомобиля».

1 Анализ конструкции и обоснование выбора проектируемого узла

1.1 Основные сведения о подвеске

1.1.1 Понятие. Состав. Классификация. Требования

Подвеской автомобиля называется совокупность деталей, обеспечивающих упругую связь между кузовом (рамой) и колесами автомобиля, уменьшение динамических нагрузок на кузов и колёса, и затухание их колебаний, а также в некоторых случаях регулирование положения кузова автомобиля.

Подвеска выполняет следующие функции: физически соединяет колеса или неразрезные мосты с несущей системой автомобиля - кузовом или рамой; передает на несущую систему силы и моменты, возникающие при взаимодействии колес с дорогой; обеспечивает требуемый характер перемещения колес относительно кузова или рамы, а также необходимую плавность хода; во время езды она вместе с шинами поглощает и демпфирует различные вибрации, колебания и удары, действующие на автомобиль из-за неровностей поверхности дороги, защищая от их воздействия пассажиров и груз и улучшая устойчивость движения.

Плавность хода - свойство автомобиля защищать перевозимых людей и грузы от воздействия неровностей дороги. Смягчая толчки и удары от дорожных неровностей, подвеска обеспечивает воз­можность движения автомобиля без дискомфорта и быстрой утом­ляемости людей.

Подвеска разделяет все массы автомобиля на две части - под­рессоренные и неподрессоренные.

Подрессоренные - части, опирающиеся на подвеску: кузов, рама и закрепленные на них механизмы, а неподрессоренные - части, опирающиеся на дорогу: мосты, колеса, тормозные механизмы.

Особое внимание при проектировании уделяется собственной частоте колебаний подрессоренной части. Колебания с частотой менее 1 Гц вызывают у многих тошноту. При частоте колебаний свыше 1,5 Гц утрачивается ощущение комфорта, а колебания с частотой выше 5 Гц воспринимаются как вибрация, то есть собственная частота должна составлять 1- 1,5 Гц. Собственная частота колебаний кузова зависит главным образом от жесткости упругих элементов и от величины подрессоренной массы.

Подвеска автомобиля состоит из четырех основных устройств — направляющего, упругого, гасящего и стабили­зирующего.

Направляющее устройство подвески направляет движение ко­леса и определяет характер его перемещения относительно кузова и дороги. Направляющее устройство передает продольные и поперечные силы и их моменты между колесом и кузовом автомобиля.

Упругое устройство подвески смягчает толчки и удары, пере­даваемые от колеса на кузов автомобиля, при наезде на дорожные неровности. Упругое устройство исключает копирование кузовом неровностей дороги и улучшает плавность хода автомобиля.

Гасящее устройство подвески уменьшает колебания кузова и колес автомобиля возникающие при движении по неровностям дороги и приводит к их затуханию. Гасящее устройство превращает механическую энергию колебаний в тепловую энергию с последующим ее рассеиванием в окружающую среду.

Стабилизирующее устройство подвески уменьшает боковой крен и поперечные угловые колебания кузова автомобиля.

На автомобилях применяются различные типы подвесок (рис. 1).

Рис. 1 Типы подвесок

Основными требованиями, предъявляемые к подвеске:

• упругая характеристика подвески должна обеспечивать защиту пассажиров от воздействия колебаний, угрожающих их здоровью или создающих неприятные ощущения, а также сохранение целостности перевозимого груза;

• кинематическая схема должна создать условия для возможного малого изменения колеи и углов установки колёс, соответствие кинематики колес кинематике рулевого привода, исключающее колебания управляемых колес, вокруг оси поворота;

• оптимальная величина затухания колебаний кузова и колес;

• надежная передача от колес кузову или раме усилий и моментов;

• малая масса элементов подвески и особенно неподрессоренных частей;

• достаточная прочность и долговечность деталей подвески;

• применяемые шарниры должны легко поворачиваться и обеспечивать шумоизоляцию кузова.

1.1.2 Направляющие устройства

Зависимая подвеска (рис. 2) - вариант при котором колеса одной оси автомобиля связаны между собой жесткой балкой. При наезде на препятствие одного из колес, второе наклоняется на тот же угол. Она проще, дешевле, имеет постоянную колею, но в тоже время балка моста имеет большие неподрессорные массы. Кроме этого, при противоположных ходах левого и правого колёс одной оси, наблюдается значительный их наклон, следствием чего являются резонансные колебания колёс в поперечной плоскости (эффект шимми) - машину начинает трясти.

