Торсионы

Нормальная реакция колеса с дорогой

Торсионы широко используются в независимых подвесках. Их основными преимуществами являются высокая энергоемкость, оптимальная компоновка, защищенность от механических
повреждений, возможность регулирования высоты кузова. По заданной компоновке и размерам элементов направляющего устройства (рычагов) можно рассчитать параметры торсиона: диаметр d для стержней круглого сечения и рабочую длину L стержня (без шлицевых головок).

Для двухрычажной подвески с одним торсионом (рис. 10.10) максимальный момент на валу упругого элемента

Мшх =М_ст(Р_тах /(р_ст, _ РЧ момент от действия статической нагрузки

Рис.10.10. Расчетная схема двухрычажной подвески с одним торсионом

М_ст =P_cmr₂ cos а, где ф_ст, < p_max - соответственно статический и максимальный углы закрутки упругого элемента, P_cm - вертикальная сила, действующая на рычаг подвески при статическом нагружении, r₂ - длина нижнего рычага, а - угол наклона рычага.

Пренебрегая другими видами деформаций, торсионы рассчитывают на кручение. Диаметр стержня

d=3/^

» ^п[т], (10.7)

где [т] - допускаемое касательное напряжение ([т] = 850...950МПа).

Максимальный скручивающий момент

Mmax = W[T], Mmax = I _p? mJG / L, (10.8)

где W = nd³/16 - полярный момент сопротивления сечения торсиона, I =nd⁴/32- полярный момент инерции сечения стержня, G - модуль сдвига материала торсиона.

Из равенств правых частей выражений (10.8) можно получить формулу для определения рабочей длины вала упругого элемента

L = 0, 5dG^max/[T]

Максимальный момент при скручивании пучкового торсиона с круглыми стержнями (рис.10.11, а)

k V (6EIy sin 0, 5фп

2

к I ij Pj

■ I' j=0

рт max

Mmax =

+

L2

L

(10.9)

j =0

 

где ij - число прутков в ряду, j - номер ряда в пучке торсиона (при j = 0, i₀ = 1, р₀ = 0), E - модуль упругости материала стержней торсиона, I_y = nd⁴ /64- осевой момент инерции сечения прутка, ^pj - расстояние между осями стержня и симметрии пучка.

 

а) б)

2

Рис.10.11. Схема торсиона: а - пучкового; б - пластинчатого Подставляя в выражение (10.9) I_р и I_y, получим выражение для определения диаметра прутка d = 2 ₂ -— _. (10.10)

²

8 \

j=0

⁰ⁿ< Prnax^Lp I ⁱj + ^{3EnSin0, 5}^max I ⁱj Pj

j=0

 

Напряжения в стрежнях пучка торсиона следует определять по пруткам, расположенных на периферии, так как кроме кручения они испытывают изгиб. Максимальные напряжения прутка: касательное

^Tmax = ^{0, 5dG}^max^{/ L},

изгиба

^amax = ^3EdPj S^{in0, 5}^max ^{/ L}',

суммарное

^a! max = V^aix + ^3Tmax. (10.11)

Если известны конструктивные параметры пучкового торсиона Pj, j, то, задаваясь максимальным напряжением а_ъmax, углом закрутки p_max и решая совместно уравнения (10.10) и (10.11),

определим диаметр прутка d и рабочую длину L торсиона. Допускаемые напряжения для пучкового торсиона значительно выше. Чем для торсиона круглого сечения, и составляют 1000...1300 МПа.

Расчет пластинчатого торсиона (рис. 10.11, б), имеющего г пластин, основан на применении выражений для момента инерции I_k и сопротивления W_k сечения пластины при кручении, которые справедливы при отношении h / b = m > 4:

W_k = (m - 0, 63)b³/3,

I_k = (m - 0, 63)b⁴/3. ⁽¹⁰¹²⁾

Из системы (10.12) можно определить b = ^3W_k /(m - 0, 63).

По максимальному касательному напряжению на длинной стороне пластины и числу г пластин можно определить момент сопротивления W_k = M_max/(lT_max) и рабочую длину пластины

^L = ^GIJVmax ^{/ M}max = ^G^max ^{/ T}max ■

Диаметр головки торсиона d_r = (1, 2...1, 3)d, длина l_r = (0, 9...1, 3)d. Изготавливают торсионы из рессорно-пружинных сталей типа 50ХФА и 45НХМФА.