Материал: Передняя подвеска легкового автомобиля McPherson

Меньшие значения динамических ходов соответствуют автомобилям с высокими динамическими качествами.

Динамический ход принимаем из ряда рекомендованных значений (8…11), (1, табл. 24):

 см

Ход отбоя передней подвески делается равным 0,6…1,5 динамического хода:

 см

Ход cжатия передней подвески делается равным 0,6…1,5 динамического хода:

 см

Вес, отнесенный к одному колесу, за вычетом неподрессоренных масс:

 Н

Максимальная сила при ходе сжатия:

 (/6/ с. 4)

где к_д - коэффициент динамичности (принимаем равным 2,0);

Диаметр проволоки пружины, число рабочих витков пружины, жесткость пружины

Жесткость передней подвески С = 219 Н/см.

В качестве упругого элемента принимаем пружину.

Задаемся материалом и основными геометрическими характеристиками пружины:

Материал пружины: сталь марки 60С2А (τ_кр=600 МПа)

Средний диаметр пружины: D_м = 15 см (определяется конструктивно)

Индекс пружины: С_п = D_м/d_пр = 6,4 (рекомендуется 4-12)

Модуль упругости: 8,1*10¹⁰ Па

Передаточное число подвески: i_п определяется конструктивно

где:  - угол наклона оси амортизатора, относительно вертикали;

 - угол наклона оси пружины, относительно вертикали;

Углы определяются конструктивно (см. рис. 4.1.5):

;

;

Диаметр проволоки пружины:

где: S - полный ход подвески, м (S = 0,19 м);

, принимаем проволоку диаметром 14 мм;

Число рабочих витков пружины:

 ,

окончательно, с учетом сошлифованных и нерабочих, принимаем 6;

Жесткость пружины расчетная:

 Н/м

пружина подвеска автомобиль стойка

3.     
Силовой расчет подвески

3.1 Определение статических нагрузок в пружине и шарнирах

Колесо 1; поворотная цапфа 2 колеса, наружная труба 3 амортизатора и шток 4 поршня (рис. 4.1.2), при анализе статического равновесия, образуют единое целое по отношению к точке A крепления на брызговике и нижнему рычагу, закрепленному в точке В.

На рис. 4.1.3 показана освобожденная система, в которой опоры заменены реакциями, разложенными в направлении осей Х и У. В качестве оси У выбрана ось амортизатора, а ось Х перпендикулярна к ней, т. е. система координат повернута на угол d₀ поперечного наклона оси поворота колеса. Уравнение моментов относительно точки B с учетом нагрузки N на колесо и обозначения расстояний, приведенных на рис. 4.1.2, имеет вид

;

- принятый вес неподрессоренных частей;

d = 340 мм - измеренное расстояние между землёй и низом амортизатора;

b = 172 мм - измеренное расстояние между точкой приложения реакций дороги к колесу и верхней точкой крепления амортизаторной стойки;

 Н - статическая нагрузка на колесо за вычетом веса неподрессоренных частей;

 мм;

 мм;

Уравнение показывает, что чем меньше плечо обкатки и чем выше в над колесной нише может быть расположена точка A (величина с + о), тем меньше будет сила А_x, нагружающая на изгиб шток амортизатора. Что касается, других условий, то, поскольку, сумма всех сил в направлении оси Y равна нулю, статическая нагрузка на пружину

 Н

Принимая , определяем неизвестную пока силу

где  Н

 Н

b = 9° - измеренный угол наклона рычага относительно горизонтали;

 Н

 Н

O = 106 мм - расстояние от верха амортизатора до опоры;

L = 340 мм - длина штока амортизатора (см. рис. 4.1.1)

В соответствии с правой частью рис. 4.1.1 изгибающий момент в штоке амортизатора

Рис. 4.1.1

Рис. 4.1.2

 Н/м

Сила в направляющей втулке штока амортизаторной стойки

 Н

Сила, действующая на поршень,

Чем короче отрезок о, тем меньшими будут С_x и К_х и соответственно меньшим будет трение в направляющей втулке и на поршне.

Рис. 4.1.3

Рис. 4.1.4

С целью уменьшения плеча обкатки на, переднеприводных автомобилях шаровую опору B часто смещают от оси амортизатора к колесу на величину t (рис. 4.1.4).

При этом между осью поворота колеса и осью амортизатора образуется угол a, который можно выразить через известные длины отрезков:

Рис. 4.1.5

t = 91 мм - см. рис. 4.1.5.

На рис. 4.2.6 показано разложение сил N’_u , В, и A в направлении оси амортизатора, т. е. развернутых на угол d₀-a. Уравнение моментов (в данном случае относительно точки А) имеет вид

 принимается по построению

 Н

 Н

Нагрузку на колесо затем разлагаем на составляющие

 Н

 Н

для определения силы сжатия пружины А_y и нагрузки А_х в шарнире. Как указывалось выше, сила A_x при нагрузке на колесо, соответствующей полной массе, должна быть по возможности малой и, если это конструктивно возможно, то даже равной нулю.