Рис. 2 Схема зависимой подвески

Независимая подвеска (рис. 3) - вариант при котором колеса одной оси автомобиля не связаны жестко друг с другом. При наезде на препятствие, одно из колес может менять свое положение, не изменяя при этом положения второго колеса. Она имеет гораздо больше преимуществ, поэтому и распространена сейчас больше, а также характеризуется применением рычагов. Варианты ее различаются по типу направляющего устройства: рычажные, телескопические и подвеска Макферсон. По расположению плоскости качания рычагов: продольно-рычажная, поперечно-рычажная (рис. 3) и диагонально-рычажная. И по количеству рычагов: однорычажные, двухрычажные и многорычажные.

Рис. 3 Схема независимой подвески

1.1.3 Упругие устройства

Рессора состоит из собранных вместе отдельных листов выгну­той формы. Стальные листы имеют обычно прямоугольное сече­ние, одинаковую ширину и различную длину.

Рессоры бывают многолистовые, малолистовые и однолистовые. Из соображения низкой стоимости и массы больше подходят однолистовые рессоры. Также в ней отсутствует межлистовое трение, которое способствует передаче неровностей микропрофиля дороги телу человека, по величине возмущения не превосходящих величину трения. Однако однолистовые рессоры не применяют из-за трудности размещения рессоры большой длины, а также по соображениям безопасности. Поломка однолистовой рессоры означала бы немедленную потерю управляемости. Этим объясняется то, что наибольшее распространение имеют малолистовые рессоры.

Основное преимущество рессор в том что они одновременно выполняют функцию упругого и направляющего элемента. Кроме того, листовые рессоры просты в изготовлении и легко доступны для ремонта в эксплуатации. По сравнению с упругими устройствами других типов листовые рессоры имеют повышенную массу, менее долговечны, обладают сухим (межлистовым) трением, что способствует нечувствительности рессоры к мелким неровностям дороги, ухудшают плавность хода автомобиля и требуют ухода (смазывания) в про­цессе эксплуатации.

Винтовые пружины применяются в передней и задней подвесках. В основном применяются пружины с постоянной толщиной проволоки и шагом навивки, которые имеют линейную характеристику, в данном случае требуемая характеристика обеспечивается дополнительным упругим элементом. Нужная прогрессивность задней подвески может быть создана цилиндрическими пружинами с переменным шагом витка и фасонными пружинами.

В подвеске витые пружины воспринимают только вертикаль­ные нагрузки и не могут передавать продольные и поперечные усилия и их моменты от колес на раму и кузов автомобиля. Поэтому при их установке требуется применять направляющие устройства. При использовании витых пружин также необходимы гасящие устройства. По сравнению с листовыми рессорами спиральные пружины имеют меньшую массу, более долговечны и энергоемки, просты в изготовлении и не требуют технического обслуживания.

Торсион представляет собой стальной упругий стержень, работающий на скручивание. Он может быть сплошным круглого сечения, а также составным - из круглых стержней или прямо­угольных пластин. На концах торсиона имеются головки (утолще­ния) с нарезанными шлицами или выполненные в форме мно­гогранника (шестигранные и т.д.). С помощью головок торсион одним концом крепится к раме или кузову автомобиля, а другим - к рычагам подвески. Упругость связи колеса с рамой обеспечива­ется вследствие скручивания торсиона.

Торсионы наиболее распространены в независи­мых подвесках. Их располагают вдоль или поперек автомобиля.

Торсионы, как и пружины, требуют применения направляющих и гасящих устройств. Тор­сионы имеют те же преимущества, что и спиральные пружины. Однако по сравнению со спиральными пружинами торсионы ме­нее долговечны и более дорогостоящие, но занимают существенно меньшее свободное пространство и требуют незначительные затраты на техническое обслуживание.

В пневматическом упругом элементе упругие свойства обеспечиваются за счет сжатия воздуха. В автомобилестроении наиболее часто используется три типа пневматических упругих элементов: круглые пневмобаллоны, рукавные и диафрагменные.

