Расчет элементов подвески автомобиля

Расчет элементов подвесок автомобилей

Цель работы – получить навыки расчета элементов подвески автомобиля.

При расчете подвески на прочность определяются жесткость, прогибы и напряжения в упругих устройствах, которые испыты­вают наибольшие динамические нагрузки из всех устройств под­вески во время движения автомобиля по неровной дороге.

Значения указанных параметров зависят от типа подвески, типа упругого устройства и нагрузки, действующей на упругое устрой­ство.

Зависимая подвеска. Нагрузка Р_Р (рисунок 5.1, а) на листовую рессору зависит от нормальной реакции R_Z, равной нагрузке на колесо, и веса неподрессоренных масс G_Н.М:

В этом случае прогиб рессоры равен перемещению колеса от­носительно кузова автомобиля.

а – однорычажная подвеска; б – симметричная рессора; в – несимметричная рессора; г – рессора с подрессорником

Рисунок 5.1 – Схемы для определения нагрузок (а) и расчета рессор (б, в, г) зависимых подвесок

Симметричная рессора (рисунок 5.1, б). Жесткость рессоры

; (5.2)

; (5.3)

, (5.4)

где Е – модуль упругости при растяжении;

n_Р, l_Р – число листов и длина рессоры соответственно;

h, b – толщина и ширина листа рессоры соответственно;

d – коэффициент прогиба рессоры (меньшие значения – для рессор с двумя коренными листами), d = 1,25…1,4.

Несимметричная рессора (рисунок 5.1, в).Жесткость рессоры

; (5.5)

; (5.6)

, (5.7)

где l₁, l₂ – плечи изгиба рессоры.

Рессора с подрессорником (рисунок 5.1, г).Нагрузка на рессору к началу действия подрессорника

; (5.8)

нагрузка на рессору и подрессорник

, (5.9)

где – прогиб рессоры до включения подрессорника;

– жесткость подрессорника;

– полный прогиб рессоры с подрессорником.

Напряжения изгиба рессоры

. (5.10)

Напряжения изгиба подрессорника

, (5.11)

где W_Р, W_П – моменты сопротивления рессоры и подрессорника.

Рессоры и подрессорники выполняются из рессорно-пружинной стали марок 55ГС, 50С2, 60С2.

Допускаемые напряжения изгиба при максимальном прогибе

Ограничители хода колес (буфера).В зависимых подвесках резиновые буфера ограничивают ход колес вверх, исключают жесткие удары неподрессоренных масс в несущую систему автомобиля и изменяют жесткость подвески. Эти буфера работают на сжатие, при расчете определяется их жесткость.

Жесткость буфера при одинарной рессоре

; (5.12)

при рессоре с подрессорником –

, (5.13)

k_Д – коэффициент динамичности, k_Д = 1,8….2,5;

¦_СТ, ¦_Д, – статический и динамический прогибы рессоры и полный прогиб рессоры с подрессорником соответственно.

Независимая подвеска. Нагрузка на упругое устройство неза­висимой подвески зависит от ее кинематической схемы и типа направляющего устройства (рисунок 5.2).

Однорычажная пружинная подвеска.

Нагрузка на пружину (рисунок 5.2, а)

. (5.14)

где g_К – вес колеса;

a, l_ПР – расчетные размеры пружины.

Прогиб пружины (рисунок 5.2, в)

или . (5.15)

Рисунок 5.2 – Схемы для определения нагрузок (а, б) и расчета пружин (в) независимых подвесок

, (5.16)

где D_СР – средний диаметр пружины;

i – рабочее число витков;

G – модуль упругости;

d – диаметр прутка пружины.

Двухрычажная пружинная подвеска. Нагрузка на пружину (рисунок 5.2, б) определяется по формуле (5.14), а прогиб пружины – по первой части формулы (5.15).

Напряжения кручения в пружине находят так же, как для однорычажной подвески.

Пружины выполняют из прутка рессорно-пружинных сталей тех же марок, из которых изготавливают листовые рессоры.

Допускаемые статические и динамические напряжения круче­ния пружин не должны превышать значений:

Содержание отчета: указать исходные данные, формулы и результаты проектировочного расчета подвески автомобиля.

