Листовые рессорыНаиболее технологичным металлическим упругим элементом, который применяют в подвесках автомобилей, является листовая рессора, которая отличается малой энергоемкостью и значительной массой. Расчет листовой рессоры от действия основного силового фактора (вертикальной силы) сводится к расчету рессоры на изгиб. При этом определяют следующие параметры упругого элемента: длину L между центрами ушков в выпрямленном состоянии, толщину hn, ширину b и число n листов рессоры и ее массу. Рассмотрим одно листовую рессору консольного прямоугольного поперечного сечения (рис. 10.7, а).
толщины; в - прямоугольной постоянной ширины Напряжение в сечении балки с координатой x (рис. 10.7) а, = 6Qx /(bxhi), где bx и hnx - ширина и толщина произвольного сечения листа. При постоянной нагрузке Q условием равнопрочности является х /(ЪхЬ2ю.) = const. Практическое применение нашли рессоры равного сопротивления двух типов: треугольная - балка с переменной шириной и постоянной толщиной (10.7, б); параболическая - балка с переменной высотой и постоянной шириной (рис.10.7, в). Многолистовую рессору равного сопротивления можно получить из двуплечей однолистовой рессоры, состоящей из двух рессор треугольной формы. Для этого рессору следует разрезать на продольные полосы равной ширины и сложить в пакет. Работа рессоры, составленной из отдельных листов, не вполне эквивалентна работе исходной рессоры. Конструкции многолистовых рессор автомобилей отличается от конструкции рессор равного сопротивления. Поэтому для расчета в первом приближении целесообразно использовать формулы, относящиеся к многолистовой рессоре трапецеидальной формы (рис. 10.8). Для рессоры длиной L = 21 при нагрузке P = 2Q, толщине листов hn и ширине b прогиб hp = 8PL /(48EIo) = 8PL3 /(4Enbh3„), жесткость c = P / hp = 48EIo /(8L3) = 4Enbh3 (8L3), напряжение a = PL /(4Wo) = 3PL /(2nbh2), где 8 - коэффициент увеличения прогиба; 8 = 1, 5[(1 - A)(1 - 3 A) - 2 A2ln A]/(1 - A)3; A = b / B - коэффициент формы рессоры; Wo - момент сопротивления изгибу среднего сечения (Wo = nbh2 /6); n - число листов пакета; E - модуль упругости. Подвески автомобилей обычно выполняют несимметричными, в этом случае при длине L = lx +12 и нагрузке P, приходящейся на рессору, все листы которой имеют одинаковую толщину и ширину, имеем hp = 8 Plj2l22 /(3 ELI o) = 4 8 Pl2l22 /(Enbhl L), c = P / hp = 3ELI0 /(8 l2l2) = Enbhl L (8 l2l22), (10.2) a = Plj2l2 /(LWo) = 6Pl2l2 /(nbh2 L). От правильного выбора длины рессоры и толщины ее листов в значительной мере зависит ее прочность и срок службы. Из выражений (10.2) следует а = 1, 5Ehnhp /(ВД, (10.3)
при / = l2 = 0, 5L а = 6 Ehnhp /(SL2). Из формул (10.3) и (10.4) следует, что по допускаемому напряжению, прогибу, толщине листов и коэффициенту увеличения прогиба можно вычислить длину рессоры или при заданной длине рессоры получить необходимую толщину ее листов. Ориентировочно можно принять длину передних рессор L = (0, 25...0, 35)La, задних L = (0, 35...0, 45)La (La - база автомобиля). Незначительное увеличение длины рессоры при других постоянных параметрах позволяет увеличить толщину листов, что создает благоприятные условия для работы коренного листа, так как последний воспринимает кроме вертикальных боковые и продольные нагрузки, а также крутящий момент, обусловленный креном кузова. При расчете на прочность листов следует учитывать дополнительные нагрузки, которые передаются через рессору. Рассмотрим зависимую рессорную подвеску, в которой функцию направляющего выполняет упругий элемент. На рис. 10.9 показана схема такой подвески с несимметричной полуэллиптической рессорой. Определим силы, действующие на ушко рессоры, в предположении, что серьга на подвижном конце перпендикулярна к поверхности коренного листа и концы ресссоры расположены на одной высоте. Уравнения равновесия следующие: Ру =Рк, Px(ll+l2) = RJ2+Pkd, P{ll+l2) = RJl-Pkd, где Рх и Р: - вертикальные реакции, действующие
(10.5) где Ok - вес, приходящийся на колесо, kffn - коэффициент перераспределения веса для случая, когда задний мост является ведущим (kдn = 1, 1__ 1, 2).
Максимальная сила тяги Pk = ykn.n0k. Согласно выражениям (10.5) и (10.6) имеем (10.6) Ширину и число листов различной толщины определяют по моменту инерции сечения под центровым болтом I0 =8l? l2 P /(3EhpL). Ширину b листов подбирают по сортаменту проката или устанавливают новую по отношению ширины листа к средней его толщине. Оптимальный диапазон изменения этого соотношения 6 < b / hn < 10. По ширине листов устанавливают их число. При одинаковой толщине листов n = 12Io /(bh3). Если рессоры выполнены из нескольких групп различных по толщине листов, то сначала задаются числом листов в нескольких группах, а число листов в остальных группах подбирают так, чтобы сумма моментов инерции всех листов была равна необходимому моменту инерции Io. Более точный расчет рессоры учитывает различную кривизну листов и фактические условия работы. Материалом для изготовления многолистовых рессор чаще всего используют легированные стали 60С и 50 ХГ. Допускаемое статическое напряжение составляет 300...500 МПа, а максимальное при полной деформации рессоры - 900...1000 МПа.
|
Рис. 10.7. Расчетные схемы однолистовых Рис.10.8. Расчетная схема многолистовой двуплечей рессор: а - прямоугольной постоянной толщины рессоры, составленной из двух однолистовых рессор и ширины; б - треугольной постоянной трапецеидальной формы
