Задняя рессорная подвеска грузового автомобиля (прототип ГАЗ-3307)

КУРСОВАЯ РАБОТА

" Задняя рессорная подвеска грузового автомобиля (прототип ГАЗ-3307)"

Минск 2008

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 задний мост и 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 устройств: упругого, направляющего и демпфирующего.

В подвесках легковых автомобилей, автобусов и некоторых грузовых автомобилей применяется дополнительное устройство — стабилизатор поперечной устойчивости.

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

1. Обзор и анализ конструкций подвесок грузовых автомобилей

Упругим устройством 1 (рис. 1.1) на подрессоренную массу передаются вертикальные силы, действующие со стороны дороги, уменьшаются динамические нагрузки и улучшается плавность хода.

Направляющее устройство 3 — механизм, воспринимающий действующие на колесо продольные и боковые силы и их моменты. Кинематика направляющего устройства определяет характер перемещения колеса относительно несущей системы.

Демпфирующее устройство 2 предназначено для гашения колебаний кузова и колес путем преобразования энергии колебаний в тепловую и рассеивания ее в окружающую среду.

Стабилизатор поперечной устойчивости способствует уменьшению бокового крена и поперечных угловых колебаний кузова автомобиля.

Степень выполнения тех или иных требований зависит от типа и конструкции самой подвески и ее отдельных устройств.

Зависимая подвеска характеризуется зависимостью перемещения одного колеса моста от перемещения другого колеса. Передача сил и моментов от колес на кузов при такой подвеске может осуществляться непосредственно упругими элементами — рессорами (рис. 1.2) или с помощью штанг — штанговая подвеска (рис. 1.1, 1.3).

Независимая подвеска обеспечивает независимость перемещения одного колеса моста от перемещения другого колеса. По типу направляющего устройства независимые подвески делятся на рычажные, телескопические и подвески Макферсона. Рычажная подвеска — подвеска, направляющее устройство которой представляет собой рычажный механизм. В зависимости от количества рычагов могут быть двухрычажные (рис. 1.4) и одно-рычажные подвески, а в зависимости от плоскости качания рычагов — поперечно-рычажные (рис. 1.4), диагонально-рычажные и продольно-рычажные. Телескопическая подвеска включает в качестве направляющего устройства телескопический механизм.

Рис. 1.1. Задняя зависимая пружинная подвеска По типу упругого элемента подвески делятся на подвески с металлическими упругими элементами — рессорные (рис. 1.2), пружинные (рис. 1.1), торсионные (рис. 1.4) и с неметаллическими — пневматические (рис. 1.3), гидропневматические (рис. 1.5) и резиновые. Иногда используются и комбинированные подвески с несколькими типами упругих элементов, например рессорно-пружинные, рессорно-пневматические и др.

Рис. 1.2. Рессорная подвеска: а — передняя (ГАЗ); б — задняя (ЗИЛ): 1 — рессора; 2 — резиновая опора: 3. 5 — кронштейн: 6 — крышка кронштейна; 7 — основная рессора; 8 — дополнительная рессора (подрессорник) Рис. 1.3. Пневматическая подвеска: а — общий вид: б — принципиальная схема регулирования высоты кузова; 1 — пневмоэлемент; 2 — нижняя штанга; 3 — балка крепления пневмоэлементов; 4 — V-образная штанга; 5 — амортизатор; 6 — регулятор высоты; 7 — стабилизатор По типу демпфирующего устройства подвески подразделяются на подвески с гидравлическими амортизаторами и без них. В последнем случае демпфирование колебаний осуществляется за счет сил трения в упругом и направляющем устройствах подвески.

Регулирование высоты кузова над полотном дороги в принципе возможно при любом типе подвески, но наиболее просто оно осуществляется при пневматической подвеске.

