РПЗ 42(нов).doc

Тольяттинский государственный университет

Институт машиностроения

Кафедра «Проектирование и эксплуатация автомобилей»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

на тему:

«Разработка передней подвески легкового автомобиля»

СТУДЕНТ: Учаев В.В.

ГРУППА: ЭТКбз-1132

РУКОВОДИТЕЛЬ: Еремина И.В.

1

1.2Требования, предъявляемые к конструкции агрегата или системы ___________________________________________ 5

1.3Классификация конструкций агрегата или системы _______ 6

1.4Обзор и тенденция развития конструкции агрегата или системы _____________________________________________ 8

1.5Выбор и обоснование принятого варианта конструкции

(предварительное) ___________________________________ 18

2.КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ _________________________ 19

2.1Тяговый расчёт ______________________________________ 19

2.2Расчёт передней подвески _____________________________ 29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ______________________________________ 40

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ______________ 41

1

2

ВВЕДЕНИЕ

Подвеска, является промежуточным звеном между кузовом автомобиля и дорогой, должна быть легкой и наряду с высокой комфортабельностью обеспечивать максимальную безопасность движения. Для этого необходимы точная кинематика колес, легкость поворота управляемых колес, а также изоляция кузова от дорожных шумов и жесткого качения радиальных шин. Кроме того, надо учитывать, что подвеска передает на кузов силы, возникающие в контакте колеса с дорогой, поэтому она должна быть прочной и долговечной.

Детали, соединяющие опоры подшипника колеса с кузовом (рычаги, штанги и упругие элементы), должны удовлетворять этим требованиям. Применяемые шарниры должны легко поворачиваться, быть мало податливыми и вместе с тем обеспечивать шумоизоляцию кузова. Рычаги должны передавать силы во всех направлениях, а также тяговые и тормозные моменты и быть при этом не слишком тяжелыми или дорогими в изготовлении. Упругие элементы при эффективном использовании материала должны быть простыми и компактными и допускать достаточный ход подвески. На легковых автомобилях детали подвески часто крепятся не к самому кузову, а к промежуточной поперечине, образующей вместе с подвеской единую сборочную единицу. Такая конструкция упрощает сборку на конвейере, регулировочные работы и последующий ремонт, а за счет дополнительных резиновых элементов позволяет осуществлять шумоизоляцию. Рама в легковых автомобилях применяется в настоящее время редко и обычно кузов выполняется несущим, это позволяет уменьшить массу и производственные затраты по сравнению с раздельной конструкцией рамы и: кузова. Только на средних и тяжелых грузовых автомобилях, а также на многоцелевых легковых автомобилях высокой проходимости рама осталась силовым элементом. Передние колеса должны иметь возможно большие углы поворота, а ведущие колеса - допускать установку на них цепей противоскольжения. К сожалению, широкопрофильные шины в некоторых случаях этого не позволяют, а водителю не всегда об этом известно.

Упругие элементы должны поддерживать кузов в местах основных нагружений: посредине двигателя, под задним сиденьем и багажником или между задним сиденьем и багажником. За счет этого можно уменьшить загруженность кузова и сделать его более легким. Повышенная нагрузка, имеющая место на развозных автомобилях и специальных легковых, хорошо воспринимается двумя продольными рессорами. Примером этого может служить пикап, разработанный на базе автомобиля «Фольксваген-гольф», с задней зависимой подвеской, рессоры которой крепятся передними и задними концами к лонжеронам. Благодаря такому решению грузоподъемность этого автомобиля увеличена до 625 кг (не считая

2

3

массы водителя). Подвески на продольных рычагах с торсионами могут передавать всю работу сил упругости через кронштейны на кузов в виде изгибающего момента, однако это связано с тем недостатком, что передача вертикальных сил осуществляется перед осью колес, а кузов, начиная от точек крепления, должен воспринимать нагрузку консольно. К этому прибавляются еще усилия растяжения амортизаторов.

Конструкция подвесок весьма разнообразны, но, несмотря на это, их можно при изучении основных закономерностей колебаний автомобиля рассчитывать по единой схеме. Для этого необходимо хорошо представлять критерии, оценивающие колебания автомобиля, динамические модели подвески, которые были бы простыми, но давали при расчётах достаточно достоверную информацию, характер дорожного возмущения, зависящий от эксплуатационных условий, нагрузочные режимы, при которых рассчитываются детали подвески для обеспечения им требуемых надёжности и долговечности.

3

4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1.Назначение агрегата.

Подвеска автомобиля - это совокупность устройств, связывающих колёса с рамой кузова и предназначенных для уменьшения динамических нагрузок передающихся автомобилю от неровностей дороги. Также обеспечивает передачу всех сил и моментов, действующих между колесом и рамой кузова, Т.е. все силы сводятся к вертикальной, продольной и боковой. Передачу продольной и боковой сил осуществляет подвеска. Элементы, входящие в подвески, смягчают нагрузки, уменьшают колебания кузова, обеспечивают хорошую устойчивость и плавность хода автомобиля. К этим элементам относятся направляющее устройство, упругие элементы, амортизаторы и стабилизатор поперечной устойчивости.

