Расчет ведущего моста

Ведущий мост представляет собой пустотелую балку, в которой размещены узлы трансмиссии: главная передача, дифференциал и полуоси. Концы балки используются для установки подшипников ступиц колес. Балка имеет фланцы для присоединения опорных дисков или суппортов тормозных механизмов, а также площадки для крепления рессор или кронштейны для установки других типов.

Ведущий мост воспринимает передаваемые через подшипники ступиц колес вертикальные, боковые и продольные реакции, возникающие в точках контакта колес с опорной поверхностью, а также реактивный тяговый момент, передаваемый через подшипники шестерни главной передачи, и реактивные тормозные моменты, возникающие в опорных дисках или суппортах тормозных механизмов. Ведущий мост передает силы и моменты на подрессоренную часть через продольные листовые рессоры или направляющие упругие элементы других типов.

Условия нагружения ведущих мостов зависят от конструкции подвески, режима движения автомобиля и конструкции полуосей. Обычно балки ведущего моста рассчитывают на изгиб и кручение. Динамический характер нагрузок при расчете учитывают коэффициентами динамичности.

При расчете используются следующие допущения: - нагрузка от массы по бортам автомобиля распределена равномерно;

- момент, передаваемый на дифференциал, распределен на колеса поровну;

- мосты имеют полностью разгруженные полуоси.

Величина действующих на мост нагрузок зависит от условий эксплуатации и режима движения. Расчет балок моста проводят для следующих расчетных режимов: тяговый режим, режим торможения, режим заноса, режим преодоления препятствий или отрыва от дороги.

Расчет ведущего моста в тяговом режиме (эпюры 1, рис 7.4). Действующими силами являются: P_k - сила тяги, M_k - крутящий момент, R_z = R_zn + R_zn = m_a3g - вертикальная реакция дороги, m_a3 - статическое распределение массы подрессоренной части автомобиля на ведущий мост. Максимальная сила тяги

P = (R,

где (р - коэффициент сцепления (рр = 0, 7...0, 8).

Балка изгибается в вертикальной плоскости под действием реакции R_z:

M_B = RJ. (7.6)

В горизонтальной плоскости балка моста испытывает изгиб от силы тяги Р_к. С учетом перераспределения силы тяги изгибающий момент в горизонтальной плоскости

до места крепления рессоры Mu = рЛ =(RZ3rk.

Рис.7.4

M_r = Pkl = (RJ, (7.7)

Реактивный крутящий момент, создаваемый силой тяги, действует на балку на участке от оси шестерни главной передачи до места крепления рессоры, а реактивный тормозной момент - на участке от фланца крепления суппорта тормозного механизма

(7.8)

Опасным сечением является сечение I-I под площадкой крепления рессоры. Суммарный момент

M M_в² + M_г² + M _к². Для трубчатого сечения балки напряжение в месте крепления рессоры

^M_ъ ^/ W_u, (7.9)

где W_u - момент сопротивления изгибу трубчатого сечения.

При прямоугольном сечении балки напряжения изгиба в вертикальной и горизонтальной плоскостях складываются. Поэтому в опасном сечении вычисляют моменты сопротивления сечения изгибу в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также кручению W_B, W_r и W_k, и определяют напряжения изгиба и кручения по следующим формулам:

а = Mb / Wb + M_r / Wr, т= M_k / W_k. (7.10)

Момент сопротивления кручению для прямоугольного сечения с одинаковой толщиной 8 стенок

W_k = 2(h -8)(b -8)8, (7.11)

где h и b - наружные размеры поперечного сечения.

Полученные напряжения не должны превышать допускаемые напряжения [а] = 300...500 МПа, [т] = 150...400 МПа. Меньшие значения напряжений относятся к литым балкам из ковкого чугуна, большие - к сварным штампованным из листовой стали.

Расчет ведущего моста в режиме торможения (рис 7.4, эпюры 2). В этом случае действующими силами являются: Р_т - тормозная сила, R_z - вертикальная реакция опорной поверхности, М_т - тормозной момент.