Принципиальная схема регулирования показана на рис. 1.3, б. При возрастании нагрузки рама автомобиля опускается и расстояние между ней и мостом уменьшается. Рычажный привод, воздействуя па регулятор, сообщает упругий элемент с ресивером. Воздух под давлением поступает в упругий элемент до тех пор, пока рама не поднимется до прежнего уровня. При уменьшении нагрузки расстояние между рамой и мостом также остается неизменным, так как с помощью регулятора выпускается воздух из упругого элемента. Применение гидравлического замедлителя, встроенного в регулятор, исключает работу регулятора при динамических колебаниях кузова автомобиля.

На большинстве автомобилей устанавливают по три регулятора. Двумя регуляторами на наиболее нагруженном мосту регулируются высота и боковой крен кузова, возникающий из-за неравномерного нагружения колес моста.

За редким исключением продольные рессоры устанавливаются только в зависимой подвеске преимущественно грузовых автомобилей и прицепов к ним. На рис. 1.6 показаны многолистовые рессоры разной массы, имевшие ранее исключительно широкое распространение, и современные параболические рессоры. На рис. 1.7 и 1.8 приведены различные формы исполнения рессор. Для снижения стоимости и массы на легких грузовых автомобилях все чаще возвращаются к однолистовым рессорам. Поскольку ведущую проушину коренного листа в этом случае подстраховать невозможно (см. рис. 1.8), такие рессоры применяются, как правило, в задней подвеске (рис. 1.9 Фирма «Форд» применяет на одной из своих опытных моделей рессоры из пластмассы, армированной стекловолокном (рис. 1.10). Преимуществу этого материала — противостоят определенные недостатки: меньший модуль упругости (который входит в расчет прогиба) и значительно более высокая стоимость.

Рис. 1.6. Сравнение трех различных по конструкции задних рессор фирмы «Крупп-брюнингхауc» для грузовых автомобилей с одинаковыми данными

Длина L= 1650 мм, жесткость c = 200 Н/мм, контрольная нагрузка 33 кН: а — обычная трапецеидальная рессора с обрезными концами листов, 14 листов, высота пакета 140 мм. масса 122 кг; 6 — усовершенствованная трапецеидальная рессора с раскатанными концами листов и пластмассовыми прокладками, 9 листов, высота пакета 127 мм, масса 94 кг; в — параболическая рессора с раскатанными концами листов (длина раскатки около 1200 мм) и пластмассовыми прокладками, 3 листа, высота пакета 64 мм масса 61 кг.

Рис. 1.7. Параболическая рессора прогрессивного действия, применяемая фирмой «Фольксваген» на мод. LT50 — среднем грузовом автомобиле с допустимой полной массой 5 т Коренной лист и поддерживающий его до проушин второй лист имеют по всей длине постоянную толщину. Для предотвращения фрикционной коррозии и скрипа листы рессоры разделены в середине дистанционными пластинами, а по концам — резиновыми прокладками. Немного укороченный «опорный» лист (b = 0,8а) сильно раскатан и имеет на концах резиновые буфера, которые при нагружении приходят в контакт с основной рессорой. Этот длинный опорный лист с буферами обеспечивает распределение напряжений во всем пакете и повышение жесткости при полной нагрузке вчетверо относительно жесткости на снаряженном автомобиле. Благодаря этому частота колебаний остается почти постоянной, в результате повышается безопасность движения, в частности на поворотах.

Рис. 1.9. Однолистовая параболическая рессора в задней зависимой подвеске легкого грузового автомобиля. Передняя проушина закреплена с возможностью поворота на лонжероне рамы, а задняя — на серьге, компенсирующей изменение длины при прогибе. Над рессорой видно штыревое крепление амортизатора (рисунок фирмы «Рено»)

Поперечные рессоры с одним-тремя листами параболической формы довольно компактны. По соображениям снижения массы и стоимости такие рессоры могут найти применение, особенно в тех случаях, когда они будут выполнять функции и стабилизатора, заменяя сам стабилизатор, его опоры, соединительные стойки и две пружины подвески.