Источник

Курсовая работа: Подвеска легкового автомобиля

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Автомобили и тракторы»

Тема проекта: Подвеска легкового автомобиля

Лата Валерий Николаевич

Исполнитель: студент группы АХ-302

Кодин Артем Валериевич

Введение и постановка задачи

Основными устройствами, защищающими автомобиль от динамических воздействий дороги и сводящими колебания и вибрации к приемлемому уровню, являются подвеска и шины.

Многолетний опыт показывает, что неровности дороги и вызываемые ими колебания кузова и колес автомобиля ведут, как правило, к ухудшению всех его эксплуатационно-технических качеств и к тем большему, чем хуже качество дороги.

Можно считать, что на дорогах с неровной поверхностью снижается производительность автомобиля вследствие уменьшения скоростей движения и увеличения простоев, возрастают расходы на техническое обслуживание и ремонты. Кроме этих прямых потерь есть и косвенные, вызванные, в частности, слабым использованием сети дорог с неровной поверхностью. Прямые и косвенные потери от эксплуатации различных автомобилей и автопоездов на дорогах с неровной поверхностью исчисляются значительными денежными суммами.

Подвеской автомобиля называют совокупность устройств, связывающих колеса с рамой (кузовом) и предназначенных для уменьшения динамических нагрузок, передающихся автомобилю вследствие неровной поверхности дороги, а также обеспечивающих передачу всех видов сил и моментов, действующих между колесом и рамой (кузовом).

Разнообразные силы взаимодействия колеса и дороги можно свести к трем составляющим: вертикальной Z, продольной Х, поперечной или боковой У. Передача этих сил и их моментов состоит из трех устройств: упругого, демпфирующего и направляющего.

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

Рис.1 Типы подвесок, классифицированных по различным признакам.

Кроме того задачи повышения плавности хода на автомобильном транспорте становятся актуальней потому как это связано не только с требованиями повышения ресурса динамически нагруженных узлов автомобиля, но и с причиной перемещения центра вопроса в область обеспечения высокой безопасности движения, комфортабельности водителя и пассажиров и защиты их от воздействия высокочастотных колебаний. Особенно это важно для легковых автомобилей, которые, как правило, эксплуатируются при более высоких скоростях, чем грузовые и значительно легче последних, а потому более полно воспринимают неровности дороги. Однако большая номенклатура существующих конструкций подвесок говорит об отсутствии, какой либо универсальной. Более того, зачастую, казалось бы, подходящая конструкция для конкретного типа автомобиля требует доработки, и переработки ввиду различного рода эксплуатационных факторов, морального старения, с учетом возможности дальнейшей модернизации, с целью повышения ресурса и уменьшения нагрузок на её детали и узлы.

Таким образом, подвеска должна отвечать следующим требованием:

обеспечивать высокую плавность хода автомобиля;

обладать высокой динамической энергоемкостью;

эффективно гасить колебания кузова и колес автомобиля при движении;

обеспечивать правильную кинематику управляемых колес автомобиля;

иметь минимальную массу неподрессоренных частей.

Широкое распространение на заднеприводных автомобилях получила двухрычажная независимая подвеска. Она способствует высокой плавности хода, является простой в изготовлении, надежной в работе.

Целью настоящей работы является тяговый расчет автомобиля с заданными параметрами, проектирование подвески для этого автомобиля использую существующий аналог.

1. Тяговый расчет

1.1 Исходные данные

1.2 Определение полной массы автомобиля

1.3 Определение нагрузки на колеса

1.4 Подбор шин

Для расчета выбираем шину 175/70 R13, где

1.5 Определение статического радиуса данной шины

— статический радиус, где — коэффициент вертикальной деформации.

мм, мм

1.6 Определение КПД трансмиссии

, где

1.7 Определение параметров двигателя

1.7.1 Коэффициент сопротивления качению при максимальной скорости

Для легковых автомобилей, коэффициент суммарного сопротивления назначают равным коэффициенту качения при максимальной скорости.