В вертикальной плоскости балка моста изгибается под действием реакции

R_zn = R_zn, Mb = R_zl, R_zn = R_zn, Mb = R_zl. (7.12)

В горизонтальной плоскости

Mr = PJ. (7.13)

Деформация кручения балки моста от действия тормозного момента происходит на участке от плоскости крепления тормозного диска до середины площадки крепления рессоры:

^Mk = ^рт^гк. (7.14)

Напряжения определяются аналогично рассмотренному выше случаю.

Расчет ведущего моста в режиме заноса (рис. 7.5). При заносе реакции в продольной плоскости отсутствуют. Боковая сила P_y (центробежная сила при повороте с отключенным двигателем и без торможения) определяется условием бокового сцепления колес с опорной поверхностью:

Py = (m_ag, (7.15)

где р - коэффициент бокового сцепления колеса (р = 1).

Вертикальные и горизонтальные реакции, действующие в точке контакта колеса с опорной поверхностью для случая скольжения автомобиля влево, определяют по формулам (1.22). Реакции R_yn и

R_zn вызывают изгибающие моменты, противоположные по знаку, a R_v„ n R_: „ - одинаковые. Из эпюр изгибающих моментов (в вертикальной плоскости М_1В, М_2В и М_ъ) следует, что опасными являются сечение /-/ (место крепления колеса) и //-// (место расположения рессоры). Суммарные изгибающие моменты в опасных сечениях следующие: сечение /-/

Рис.7.5

Mb = Ry₃Jk = (m_cag /2)(1 + (2h_g /B)pr_k, (7.16) сечение II-II

M_2B =RJ + < pR_{: 3}„r_k=(m_a3g/2)(l-< p2h_g/B)(l + < pr_k). (7.17) В этих сечениях балку моста рассчитывают по напряжениям изгиба по рассмотренной выше методике.

Расчет ведущего моста в режиме преодоления препятствия. Для автомобилей, отличающихся колесной формулой и числом осей, этот расчет выполняется по-разному. Для расчета необходим тщательный анализ условий эксплуатации. В случае зависания колес вес автомобиля перераспределяется между оставшимися колесами. Рассмотрим схему переезда трехосным автомобилем кювета при зависании средних колес (7.6, а).

 

а) б)

Рис. 7.6. Силы, действующие на трехосный автомобиль при переезде кювета

(7.18)

Из уравнения равенства нулю моментов относительно оси, проходящей через точку O₁

^Rz3^(L + ¹т^/2) = ^mag^a.

Откуда

 

a

(7.19)

L + lT /2 т

^Rz 3 = ^П'а*ТЩ-2 ' ^R" = ^G

 

При зависании задних колес (рис. 7.6, б)

 

(7.20)

^Rz 2^{( L- 1}т ^/2) = ^maS^a.

 

Откуда

 

/

a

R_{z 2} = m_ag-----------, R_z1 = G

a

(7.21)

L - L/2

^{z 2} L - L/2 ^z1

При переезде препятствия предполагают, что продольные и поперечные силы в точках контакта колес с опорной поверхностью отсутствуют, а вертикальные реакции достигают максимального значения к_дК_гз, где к_д - коэффициент динамичности, который принимают равным 2, 5 для грузовых автомобилей и 1, 75 для легковых. Эпюра изгибающих моментов M_B соответствует первому случаю нагружения (рис. 7.5), и напряжение изгиба в месте крепления рессоры определяют по формуле

Ou = Mb / W. (7.22)

Напряжение не должно превышать значений, приведенных для первого случая нагружения. При движении автомобиля по неровной дороге вертикальное ускорение моста может достигать значения 10g и превышать статическую нагрузку от силы тяжести подрессоренной части, поэтому литые

балки ведущих мостов грузовых автомобилей, имеющие относительно большую массу, должны быть проверены с учетом сил инерции от собственной массы моста. Для этого балку разделяют вертикальными плоскостями на отдельные участки и рассчитывают массу этих участков. Далее рассчитывают массы узлов и деталей, укрепленных на балке (кроме тех частей, сила тяжести которых непосредственно воспринимается колесами), и доли этих масс, приходящихся на каждую из тех точек, где они присоединяются к балке.

Затем, задаваясь определенным значением ускорения, строят эпюру изгибающих моментов Значения момента M, должны быть прибавлены к значениям момента M_B при расчете напряжений, соответствующих первому случаю нагружения.