Винтовые пружины с постоянными толщиной проволоки и шагом навивки, а также обусловленной этим линейной характеристикой по всему ходу подвески, как и прежде, применяются в передней и задней подвесках. Требуемая характеристика обеспечивается в таких случаях дополнительным упругим элементом. Нужная прогрессивность задней подвески может быть создана цилиндрическими и фасонными пружинами с переменной толщиной проволоки. Фасонные пружины, называемые также пружинами «миниблок», занимают по высоте меньше места и позволяют получить ровное пространство багажника, мало зауженное с боков.

2. Обоснование выбранной схемы и конструкции задней подвески

Проанализировав конструкции подвесок применяемых на грузовых автомобилях и автобусах выбрали схему проектируемой подвески грузового автомобиля.

Поскольку автомобиль не требует регулирования уровня пола и не предназначен для движения в плохих дорожных условиях, остановили свой выбор на рессорной подвеске с продольным расположением рессор. Поскольку автомобиль имеет зависимую заднюю подвеску, то применение в качестве упругих элементов таких рессор не вызовет затруднений, кроме того при применении рессорной подвески отпадает необходимость в направляющем аппарате, что позволяет уменьшить номенклатуру деталей, входящих в подвеску проектируемого автомобиля и упростить конструкцию.

Рессорная подвеска обладает достаточной энергоемкостью, при относительно небольшой массе и сложности изготовления. Такие рессоры позволяют обеспечить высокую плавность хода и при этом не предъявляют существенных требований к компоновке автомобиля.

К недостаткам рессорных подвесок относятся: большие габариты в продольном направлении что не так существенно на грузовых автомобилях, листы многолистовых рессор при деформации перемещаются друг относительно друга и на их поверхностях появляются задиры, особенно при недостатке графитовой смазки.

3. Выбор основных параметров подвески

подвеска автомобиль грузовой гидравлический Исходные данные.

Исходные данные для расчетов в курсовом проекте были взяты из технической характеристики автомобиля ГАЗ-3307.

Максимально допустимая нагрузка приходящаяся на заднюю ось автомобиля: M=5975 кг;

Масса приходящаяся на заднюю ось автомобиля в снаряженном состоянии: M₀=1765 кг;

База автомобиля: L=3770 мм.

3.1 Построение упругой характеристики подвески автомобиля

Задаемся частотой собственных колебаний в снаряженном состоянии,

Определяем статический прогиб рессоры в снаряженном состоянии:

Определим нагрузку, приходящуюся на заднюю подвеску от подрессоренной массы в снаряженном состоянии и жесткость подвески:

Откладываем в системе координат F-Д значения Fсн и Дсн, находим точку, А (рис. 4.1).Проводим линию ОА. На продолжении ОА отмечаем точку В, в которой включается подрессорник. Ордината точки В определяется.

где — груз, приходящийся на рессору при номинальной нагрузке автомобиля:

- коэффициент, показывающий долю нагрузки при которой включается подрессорник (- для грузовых автомобилей), принимаем

Рассчитываем статический прогиб подвески в груженном состоянии.

где Сор — жесткость основных рессор, определяется:

Спр — жесткость подрессорника:

В результате:

Определим нагрузку на заднюю подвеску в груженном состоянии:

Определяем максимальную нагрузку на подвеску:

Рассчитываем динамический прогиб подвески:

где Кс=0.8;

Получаем полный прогиб подвески:

Так как линия ВС не пересекает вертикаль, соответствующему полному прогибу при нагрузке меньшей Fмах (точка D), то установка буфера сжатия не требуется.

Рис. 3.1. Упругая характеристика проектируемой подвески

3.2 Расчет параметров листовой рессоры подрессорника

По конструктивным параметрам устанавливаемого заднего моста задаем расстояние между стремянками:

Находим длину рессоры из условия:

Находим активную длину рессоры:

Решив систему двух уравнений получим формулу для расчета толщины одного листа рессоры:

где b — ширина рессоры;

t-толщина рессоры;

n-количество листов рессоры.