Направляющее устройство подвески определяет характер движения колеса относительно дороги и кузова и передает силы и моменты от колеса к кузову.

Упругое устройство служит для уменьшения динамических нагрузок, обусловленных главным образом вертикальной силой. Наличие упругого устройства вызывает колебания кузова и колёс автомобиля. Упругие элементы подвески это пружины, работающие совместно с амортизаторами и стабилизатором поперечной устойчивости.

Стабилизатор поперечной устойчивости уменьшает боковой крен кузова при повороте автомобиля. Он представляет собой штангу, изготовленную из пружинной стали. При боковом крене кузова нагрузка на одну подвеску колеса увеличивается, на другую уменьшается; при этом штанга стабилизатора скручивается и начинает работать как торсион. Скручиваясь, она передает нагрузку с одной подвески на другую, выравнивая положение кузова.

Детали подвески, обеспечивающие быстрое затухание колебаний подвески и колёс относятся к гасящему устройству.

4

5

1.2.Требования, предъявляемые к конструкции.

1. Максимальная безопасность движения автомобиля Активная безопасность тесно связана с управляемостью и устойчивостью

автомобиля - кинематические, жесткостные, демпфирующие и эластокинематические характеристики подвесок должны обеспечить максимальную передачу колёсами боковых и продольных сил в различных режимах движения.

Крен кузова при движении в повороте и на косогоре не должен превышать определённых значений. Подвеска должна противодействовать клевкам кузова при торможении и приседаниям при разгоне.

2.Должна иметь малую массу элементов подвески.

3.Т.к. подвеска передаёт на кузов все силы со стороны дороги, она должна быть прочной и долговечной.

4.Подвеска должна быть компактной, оставляя максимум объёма для размещения других агрегатов.

5.Подвеска должна обеспечивать надежную передачу от колес на несущею систему продольных и поперечных сил и их моментов.

6.Кинематическая схема должна создавать условия возможного минимального изменения колеи и углов установки управляемых колес

7.Должна быть удобной при сборке автомобиля и иметь хорошую обслуживаемость.

8..Должна быть легко доводимой.

5

6

1.3. Классификация подвесок

Подвесок существует огромное множество, они классифицируются по ау направляющего аппарата (зависимые и независимые) и по типу упругих элементов (пружинные, торсионные, рессорные, пневматические и т.д.) Каждая подвеска имеет свои недостатки и преимущества, и была распространена в своё время.

По типу направляющего аппарата подвеску можно разделить на две категории:

Независимые - имеют гораздо больше преимуществ, поэтому и распространены сейчас больше. Они различаются по расположению плоскости качания колёс: продольная, поперечная, диагональная на косых рычагах. И по количеству рычагов: однорычажные, двухрычажные, многорычажные, свечные.

Зависимая - проще, дешевле, имеет постоянную колею, но в тоже время балка не является подрессоренной, поэтому назвать лёгкой эту подвеску нельзя. Кроме этого, при противоположных ходах левого и правого колёс одной оси, наблюдается значительный их наклон, следствием чего являются автоколебания колёс (эффект шимми).

В отдельный класс ещё необходимо выделить так называемую полузависимую подвеску - подвеску на связанных рычагах с закручивающейся кой. Как правило, это задняя подвеска недорогих переднеприводных автомобилей - на Волжском автомобильном заводе этот тип подвесок меняется на автомобилях семейства 2108, 2110, Калина.

По виду упругого элемента подвески автомобиля подразделяются на:

Рессорные - при меняются в основном на грузовых а/м, внедорожниках; на современных моделях легковых а/м не встречаются. Рессоры обычно располагаются вдоль оси а/м, но возможно и поперечное расположение старые модели Volvo). Задние рессоры как правило имеют подрессорники, обеспечивающие близкую к постоянной собственную частоту колебаний подвески при движении а/м с грузом и без него за счёт изменяющейся жесткости.

Пружинные - используется витая пружина, наиболее распространены на а/м малого и среднего классов; подвеска получается проста в изготовлении, надёжна, есть возможность изменять геометрию пружин (бочка, коническая и т.п.).

Торсионные - компактны, масса неподрессоренных частей подвески меньше, но более сложны в изготовлении, нежели пружины. Имеют стержни, работающие на скручивание, причем торсионы могут иметь как продольное, так и поперечное расположение. Применяются как на легковых а/м (задняя подвеска Peugeot-306, передняя Opel Frontera), так и на легких грузовиках.