1.7.2 Определение мощности двигателя на различных режимах

, где

— значение частоты вращения коленчатого вала

Источник

Подвеска. Ликбез. Часть I I/2.

Продолжу свои мысли по поводу подбора упругих элементов подвески.
В предыдущем посте, рассуждения, в основном, касались подбора вертикальной жесткости (а, следовательно, и упругих элементов) исходя из вертикальных колебаний. Это основа.
Теперь про некоторые аспекты, влияние которых, в той или иной степени, придется учитывать, а, следовательно, возможно, корректировать подобранные характеристики.
Итак. Начну.
Продольно-угловые колебания. Принципиально, для минимизации достаточны те же условия, что и при подборе вертикальной жесткости – собственная частота вертикальных колебаний задней подвески должна быть, как минимум на 20% больше, чем передней (корректно для классической переднемоторной компоновки). Ситуацию может ухудшить уменьшенная колесная база — как правило, менее 2,4 … 2,5 м.
А теперь, некоторые рассуждения о наиболее значимом параметре, который, в наибольшей мере, может повлиять на коррекцию – это угловая жесткость подвесок.
Угловая жесткость передней и задней подвесок автомобиля определяется, в основном, жесткостью основного упругого элемента (пружины — далее по тексту, для простоты). Как и в случае с вертикальной жесткостью, для анализа используется удельная (отнесенная к единице веса подрессоренной массы соответствующей подвески) угловая жесткость.
Вообще, для системного анализа редко используют абсолютные величины. Обычно – приведённые, удельные, или типа этого. Пример, мощность (двигателя). Абсолютная величина – показатель конкретного двигателя. Для сравнительного анализа (корректного) автомобилей – удельная мощность. Ладно – это я так, отвлекся.
В качестве оценочного критерия используется отношение удельных угловых жесткостей передней и задней подвесок. Раз есть оценочный критерий, значит, для него должны быть и границы варьирования, так сказать, числовой интервал. Очень ориентировочно – 1,4 … 2,6. Хочу подчеркнуть, что, именно в этом случае, «фирменный» подход к выбору значений является, как никогда, важнейшим и, в значительной степени, определяющим фактором. И вот почему.
Изменение угловой жесткости передней или задней подвески сопровождается соответствующим изменением динамического перераспределения весовой нагрузки между наружным и внутренним (по отношению к повороту) колесами, соответственно, передней или задней подвески. Следствием такого изменения (перераспределения) является изменение среднего угла увода колес соответствующей подвески.
Из условия сохранения недостаточной поворачиваемости (средний угол увода передних колес больше среднего угла увода задних), удельная угловая жесткость передней подвески должна быть больше угловой жесткости задней.
Относительно недостаточной поворачиваемости. Автомобиль серийного производства должен обладать НЕДОСТАТОЧНОЙ поворачиваемостью – это аксиома, негласно соблюдаемая, практически, всеми производителями. Степень и характер изменения при различном динамическом нагружении – в этом и состоит «фирменный» подход. Замечу, что влияние угловой жесткости (как параметра) на степень недостаточной поворачиваемости значительно, но не однозначно (в том смысле, что есть и другие параметры влияния).
И так. Что имеем. Расчетные жесткости пружин, полученные по подобранным вертикальным жесткостям подвесок, дают, как правило, неоптимальное соотношение удельных угловых жесткостей. Может быть два решения. Первое – корректировка жесткости пружин, что, как бы, нежелательно. Другим решением может быть применение дополнительного упругого элемента, но со специфическими свойствами – увеличение угловой жесткости с минимальной коррекцией вертикальной жесткости. Как, наверное, догадываетесь – это стабилизатор поперечной устойчивости. Рассчитать стабилизатор для обеспечения недостающей угловой жесткости не сложно, следует только корректно учесть снижение жесткости из-за использования для установки резиновых подушек (потери могут быть значительные, до 30%) и передаточное отношение для приведения усилий к колесу.
Как правило, стабилизатор поперечной устойчивости устанавливается в передней подвеске, т. е. увеличение угловой жесткости передней подвески и смещение поворачиваемости в сторону недостаточной. Может возникнуть вопрос по поводу автомобилей, на которых установлены стабилизаторы в обеих подвесках – какой смысл, не проще пропорционально уменьшить жесткость переднего стабилизатора?
Дело в том, что установка стабилизатора, с одной стороны изменяет поворачиваемость, а с другой, увеличение суммарной угловой жесткости приводит к уменьшению угла крена (в повороте).
Для наглядности приведу диаграмму «угол крена – относительное боковое ускорение» (представлена ф. Porsche в рамках работ по контракту, проект ВАЗ 2108).