Получим формулу для расчета толщины одного листа рессоры:

Принимаем толщину листа 11 мм.

Принимаем отношение .

Определяем ширину листа рессоры:

Принимаем ширину рессоры 86 мм.

Определяем количество листов рессоры:

Окончательно принимаем 10 листов.

Определим толщину каждого листа.

Поскольку рессора является направляющим элементом то коренной лист воспринимает продольную и поперечную силы, то есть перегружена. Для обеспечения необходимого ресурса его толщину принимают на один класс больше, чем полученный по расчету. Кроме этого часто увеличивается толщина прилегающих листов. Группа из средних листов имеет расчетную толщину, группа нижних листов имеет толщину на 1,2 класса ниже расчетной.

Для 1,2 листа принимаем толщину 11.5 мм, для 3,4,5 принимаем 11 мм, для 6,7,8 листа — 10.5 мм, для 9 и 10 — 10 мм.

Определим длину листов основной рессоры графическим методом.

Для этого определим момент инерции каждого листа и отложим их на оси Y, а на оси Х отложим длины коренного листа и стремянки (рис 4.2)

Момент инерции 1,2,3 листа:

м⁴

J₄=J₅=J₃=9.5•10^-9м⁴;

J₆=J₇=J₈=8.3•10^-9м⁴;

J₉=J₁₀=7.2•10^-9м⁴.

Из рисунка определяем длины листов.

Длина 1,2 листа равна длине рессоры, 3 — 1296 мм, 4 — 1104 мм, 5 — 928 мм, 6 — 764 мм, 7−604 мм, 8−448 мм, 9−308 мм, 10−180 мм.

Рис. 3.2.1. Рисунок для определения длин листов Расчет подрессорника.

Производим расчет тех же параметров для подрессорника.

Находим длину подрессорника из условия:

Находим активную длину подрессорника:

Определяем толщину одного листа:

Принимаем толщину листа 9 мм.

Принимаем ширину подрессорника 86 мм.

Определяем количество листов подрессорника:

Окончательно принимаем 4 листа.

Ширину 1 листа принимаем 9.5 мм, 2 и 3 — 9 мм и 4 листа — 8.5 мм.

Определим длины листов подрессорника.

м⁴

J₂=J₃=5.2•10^-9м⁴;

J4=4.4•10^-9м⁴;

Рис. 3.2.2. Рисунок для определения длин листов подрессорника Из рисунка определяем длины листов.

Длина 1 листа равна длине подрессорника, 2 — 852 мм, 3 — 544 мм, 4 — 256 мм.

4. Расчет параметров амортизатора

4.1 Расчет характеристики амортизатора

Для расчета параметров амортизатора с начало выбираем коэффициент апериодичности =0,15…0,3, принимаем =0,2.

откуда коэф. сопротивления амортизатора

.

М — масса приходящаяся на подвеску, приведенная к центру колеса;

c=271 363 H/м — жесткость подвески, приведенная к центру колеса;

Учитывая, что коэф. сопротивления на ходе отбоя, где

— коэффициент сопротивления на ходе сжатия (, принимаем).

Определяем коэффициент сопротивления на ходе сжатия амортизатора:

Определяем коэффициент сопротивления амортизатора на ходе отбоя:

По известным коэффициентам строится характеристика амортизатора, в которой максимальная сила сопротивления:, где принимают равным 0.6 м/с.

;

Рис. 4.1. Характеристика амортизатора

4.2 Расчет параметров амортизатора

Площадь поршня

мм²,

Диаметр поршня

мм,

где

p_max=4 МПа — максимальное давление в амортизаторе;

F_max= F_max(отб)=5857.2 H — максимальная сила сопротивления амортизатора на ходе отбоя;

Определим диаметр штока (приняв его длину L= 300 мм) Из расчета на устойчивость штока при максимальном осевом сжатии:

мм Площадь поршня на ходе отбоя

мм²,

Площадь поршня на ходе сжатия

мм²,

По ГОСТ выбираем амортизатор с диаметром кожуха: D=70 мм.

