Материал: Основы расчета конструкции и агрегатов автомобилей

Основы расчета конструкции и агрегатов автомобилей

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Московский государственный Машиностроительный университет» (МАМИ)

Чебоксарский политехнический институт (филиал)

ФАКУЛЬТЕТ - АВТОМОБИЛЬНЫЙ

КАФЕДРА - АВТОМОБИЛИ И АВТОМОБИЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Мазяров В.П.

Основы расчета конструкции и агрегатов автомобилей

Методические указания к курсовой работе

для студентов специальности 190109.65

«Наземные транспортно-технологические средства»

ЧЕБОКСАРЫ 2014

ВВЕдение

Дисциплине «Основы расчета конструкции и агрегатов автомобилей» является продолжением дисциплины «Конструкция автомобилей и тракторов» и целью курсовой работы является закрепление знаний, полученных студентом при изучении этих дисциплин.

Курсовая работа выполняется студентом самостоятельно с использованием учебников, учебных пособий, справочников, ГОСТов, ОСТов и других материалов (монографий, научных журналов и отчетов, интернета).

Курсовой работа включает расчет систем управления автомобиля: рулевого (нечетная цифра шифра студента) или тормозного (четная цифра шифра студента). Прототип автомобиля и исходные данные выбирается по двум последним цифрам шифра студента. Коэффициент сцепления колес с дорогой j = 0,9.

Содержание курсовой работы включат выбор и расчет основных параметров систем управления, включая расчеты на прочность, долговечность и износостойкость элементов привода. Примерный объем курсовой работы - до 20 с. пояснительной записки (формата А 4) и 1 лист графического материала (формата А 1), включающий расчетные схемы.

По рулевому управлению в графической должны быть: 1) схема поворота автомобиля с указанием радиуса и углов управляемых колес, 2) схема рулевой трапеции с расчетными формулами ее параметров, 3) схема рулевой трапеции в по определению зависимости углов поворота наружного и внутреннего управляемых колес графическим способом, 4) графики зависимостей углов поворота наружного и внутреннего управляемых колес, 5) общая схема рулевого управления, 6) схема по расчету напряжений в рулевой сошке.

Графическая часть по тормозной системе должна содержать: 1) схему тормозного механизма с расчетными формулами тормозного момента, 2) статическую характеристику тормозного механизма, 3) общую схему тормозной системы, 4) схему тормозного крана или главного тормозного цилиндра с гидровакуумным усилителем.

Исходные данные к тяговому, динамическому и экономическому расчету автомобиля.

1. Расчет рулевого управления автомобиля

.1 Основные технические параметры

Минимальный радиус поворота (по внешнему колесу).

, (1.1)

где L - база автомобиля;

Нmax - максимальный угол поворота наружного управляемого колеса.

При заданном значении минимального радиуса и базы автомобиля определяют максимальный угол поворота наружного колеса.

В соответствии со схемой поворота автомобиля (которую необходимо составить) определяют максимальный угол поворота внутреннего колеса

, (1.2)

где М - расстояние между осями шкворней.

Геометрические параметры рулевой трапеции.

Для определения геометрических параметров рулевой трапеции используют графические методы (необходимо составить схему в масштабе).

Длину поперечной тяги и боковых сторон трапеции определяют, исходя из следующих соображений .

Пересечение продолжения осей боковых рычагов трапеции находится на расстоянии 0,7L от передней оси, если трапеция задняя, и на расстоянии L, если трапеция передняя (определяется по прототипу).

Оптимальное отношение длины m бокового рычага трапеции к длине n поперечной тяги m = (0,12…0,16)n.

Численные значения m и n можно найти из подобия треугольников

, (1.3)

, (1.4)

где -расстояние от шкворня до точки пересечения продолжения осей боковых рычагов рулевой трапеции.