На диаграмме представлены два графика: ВАЗ 2108 со стабилизатором передней подвески Ø16 мм (в конечном счете, серийная комплектация) и Ø20 мм. Разница по углу крена 1 ̊, но по степени недостаточной поварачиваемости был выбран вариант Ø16 мм. Вот, в принципе, наглядный пример компромиссного решения (а сколько их было, в общем, по проекту!).
Извинюсь за некоторый отход от основного смысла (ликбез), тут уже пошли прикладные моменты, в которых бывает сложно разобраться. Но для повышения, хотя бы, эрудиции будет, думаю, полезно.
И так. Вот такие мысли по подбору упругих элементов.
Еще немного вашего внимания.
В комментариях встречаются иногда просьбы, иногда рекомендации, по поводу информации более узкого, спортивного, направления. Хочу сказать, что мои посты – это попытка донести понимание общих принципов построения одной из сложных систем автомобиля – системы подрессоривания (подвески, ходовой части, шасси – название «на любителя»). Что же касается автоспорта, то даже при многообразии дисциплин, подход более узкий, часто — «чисто индивидуальный» (меняются приоритеты, многообразие компромиссов по одному аспекту и т. п.). И, я считаю, что знание общих принципов может помочь при решении частных (по крайней мере, логически обосновать). Надеюсь, донёс свою мысль.
Все еще надеюсь, что был, хоть чем-то, полезен.

Источник

Отчет о проектировании передней подвески

Добрый день, друзья!

Работая над системами третьего прототипа, особое внимание мы уделяем его подвеске. В процессе проектирования ставились задачи по возможности улучшить поведение автомобиля, применяя теоретические знания, результаты исследований и рекомендации авторов книг. В этой записи представлен отчет о ходе работы над передней подвеской предсерийного «Крыма».

Первоначально были изменены хода передней подвески, изначально отбой составлял 60 мм, а сжатие – 80 мм. Были приняты во внимание рекомендации по ходу передней подвески из книги «Шасси автомобиля» Й. Раймпеля:

Так как автомобиль двухместный и изменение массы несущественное, то можно ориентироваться на минимальные хода 65 мм и 55 мм. В итоге проработки кинематики передней подвески был получен ход отбоя 65 мм, а ход сжатия – 70 мм.

Основным изменением в подвеске является изменение угла наклона стойки с 20 до 16 градусов. В нашем случае основным, что влияет на наклон стойки, является положение рейки. Можно было бы изменить положение скобы стойки, но этого не дает сделать чашка пружины.

Чтобы минимизировать «клевки» при торможении автомобиля, нужно определить оптимальное положение центра продольного крена и его влияние на величину продольного крена. Для этого снова обратимся к рекомендациям Раймпеля:

Применительно к двухрычажной подвеске:

В случае, когда вместо продольного рычага используется стабилизатор:

Таким образом, положение переднего шарнира нижнего рычага должно быть ниже по сравнению с задним шарниром. Именно так и расположены шарниры в передней подвеске Porsche Boxster:

Из-за большого угла кастера, а также необходимости поворота нижнего рычага возникает проблема – засечение шаровой опоры с корпусом. Данную проблему можно решить поворотом продольного рычага относительно поперечного, а также уменьшением угла кастера.

Проведем замеры углов, на которые изгибаются передний и задний сайлентблоки.

В положении полного сжатия подвески и при максимальном угле поворота шаровая опора цепляла тормозной диск, поэтому была необходима «проставка», которая «вынесет» шаровую опору.

Спроектированная «проставка» решила проблему с засечением, а ее геометрия значительно упростилась. В дальнейшем необходимо уточнить толщину данной детали.