Рис. 4.1.6

Условие А_х = 0 (а следовательно, и. С_x = 0 и К_x = 0) выполняется в случае, если пружина смещена к колесу или наклонена так, что продолжение ее оси попадает в точку М пересечения линий действия сил N’_u и В (рис. 4.1.6). При выполнении этого условия силы В и F легко рассчитываются. Как показывает приведенная на рисунке справа схема, известны все углы силового треугольника, который следует построить. Расчет производим по формулам для силы сжатия пружины

 Н

и для силы, действующей на рычаг,

 Н

.3 Кратковременно действующие силы

Для определения наибольших значений сил, действующих в подвеске «Макферсон», следует рассмотреть три случая: движение по дороге с выбоинами; преодоление железнодорожного переезда; торможение с блокировкой колес с начальной скорости V <= 10 км/ч.

Чтобы учесть все напряжения изгиба в штоке амортизатора, следует рассматривать действие боковых сил от поперечных составляющих неровностей дороги при крайнем нижнем положении колеса (рис. 4.2.1). При этом ограничитель хода отбоя, закрепленный на штоке амортизатора, упирается в направляющую втулку штока.

Рис. 4.2.1

Рис. 4.2.2

 - жёсткость подвески;

 - возможная длина хода отбоя колеса;

 - передаточное отношение подвески;

 - сила упругости пружины в среднем положении;

 - максимальное значение вертикальной силы;

Если пружина смещена к колесу, то при этом возникает пара сил +А_у и -F_min создающая дополнительный изгибающий момент. Однако эти силы не равны, что легко заметить при рассмотрении только корпуса амортизатора с колесом (но без штока поршня) и учете условия

Минимальную силу сжатия пружины F_min получаем вычитанием из силы упругости пружины в среднем (номинальном) положении  величины изменения этой силы при ходе отбоя, т. е.

 Н

 Н

где  - возможная длина хода отбоя колеса;

 - жесткость пружины, приведенная к колесу; _п - передаточное отношение подвески.

При торможении с малых скоростей и тормозе, расположенном в колесе, нагрузка на шток амортизатора приблизительно равна нагрузке, возникающей в расчетном случае движения по дороге с выбоинами.

Состояние пружины при максимальной силе сжатия:

,

где  - сила на колесе при максимальном прогибе - 6500 Н

i - передаточное число подвески

Расчёт элементов подвески

Поперечный рычаг

F_max = - при преодолении препятствия;

 МПа;

r = 360 мм;

h = 260 мм;

r-d = 100мм;

Условие прочности:

Для штамповки прямоугольного сечения:

 - момент инерции;

 - осевой момент сопротивления;

Выбираем h = 20 мм; H = 25 мм;

 - условие прочности выполняется;

Принятые размеры рычага: H = 25 мм; h = 20 мм;

Продольный рычаг

m = 0,5;

i_min = 2,37 см при балке 7,2 м Þ при балке 0,4 м i_min = 0,0013 м;

l_пред = 100;

Определяем гибкость стойки:

 - формула Эйлера применима;

[F] - допускаемое значение сжимающей силы;

[n_y] = 2,0 - коэффициент запаса устойчивости;

E = 2×10⁵ МПа;

Выберем для растяжки стержень круглого сечения D = 8,7 мм;

Для стержня круглого сечения:

 - момент инерции;

 - условие прочности выполняется;

Принятые размеры стержня (растяжки): D = 8,7 мм; l = 400 мм;

Регулировка углов управляемых колес

Угол продольного наклона оси поворота

Изменяется количеством регулировочных шайб, установленных на обоих концах растяжки подвески. Для увеличения угла продольного наклона оси поворота уменьшают число шайб на растяжке в передней или задней части.

Развал колес

Регулируется поворотом регулировочного болта, соединяющего стойку и поворотный кулак.

Схождение колес

Поскольку полная масса автомобиля 1500 кг, а нагрузка по осям распределяется равномерно, в качестве прототипа можно выбрать переднюю подвеску типа «Макферсон» автомобиля ВАЗ-2108. Она проста по конструкции и подходит по нагрузке к проектируемой задней подвеске.

Рассчитав все основные элементы подвески, с учётом возросшей нагрузки, убедился, что имеющиеся напряжения при различных условиях движения не превышают допустимых, условия прочности соблюдаются.

Выбор прототипа

Рис. 5.1

Список использованной литературы

1. Конструирование и расчёт автомобиля/ Под редакцией П.П. Лукин, Г.А. Гаспарянц, В.Ф. Родионов.-М.: Машиностроение, 1984.-376 с., ил.

2. Успенский И.Н. Проектирование подвески автомобиля. М., «Машиностроение», 1976

3. Раймпель Й. «Шасси автомобиля. Элементы подвески», М., «Машиностроение», 1987

4. Анурьев В. И. Справочник конструктора - машиностроителя в 3 томах - 5 издание - М., «Машиностроение», 1979

5. Шасси автомобиля: Элементы подвески / Пер. с нем. А.Л. Карпухина; Под ред. Г.Г. Гридасова. - М.: Машиностроение, 1987. -288 с.: ил.