По полученным данным выполняют в масштабе графическое построение рулевой трапеции. Затем, построив через равные угловые промежутки положение цапфы внутреннего колеса графически находят соответствующие положения наружного колеса и строят график зависимости , которую называют фактической. Далее по уравнению (2.5.2) строят теоретическую зависимость. Если максимальная разница между теоретическим и фактическим значениями не превышает 1,50 при максимальном угле поворота внутреннего колеса, то считается, что трапеция подобрана правильно.

Угловое передаточное число рулевого управления-это отношение элементарного угла поворота рулевого колеса к полусумме элементарных углов поворота наружного и внутреннего колес. Оно переменно и зависит от передаточных чисел рулевого механизма Uрм и рулевого привода U рп

 (1..5)

Передаточное число рулевого механизма -это отношение элементарного угла поворота рулевого колеса к элементарному углу поворота вала сошки. Максимальное значение должно соответствовать нейтральному положению рулевого колеса для легковых автомобилей и крайним положением рулевого колеса для грузовых автомобилей без рулевых усилителей.

Передаточное число рулевого привода -это отношение плеч рычагов привода. Поскольку положение рычагов в процессе поворота рулевого колеса изменяется, то передаточное число рулевого привода переменно: Uрп=0,85…2,0.

Силовое передаточное число рулевого управления

 (1.6)

где -момент, приложенный к рулевому колесу;

-момент сопротивления повороту управляемых колес.

При проектировании автомобилей ограничивается как минимальное (60Н), так и максимальное (120Н) усилие.

По ГОСТ 21398-75 для поворота на месте на бетонной поверхности усилие не должно превышать для легковых автомобилей 400 Н, для грузовых автомобилей 700 Н.

Момент сопротивления повороту управляемых колес рассчитывают по эмпирической формуле:

 (1.7)

где -коэффициент сцепления при повороте колеса на месте (=0,9…1,0);

Gk -нагрузка на управляемое колесо, Н;

Рш -давление воздуха в шине, МПа.

Параметры рулевого колеса.

Максимальный угол поворота рулевого колеса в каждую сторону находится в пределах 540…10800 (1,5…3 оборота).

Диаметр рулевого колеса нормирован: для легковых и грузовых малой грузоподъемности автомобилей он составляет 380…425 мм, а для грузовых автомобилей 440…550 мм.

Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

Рр.к =Мс / (), (1.8)

где Rpк -радиус рулевого колеса;

КПД рулевого механизма. Прямой КПД -при передаче усилия от рулевого колеса к сошке

 рм = 1 - ( Мтр1 / Мр.к ) (1.9)

где Мтр1 -момент трения рулевого механизма, приведенный к рулевому колесу.

Обратный КПД характеризует передачу усилия от сошки к рулевому колесу:

 рм = 1 - ( Мтр2 / Мв.с ) (1.10)

где Мтр2 - момент трения рулевого механизма, приведенный к валу сошки;

Мв.с -момент на валу сошки, подведенный от управляемых колес.

КПД как прямой, так и обратный зависят от конструкции рулевого механизма и имеют следующие значения:

 рм =0,6…0,95;  рм =0,55…0,85

1.2 Расчет конструкции рулевых механизмов

Червячные рулевые механизмы.

(ВАЗ-2105, -2106, -2107, ГАЗ-3102; ГАЗ-3307, УАЗ и др.).

Передаточное число (практически постоянно)

Uрм = Z2 / Z1 (1.11)

автомобиль рулевой тормозной гидропривод

Где Z1 -число заходов червяка;

Z2 - число зубьев червячного колеса.

КПД: прямой  рм ≈ 0,85; обратный  рм ≈ 0,70

Винтореечные рулевые механизмы (ЗИЛ, КамАЗ, МАЗ и др.)

Передаточное число (практически постоянно)

Upм = 2 (1.12)

Где r -радиус начальной окружности сектора;

hв -шаг винта.

КПД винтореечного механизма

Реечные рулевые механизмы ().