Параллельно изменялась кинематика подвески для того, чтобы решить проблемы, указанные выше, а также для улучшения параметров при ходах подвески. Подбор параметров осуществлялся на основе исследования подвески Porsche Boxster. Главная цель изменения кинематики – уменьшить углы развала при ходах, уменьшить изменение колеи, увеличить колею до 1515 мм, подобрать положение стойки таким образом, чтобы углы схождения при ходах были минимальными.

Положение отбоя (ход 65 мм):

Положение сжатия (ход 70 мм):

Далее было проведено сравнение параметров кинематики Boxster и Крыма.

Необходимый ход амортизатора – 392,6 — 266,8 = 126,2 мм. Ход стандартного амортизатора Калины составляет 183,6 мм. Уменьшить ход сжатия можно таким отбойником, установленным на штоке амортизатора:

Кинематика рулевого управления

Следующим этапом после синтеза кинематики подвески и определения точки крепления боковой тяги является определение положения сошки. Положение сошки влияет на полюс поворота и соответственно на радиус поворота. В идеальном случае полюс находится на задней оси, тогда колеса передней оси катятся практически без скольжения.

В учебном пособии «Системы управления поворотом специальных транспортных средств» Г.И. Гладов, А.Ю Морозова, 2004 говорится:

Рассмотрев несколько вариантов, когда эта точка находится в «базе» и за «базой», было определено, что оптимальное положение точки на малом расстоянии за «базой» автомобиля. Этому положению соответствует угол между плоскостью поворотного кулака и сошкой равный 112°. Для проверки были построены рассчитанная кривая по Аккерману требуемого изменения разности углов поворота колес и кривая фактического изменения этой разности. Как видно из графика, разность между рассчитанной и фактической кривой небольшая. Фактическая кривая находится под рассчитанной, это соответствует положительному схождению, что хорошо сказывается на устойчивости рулевого управления.

BRT roadster Crimea Made in Russia 2016, двигатель бензиновый 1.6 л., 150 л. с., задний привод, механическая коробка передач — другое

Машины в продаже

Комментарии 36

BobbieZi, хотите личку пишите в личку, вы пишите в паблик, поведение в паблике подобно форуму, если бы так принято не было комментировать любой комментарий у меня не было бы кнопки «ответить». оставим ваши глупые представления о том как должен существовать форум.

ну а про никчемную подвеску я уже сказал=)

там же написано почему старт говно, даже те что плюсы описаны как минусы, а под конец там-же:

» инженеры toyota на celica st205 для участия в ралли отказались от strut в пользу mack. Также японцы взяли два идентичных toyota levin только один на strut, второй на mack и сравнили их в кольце (см. видео ниже). Стратный levin мало того, что не уехал, он даже не смог обогнать маковского.»

«Подводя итоги на сегодняшний момент strut имеет больше минусов, чем + для меня. И именитая управляемость strut не более, чем раздутая история: в сравнительно небольшой бюджет mack может рулится не чем не хуже.»

Либо вы сами не читали статью, либо вы очень странный человек =))

Вы очень странный человек, если отвечаете на вопрос заданный не Вам :)))))

прочитайте ещё раз то, что Вы перепостили. весь ответ кроется во фразе «strut имеет больше минусов, чем + для меня.»
ключевые слова «для меня» т.е. для автора текста.

ключевые слова «для меня»

«Стратный levin мало того, что не уехал, он даже не смог обогнать маковского»
для всех

«он тяжелее mack на 20 кг.»
для всех

сложнее и дороже тоже для всех

для легкой машинки, огромная не подрессореная масса, это чушь собачая)) которая просто жестко противопаказана родстеру.
Вопрос в силе, вы читали перед тем как советовать рассмотреть строителям легкого родстера эту подвеску?)))
Если читали то странный вы

Вы с первого раза не понимаете.
Вопрос был адресован НЕ ВАМ,
У Вас нет собствнного мнения на тему подвески — Вы только можете цитировать, слепо принимая на веру частное мнение.