Пневматическая подвеска позволяет поддерживать кузов автомобиля на постоянном уровне, она также может применяться в комбинации с регулируемыми амортизаторами. Пневматическая подвеска позволяет относительно просто реализовать регулирование уровня кузова. При регулировании кузов автомобиля находится в статическом состоянии на постоянном уровне, т. е. поддерживается постоянный дорожный просвет. Регулирование уровня кузова осуществляется изменением давления и соответствующего ему объема воздуха в упругих элементах. Статическое положение кузова при этом не зависит от нагрузки.

Гидропневматический упругий элемент включает в себя гидравлический цилиндр с поршнем и толкателем (штоком) и упругий пневматический элемент (пневмокамеру), который размещается в самом цилиндре или отдельно от него.

В гидропневматических элементах, также как и в пневматических, рабочим телом является газ, но под более высоким давлением (до 20 МПа), которое обеспечивается жидкостью, поскольку герметизацию резервуара с жидкостью вследствие ее более высокой вязкости осуществлять проще. При колебаниях кузова жидкость проходит через систему клапанов и испытывает сопротивление, чем и обеспечивается гашение колебании несущей системы.

Гидропневматические подвески обеспечивают высокую плавность хода, возможность регулировки положения кузова и эффективное гашение колебаний. К основным недостаткам такой подвески относится ее сложность и высокая стоимость.

Резиновые упругие элементы широко применяются в подвесках современных автомобилей в виде дополнительных упругих уст­ройств, которые называются ограничителями, или буферами. Часто внутрь буферов вулканизируют металлическую арматуру, которая повышает их долговечность и служит для крепления буферов.

Буфера подразделяются на буфера сжатия и отдачи. Первые ограничивают ход колес вверх, а вторые – вниз.

1.1.4 Гасящие устройства

Амортизаторы служат для гашения колебаний кузова и колес автомобиля и повышения безопасности движения автомобиля. В передних и задних подвесках автомобиля применяют амортизаторы телескопического типа.

Гидравлические амортизаторы гасят колебания кузова и колес автомобиля в результате создаваемого ими сопротивления (жидкостного трения) перетеканию жидкости через дроссельные отверстия. Амортизаторы аналогичны по конструкции поршневым насосам. Отличие состоит в том, что амортизаторная жидкость (масло) перекачивается только внутри амортизаторов из одной камеры в другую по замкнутому кругу циркуляции.

Амортизаторы повышают безопасность движения автомобиля, так как предотвращают отрыв колес от поверхности дороги и обеспечивают их постоянный контакт с дорогой.

По конструкции они бывают однотрубные и двухтрубные (рис. 4)

Гидравлические телескопические амортизаторы

По конструкции

Высокого давления

Двухтрубные

Рис. 4 Виды амортизаторов

В однотрубном амортизаторе рабочая и компенсационная полости расположены в одном общем цилиндре. Изменения объема рабочей жидкости в результате ее температурного расширения и вытеснения штоком поршня компенсируются за счет объема газовой полости. Газ в этой полости находится под давлением от 25 до 30 бар. В поршне амортизатора установлены дросселирующие клапаны хода сжатия и отдачи.

Амортизаторы этого типа лучше охлаждаются, имеют меньшее рабочее давление, проще по конструкции, легче по массе, более надежны в работе. Однако они имеют большую длину и стоимость, требуют точности изготовления и уплотнений.

Двухтрубный амортизатор чаще других встречается в подвеске автомобиля. Его корпус образован двумя расположенными одна в другой трубами. Внутренняя труба образует рабочий цилиндр, который полностью заполнен гидравлической жидкостью. В цилиндре перемещается вверх и вниз шток с поршнем, в котором расположены клапаны. Снизу цилиндр закрыт днищем с клапанами сжатия и перепуска. Наружная труба образует компенсационную полость. Эта полость заполнена рабочей жидкостью только частично. Объем над жидкостью заполнен газом.

В компенсационную полость перетекает рабочая жидкость, вытесняемая из рабочего цилиндра. Гашение колебаний производится в результате дросселирования рабочей жидкости при ее перетекании через клапаны, расположенные в поршне и днище рабочего цилиндра амортизатора.

1.1.5 Стабилизирующие устройства

При движении автомобиля в повороте или по змейке под действием центробежных сил происходит перераспределение нагрузки между упругими элементами подвесок: со стороны наружных колес по отношению к радиусу качения нагрузка повышается, а с внутренней – снижается. В результате автомобиль кренится или раскачивается в поперечной плоскости. Подобные явления очень опасны, так как способны вызвать опрокидывание автомобиля и потерю контроля над его управляемостью.