Проверочный расчет на прочность резинометаллических шарниров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Восточно-сибирский государственный университет технологий и управления

(ФГБОУ ВПО ВСГУТУ)

Кафедра «Автомобили»

Реферат

По дисциплине: «Автомобильные шины»

На тему: «Проверочный расчет на прочность резинометаллических шарниров»

Выполнил: студент гр. - Б.431

Хобраков А.М

Проверил: Барадиев В.С

Улан-Удэ 2013

Содержание

Введение

1. Состав резинометаллических шарниров

2. Исходные данные

3. Материалы

4. Конструкция и характеристика резинометаллического шарнира

5. Определение статической нагрузки на одно колесо подвески

6. Влияние резинометаллических шарниров на жесткость рычажной подвески

7. Проверочный расчет сайлентблоков на прочность

Заключение

Список использованных источников

Введение

Сайлентблок представляет собой узел, состоящий из двух металлических втулок и упругой вставки (чаще всего резиновой) между ними. За счет этого элемента происходит гашение колебаний и дребезжаний в соединениях деталей. На сайлентблок приходится львиная доля ударных нагрузок, получаемых подвеской. Ему приходится сдерживать значительные деформации одновременно в различных плоскостях и направлениях. Он должен обеспечивать не только угловую, но и радиальную и осевую податливость. Эластомеры- это полимеры, обладающие в диапазоне эксплуатации высокими эластичными свойствами. Обычно в качестве эластомера в резинометаллических шарнирах используется полиуретан.

Рисунок 1 Резинометаллический шарнир

Автомобиль не может обойтись без сайлентблоков, это:

· -Сайлентблоки рычагов передней подвески

· - упругие узлы крепления амортизаторов

· - элементы крепления реактивных тяг

· -элементы крепления стабилизатора поперечной устойчивости

· -опоры балок крепления двигателя и коробки передач

· -сайлентблоки штанг задней подвески

На сайлентблоки рычагов и штанг подвески приходится больше всего нагрузок, поэтому они выходят из строя чаще. Сайлентблоки выдерживают до100--200 тысяч километров эксплуатации. Но на практике из-за экстремальных дорожных условий срок службы сильно сокращается. Сайлентблок, при своей малозаметности и простоте является важной деталью подвески автомобиля и играет не последнюю роль в ней.

Сайлентблок служит для соединения деталей подвески и гасит вибрации, передаваемые от одной детали к другой. Он состоит из 2 металлических втулок, между которыми находится резиновая вставка. В процессе движения сайлентблок постоянно подвергается сильным нагрузкам и деформации.

Сайлентблоки используются как в передней части автомобиля, так и в задней. Несвоевременная замена сайлентблоков приводит в преждевременному выходу из строя более важных и дорогих деталей и узлов автомобиля, разрушению посадочных мест. Кроме того при движении на скорости автомобиль будет постоянно уводить с траектории.

Состояние сайлентблоков можно контролировать самостоятельно. Сначала производится осмотр детали. Это позволяет убедится в ее целостности либо наличии на ней каких-либо дефектов. Наиболее часто дефекты появляются на резиновой втулке: ее вспучивает, она может треснуть, на ней может отслоиться резина. После визуального осмотра следует проверить люфт в сайлентблока.

Однако не все сайлентблоки владелец автомобиля способен заменить сам. Для замены деталей в узлах креплений коробок передач и двигателей необходимо обратиться к специалистам. Это объясняется тем, что операции эти трудоемки и требуют применения специального оборудования. Самостоятельность в их замене может стоить очень дорого.

1. Состав резинометаллических шарниров

автомобиль сайлентблок резинометаллический шарнир

Резинометаллические шарниры изготовлены из предварительно напряженного эластомера, что достигается с помощью пластической деформации (калибрования) внутренней втулки или обоймы после вулканизации. Поэтому, при радиальной нагрузке, в допустимых пределах, резина только незначительно работает на растяжение. Срок службы при этом, существенно увеличивается. Так как, за счет вулканизации, сцепление между резиной и металлом очень прочное, между ними при нагрузке не возникает скольжения. А вследствие небольшой предварительной деформации резины в обойме, посадка у них более надежная.