Поэтому дабы не работать попугаем и не объяснять в третий раз, что это не Ваш вопрос — предлагаю закончить данный диалог

Неполное сравнение кинематик Крыма и Porsche. Поперечный наклон оси поворота у Крыма 24,4*. Какой этот угол у Boxster? В интернете нашёл у 911 KPI 20*. При касторе 8* и KPI 20* у Porsche при повороте колеса на 30* внешнее колесо заваливается внутрь, что компенсирует подлом покрышки и крен кузова. На Крыме при касторе 6* и KPI 24,4* внешнее колесо при повороте на 30* слегка вываливается наружу.

Как при касторе 6 градусов и угле наклона шкворня в 24,4 градуса внешнее колесо «вываливается» наружу. В любом случае у внешнего колеса будет развал отрицательный, вопрос о его величине. И да у бокстера на внешнем колесе развал будет больше

При повороте колеса на 30* у Крыма развал колеса увеличивается на 0,13* (синее колесо), развал колеса Porsche уменьшается на 1,34* (зелёное колесо). У меня получаются такие данные при 3D моделировании, какие данные у Вас?
P.S. 30* взят для примера разницы изменения развала на вывернутых колёсах, а правильно, конечно, рисовать график во всём диапазоне поворота. Я поэтому и написал о неполном сравнении кинематик.

Согласен, что маханул с углом, но меня сразу смутил большой поперечный угол оси поворота. Его оптимальные данные рекомендуют в диапазоне 6-15 град. Большой угол у Porsche, подозреваю, из-за широких колёс и низкой стойки макферсон. Тут же критерием выбора этого угла назван «В нашем случае основным, что влияет на наклон стойки, является положение рейки». Сам я не специалист подвесочник, а просто автомобильный инженер широкого профиля по образованию, поэтому хотелось бы услышать мнение разбирающегося человека в этом вопросе. Нашёл у Toyota MR2 SW20 этот угол KPI(SAI) 13,5*.

В данном случае такое значение угла наклона стойки вызвано кинематикой и дизайном (низкое положение капота), чтобы получить удовлетворительный развал при ходах подвески

Не все понял, но было интересно. А 4х местный вариант не разрабатываете? ИМХО 2х местный обречен на провал…

Спасибо за статью! В инете мало подобной инфы про проектирование автомобилей.

Спасибо за отчет! Раймпель это гутт! Но… На мой (во многом) дилетантский взгляд более правильно говорить не про мгновенный «центр крена» а про мгновенную «ось крена». Ни коим образом не хочу навязывать свою точку зрения, но если делать подвеску на двойных поперченных рычагах, то вазовский кулак 2108 можно навесить таких «костылей», что регулировать станет возможным «почти всё». И развал, и кастор и точку прихода оси кулака в асфальт.
По поводу аккермана мое мнение, что не стоит его делать идеальным, почему?
1) при активных маневрах возникает больший увод наружного колеса и «фактический аккерман» станвится больше «геометрического»
2) если машина делается для фана, включающего дрифт, то при прохождении дуги в заносе с рулевыми колесами вывернутыми в противоположную сторону излишний аккерман создаст тормозящий эффект на переднюю ось. Хотя… наверное можно сделать так, чтобы внутреннее (ближнее по отношению к центру кривизны траектории а/м) колесо просто отрывалось от асфальта и не мешало машине «ехать», не знаю…

Шаровая проставка получается колею увеличивает?

P.S. На второй снизу фото (которая, видимо, посвящена углу Аккермана) протектор шин в разные стороны направлен, нужен шиномонтаж)

Чтобы улучшить поведение автомобиля — избавиться от кренов при повороте, можно стабилизатор поперечной устойчивости не на резиновых сайлентблоках, а на шаровых опорах применить. Причём с креплением стойки стабилизатора на стойке подвески, чтобы при повороте руля менялись вертикальные длины плеч стойки стабилизатора, т.е. внутренняя сторона короче становилась, наружная к повороту — удлинялась

Существуют же решения с подрамником и жёсткими рычагами.
Заводской от Калины NFR. Или намного дешевле от другого производителя. Почему не рассмотрели эту идею?

Источник

• ← Расчет экономической эффективности организации участка по ремонту двигателей автомобилей
• Расчетная интенсивность движения автомобилей →