4.3 Гидравлический расчет амортизатора

Выбираем площадь сечения проходных отверстий такую, чтобы получить заданную характеристику.

Расход жидкости

(1)

в то же время

(2)

где .

мм²

Где,

k_У=0.98 — коэф. утечек;

Sв=Sв_СЖ= 1519.8 мм² — площадь вытеснителя на ходе сжатия;

Sв=Sв_ОТБ= 1284.8 мм² — площадь вытеснителя на ходе отбоя;

=0.65 — коэф. расхода;

=760 кг/м³ — плотность.

4.4 Тепловой расчет амортизатора

Мощность, рассеиваемая амортизатором в атмосферу

(3)

где

k=55 Втм²/с — коэф. теплоотдачи;

t — перепад температур между поверхностью амортизатора и набегающим потоком воздуха;

Обдуваемая площадь поверхности амортизатора м²,

Генерируемая мощность

. (4)

Здесь

— средний коэф. сопротивления амортизатора;

Vср=0,3 м/с — средняя скорость перемещения поршня.

Температура стенок амортизатора

⁰C.

5. Прочностной расчет листовой рессоры

Выполним расчет напряжения действующего в коренном листе рессоры.

[G]=1000 MПа где

— учитывает неравномерность распределения напряжения по листам.

Здесь

мм⁴ — момент инерции рессоры по сечению центрового болта;

мм⁴ — момент инерции листа (коренного);

=1.3 — коэф., учитывающий повышение напряжения в коротком листе;

мм — расстояние от нейтрального сечения листа рессоры до крайнего волокна, работающего на растяжение.

Выводы

При выполнении курсового проекта ставилась задача спроектировать заднюю рессорную подвеску с подрессорником грузового автомобиля, за автомобиль-прототип был выбран автомобиль ГАЗ-3307.

В первом разделе курсового проекта были рассмотрены и проанализированы конструкции подвесок грузовых автомобилей.

Схема проектируемой подвески была принята во втором разделе курсового проекта. Также в этом разделе было приведено обоснование сделанного выбора. Остановили свой выбор на многолистовой рессорной подвеске.

В третьем разделе курсового проекта рассчитали упругую характеристику проектируемой подвески. Получили максимальную нагрузку на подвеску, которая составила 58 614 Н, полный ход подвески составил 194 мм. Поскольку в проектируемой рессорной подвеске отсутствует рычажная система, то упругая характеристика упругого элемента совпадает с упругой характеристикой подвески.

В том же разделе были рассчитаны конструктивные параметры проектируемого упругого элемента, были определены такие параметры: как число листов рессоры, ширина листов, толщины листов, полная длина рессоры составила 1696.5 мм.

В четвертом разделе была рассчитана характеристика демпфирующего элемента подвески. Для построения характеристики были определены коэффициенты сопротивления амортизатора на ходах сжатия и отбоя. Производилось приближенное построение характеристики амортизатора, были определены диаметр поршня амортизатора 44 мм, диаметр штока 17.3 мм, и максимальную температуру стенок амортизатора 163.4 ъ С.

В пятом разделе приведены прочностные расчеты упругого элемента подвески.

1. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть: Учеб. Пособие для вузов/ А. И. Гришкевич, Д. М. Ломако, В. П. Автушко и др.; Под ред. А. И. Гришкевича. Мн.: Выш. шк., 1987.-200 с.

2. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Элементы подвески / Пер. с нем. А. Л. Карпухина; Под ред. Г. Г. Гридасова. — М.: Машиностроение, 1987. — 288 с.

3. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Конструкции подвесок/ Пер. с нем. В. П. Агапова. — М.: Машиностроение, 1989. — 328 с.