Гидропневматические и пневматические - как правило применяются на грузовых а/м, автобусах, а/м представительского класса. Обеспечивают высокую

6

7

плавность хода, комфорт пассажиров, позволяют регулировать клиренс (поддерживать его постоянным независимо от загрузки). В качестве упругих элементов используются баллоны со сжатым воздухом (Lincoln Navigator), либо сочетание пневморессоры с гидравлическим амортизатором. Автомобили Citroen (даже небольшие) традиционно имеют такую подвеску (Xantia, С5 и др.). К недостаткам можно отнести сложность конструкции, обслуживания, высокую стоимость, но в последнее время эти типы подвесок получают широкое распространение.

7

8

1.4. Обзор и тенденции развития подвески.

Конструкция подвески зависит от того, для каких колес она применяется: передних или задних, ведущих или нет. Кроме того, различают зависимые и независимые подвески. К последним относятся подвески на двойных поперечных рычагах и с направляющими пружинными и амортизаторными стойками, которые требуют мало места в поперечном направлении, оставляя, например, в середине место для двигателя. Другие независимые подвески - на продольных и на косых рычагах - почти не занимают пространства по высоте и позволяют получить широкий багажник с плоским полом. На всех зависимых подвесках балка перемещается на полную величину хода подвески. Свободное место, которое должно быть оставлено для этого сверху, уменьшает объем заднего багажника и затрудняет размещение запасного колеса. Спереди такая балка оказалась бы под двигателем, и для обеспечения достаточного хода сжатия потребовалось бы поднять двигатель или сместить его назад. По этой причине зависимые передние подвески применяются только на грузовых автомобилях и полноприводных многоцелевых легковых автомобилях. По отношению к им конструкция подвески со связанными рычагами может считаться промежуточной между зависимой и независимой подвесками.

Ходовая часть легкового автомобиля должна с запасом удовлетворять условиям движения, которые могут быть созданы двигателем. В условиях все возрастающих ускорений, скоростей движения (в том числе и на поворотах) и замедлений ходовая часть должна надежно обеспечивать безопасность движения. Эти требования легче выполнить, применяя независимые подвески, которые имеют следующие основные преимущества:

компактность; возможность кинематического или эластокинематического изменения

схождения колес в направлении недостаточной поворачиваемости; небольшая мacca;

отсутствие взаимовлияния колес.

Два последних преимущества важны для хорошего сцепления с дорогой, особенно на поворотах с волнистым дорожным покрытием.

Поперечные и продольные рычаги обеспечивают желательные кинематические характеристики колес при ходах сжатия и отбоя и осуществляют передачу сил на кузов. Боковые силы образуют дополнительно момент, усиливающий поперечный крен кузова на повороте. Опоры рычагов деформируются под нагрузкой и влияют на характеристики упругости:

либо увеличивают жесткость за счет скручивания резиновых элементов, либо трение за счет скольжения деталей.

8

9

Зависимые подвески также имеют целый ряд недостатков, существенных для легковых автомобилей, но допустимых для средних и тяжелых грузовых автомобилей:

большая масса балки при расположении впей главной передачи; склонность к смещению на дороге с поперечными волнами; взаимосвязанное положение колес;

собственный поворот оси при прямолинейном движении по дороге с выбоинами (т. е. разноименном или одностороннем ходе подвески);

необходимость свободного пространства над осью, соответствующего ходу сжатия подвески;

перераспределение колесных нагрузок под действием тягового момента, особенно при установке сдвоенных шин;

малое расстояние между опорами упругих элементов на кузове, которое может быть увеличено лишь при усложнении конструкции.

Расстояние между пружинами, как правило, меньше колеи, соответственно уменьшается и жесткость при разноименном ходе подвески. Исходя из жесткости при равностороннем ходе, получается, что поперечный крен кузова под действием центробежной силы, приложенной в центре масс автомобиля, при зависимой подвеске увеличивается.

За счет совершенствования деталей подвески и соответствующего исполнения упругих и демпфирующих элементов характеристики зависимых подвесок ведущих колес удалось улучшить настолько, что несмотря на тяжелую главную передачу, они применяются в настоящее время на

крупносерийных лимузинах и купе достигающих скорости 190 км/ч.

Из-за большой массы зависимая подвеска ведущих колес на волнистой, неровной дороге (в особенности на поворотах) не достигает по уровню параметров независимых подвесок, однако склонность к смещению может быть в определенной степени снижена установкой газонаполненных однотрубных амортизаторов. Эти амортизаторы, правда, дороже, однако позволяют без заметного ухудшения плавности хода повысить усилие сжатия. В результате усилие демпфирования будет лучше противодействовать подскакиванию колес при ходе сжатия. Эта мера является самым простым: и, возможно, самым экономичным способом устранения основного недостатка зависимой подвески.

В отличие от автомобилей классической компоновки, на переднеприводных картина другая: у них зависимая задняя подвеска имеет скорее преимущества, чем недостатки. Она получается не тяжелее сопоставимых независимых подвесок и, кроме того, дает возможность получения высокого центра крена (что желательно для автомобилей стаким приводом). Другие преимущества зависимой подвески:

9