Материал: КП

2.3 Расчет параметров направляющих элементов

Целью расчета является проверка условия прочности направляющих элементов подвески.

Напряжения в элементах направляющего устройства рассчитывается для различных случаев нагружения: при максимальной тормозной силе, при заносе и переезде препятствия.

Для различных случаев нагружения рассчитаем изгибающий момент в опасных сечениях штока и нижнего рычага, расчет рычага ведется только при максимальной тормозной силе, так как в остальных режимах на рычаг будут действовать только продольные силы, которые создают меньшие напряжения по сравнению с поперечными, они будут вызывать сжатие рычага и сдвиг конца растяжки, а поперечные – изгиб рычага. Далее по максимальным значениям действующих нагрузок, проведем проверочный расчет на прочность.

1) Максимальная тормозная сила:

1.1) Рассчитаем максимальную тормозную силу на переднем колесе по формуле:

где – коэффициент сцепления: при расчетах принимается .

1.2) Определим изгибающий момент в рычаге:

1.2.1) Определим действующую на рычаг силу :

Изобразим расчётную схему (рис. 21) и воспользуемся уравнениями статики.

Рис. 21 Схема действия сил в подвеске при торможении

Для статической системы сумма моментов всех сил относительно одной точки и сумма проекции всех сил на одну ось равна нулю:

где – момент i-ой силы; – количество сил.

где – проекция i-ой силы на ось.

Составим уравнение моментов относительно точки B:

Определяем силу :

1.2.2) Определим изгибающий момент в рычаге:

1.3) Определим изгибающий момент в штоке:

Шток будет изгибаться под действие не только тормозной силы, но и под действием вертикальной силы. Определим изгибающий момент для каждой силы, после чего сложим эти моменты.

1.3.1) Определим изгибающий момент штока от тормозной силы:

Составим уравнение равновесия относительно оси x (рис. 21):

Определяем силу :

Опасным сечением штока будет место выхода штока из телескопической стойки, то есть в точке C, изгибающий момент в штоке от тормозной силы определяется по формуле:

где – расстояние O (см. рис. 15) при максимальной тормозной силе: определим его исходя из изменения прогиба подвески, изменение прогиба определяем по рис. 20, получаем , изменение расстояния , пренебрегая передаточным числом по перемещению, будет равно изменению прогиба подвески , а так как размер при торможении будет уменьшаться, то .

1.3.2) Определим изгибающий момент штока от вертикальной силы:

Вертикальная сила при действии максимальной тормозной силы определяется по формуле:

Для определения реакции в точке B от силы построим треугольник сил (рис. 22,23), силы строятся на схеме в статическом положении:

Рис. 22 Схема сил в подвеске при действии вертикальной силы на колесе

Определим реакцию , на основании формулы (2.13) можно записать:

где и – длины векторов сил: и .

Рассчитаем изгибающий момент в штоке от силы по формуле:

Рис. 23 Треугольник сил при действии вертикальной силы на колесе

1.3.3) Сложим моменты:

Так как моменты перпендикулярны друг другу, то результирующий момент рассчитывается по формуле:

2) Занос:

В этом случае отсутствуют только продольные реакций. Расчет ведется как для внутреннего, так и для наружного колеса.

2.1) Проведем расчет для внутреннего колеса:

Вертикальная реакция для внутреннего колеса, без учета действия стабилизатора поперечной устойчивости, определяется по формуле:

где – коэффициент сцепления при боковом скольжении: .

Поперечная сила на колесе определяется по формуле:

2.1.1) Определим максимальный изгибающий момент в штоке от боковой силы:

Также строим расчетную схему (рис. 24) и треугольник сил (рис. 25).

Рис. 24 Схема сил в подвеске при заносе

Рис. 25 Треугольник сил при действии боковой силы

Определим реакцию :

Определим максимальный изгибающий момент в штоке:

где – расстояние O на внутреннем колесе при заносе: определяем его по методике изложенной ранее .

2.1.2) Определим максимальный изгибающий момент в штоке от вертикальной силы:

Так как подобный случай мы рассматривали ранее, то воспользуемся схемой представленной на рис. 22 и треугольником сил изображённым на рис. 23. За место сил будут силы .

Определим реакцию :

Рассчитаем изгибающий момент в штоке от силы :

2.1.3) Определим результирующий изгибающий момент в штоке:

Так как моменты сонаправлены, то результирующий момент на штоке внутреннего колеса рассчитывается по формуле:

2.2) Проведем расчет для внешнего колеса:

Используя эти же обозначения сил и моментов, эти же треугольники сил и схемы (рис. 23,24,25,26), формулы, что и для внутреннего колеса, проведем расчет изгибающего момента на штоке внешнего колеса, учитывая при этом, что сила изменит свое направление.

Вертикальная реакция для внешнего колеса, без учета действия стабилизатора поперечной устойчивости, определяется по формуле:

Поперечная сила на колесе определяется по формуле:

2.2.1) Определим максимальный изгибающий момент в штоке от боковой силы:

где – расстояние O на внешнем колесе при заносе: .

2.1.2) Определим максимальный изгибающий момент в штоке от вертикальной силы:

2.1.3) Определим результирующий изгибающий момент в штоке:

В данном случае изгибающий момент изменит свое направление, то есть моменты и будут направлены в противоположные стороны, то результирующий момент на штоке внешнего колеса рассчитывается по формуле:

3) Переезд препятствия:

В этом случае нагружения предполагают, что продольные и поперечные силы в точках контакта колес с опорной поверхностью отсутствуют, а вертикальные реакций достигают максимального значения, то есть действует нагрузка равная энергоемкости подвески .

Для определения реакции в точке B от силы построим треугольник сил (рис. 26), силы строятся на схеме в положении пробоя подвески. Схема действия сил показана на рис. 22, только за место сил будут :