(ВАЗ - 2110, ВАЗ - 2115) и др.)

Угловое передаточное число переменно

U = Cos (Θ0 ± Θ ) / r ,   (1.13)

где  - длина поворотного рычага;

Θ 0 - начальный угол установки поворотного рычага (при нейтральном положении управляемых колес);

Θ - угол поворота управляемых колес;

r - радиус шестерни.

Усилие, передаваемое шестерней на зубчатую рейку

 = Pp.к Rp.к. / r ,                (1.14)

где Pp.к. - усилие на рулевом колесе;

Rp.к. - радиус рулевого колеса;

r- начальный радиус шестерни.

1.3 Расчет рулевых усилителей

Необходимость установки рулевого усилителя определяется по соотношению усилий на рулевом колесе: условному расчетному (400 Н для легковых и 700 Н для грузовых автомобилей) и определяемому по формуле (1.8) при повороте на месте.

Если вычисленное значение усилия превосходит условное расчетное, то на автомобиле требуется установка рулевого усилителя.

Площадь торца золотника, обращенного к реактивной камере, находящейся под давлением

Fз = Рр.к.Rр.к.Up.м. р.м. / Ржсош ,            (1.15)

где сош - плечо рулевой сошки;

Рж - давление в напорной гидролинии за вычетом давления слива.

Давление, создаваемое гидронасосом, находится в пределах 6…10 МПа.

Имея значение площади торца золотника, находят его диаметр.

Площадь поршня гидроцилиндра

 ,       (1.16)

где S - плечо поворотного рычага.

Подача насоса (см3/мин.)

,             (1.17)

где Fгц - площадь поршня гидроцилиндра, см2;

гц - рабочий ход поршня гидроцилиндра, соответствующий повороту управляемых колес из одного крайнего положения в другое, см;

np.к - максимальная частота вращения рулевого колеса (np.к = 70…100 мин-1)

α max -угол поворота рулевого колеса из одного крайнего положения в другое, рад;

Н -объемный КПД гидронасоса (Н = 0,7…0,8);

З -коэффициент, учитывающий утечки через золотник (З =0,1).

1.4 Нагрузки в элементах рулевого управления

Рулевой вал в большинстве конструкций выполняется полым. Рулевой вал нагружается моментом

МР.К. =РР.К. RР.К               (1.18)

Напряжение кручения полого вала

,              (1.19)

где dH и dв -наружный и внутренний диаметры рулевого вала;

Допустимое напряжение кручения []=100 МПа.

Проверяется также угол закрутки рулевого вала, который допускается в пределах 5…80 на 1 м длины вала.

Рулевой механизм.

Для механизма, включающего глобоидный червяк и ролик, определяется контактное напряжение.

Контактное напряжение в зацеплении

= Рх / (Fn) , (1.20)

где Рх -осевое усилие, воспринимаемое червяком;

F -площадь контакта одного гребня ролика с червяком (сумма площадей двух сегментов);

Осевая сила

Рх = Мр.к. / () , (1.21)

Где - начальный радиус червяка в горловом сечении;

 -угол подъема винтовой линии в том же сечении.

Площадь контакта одного гребня ролика с червяком

, (1.22)

где r1 и r2 -диаметры червяка и ролика;

и-углы охвата границ площади контакта (угол между радиусами, проведенными из центра окружности червяка и ролика, к крайним точкам контактной площади).

Допустимое напряжение  =7 …8МПа

Винтореечный механизм. В звене винт -шариковая гайка определяют радиальную нагрузку на один шарик.

Условная радиальная нагрузка на шарик.

, (1.23)

где m -число рабочих винтов;

z -число шариков на одном витке (находят из условия полного заполнения канавки);

-угол контакта шариков с канавками (=450).

Контактное напряжение, определяющее прочность шарика

 (1.24)

где kkp-коэффициент, зависящий от кривизны контактирующих поверхностей (kkp=0,6…0,8);