Резинометаллические шарниры не требуют технического обслуживания, так как вода и грязь практически не оказывают влияния на их свойства, и, в отличие от подшипника скольжения, они не нуждаются в смазке. Они обеспечивают шумоизоляцию благодаря эластомерному слою, и компенсируют допуски изготовления других конструкционных элементов. Типичным случаем применения сайлентблоков являются эластичные карданные шарниры на вибрирующих храповых механизмах или эластичные опоры для валов, осей и рулевого управления. При применении сайлентблоков для связи элементов конструкции с «почти замкнутой силовой системой» используют различную жесткость сайлентблоков в различных направлениях.

2. Исходные данные

В = 2,8 м. - база подвески;

1= 0,4 м.- длина нижнего рычага;

2= 0,24 м.- длина верхнего рычага;

С = 44600 Н/м - жесткость подвески;

m1 = 855 кг.- масса автомобиля приходящаяся на переднюю ось.

3. Материалы

Втулки сайлентблоков изготавливаются из стали марки 7-НО-68-1 ГОСТ 252-53.Контактирующие с резиной поверхности металла должны обладать высокой чистотой поверхности. Марка резины 7-6-163 ГОСТ 25105-82. Для улучшения сцепления между резиной и металлом и создания в резине предварительного натяжения шарнир вулканизируют в пресс-форме.

Стойку отливают из чугуна марки СЧ12.

4. Конструкция и характеристика резинометаллического шарнира

Развитием конструкции резинометаллических втулок являются резинометаллические шарниры. Цилиндрические шарниры представляют собой подшипниковый узел (рисунок 1), наружная и внутренняя посадочные поверхности, которого образованы металлическими втулками; между втулками плотно запрессован резиновый цилиндр. Между резиной и металлом создается давление около 30 кг/смІ, что при коэффициенте сцепления 0,7 обеспечивает передачу напряжений сдвига до 20 кг/смІ. Внутреннюю обойму можно повернуть по отношению к наружной на угол до 40° без нарушения сцепления. Шарниры этого типа обладают большой радиальной и осевой жесткостью и допускают лишь незначительные углы перекоса.

Опыт изготовления таких шарниров показал, что контактирующие с резиной поверхности металла должны обладать высокой чистотой поверхности; шероховатые и рифленые поверхности оказываются менее пригодными. Иногда для улучшения сцепления между резиной и металлом и создания в резине предварительного напряжения шарнир вулканизируют в пресс-форме.

Рисунок 2 Резинометаллический цилиндрический шарнир

5. Определение статической нагрузки на одно колесо подвески

Определим нагрузку на переднюю ось:

G1= m1•g [Н] (1)

G1= 855•9,81 = 8387,55 [Н]

Нагрузка, приходящаяся на одно колесо, будет определяться по формуле:

G = G1/2 [Н] (2)

G = 8387,55/2 = 4193,77 [Н] (3)

6. Влияние резинометаллических шарниров на жесткость рычажной подвески

В общем случае подвеска может иметь резинометаллические шарниры во всех

Жесткость резинометаллических шарниров, отнесенная к колесу автомобиля, может быть определена из следующих соображений. Если обозначить через Тк ту часть полной вертикальной силы на колесе, которая расходуется на деформацию резиновых шарниров, то при перемещении колеса в вертикальном положении на величину dsк, баланс работы может быть выражен уравнением:

Tк•dsк = Ма•dца + Мb•dцb + Мd•dцd + Мe•dцe (4)

Дифференцируя уравнение (4), получим уравнение жест к ости подвески:

=?+?+?+?+?(5)

где Ma, Мb, Мd, Мe - скручивающие моменты, действующие соответственно на шарниры А, В, D, Е;

ца, цb, цd, цe- углы закручивания резиновых шарниров, расположенных соответственно в точках А, В, D и Е.Жесткость резинового шарнира (при закручивании) может быть определена из уравнения:

?G?b?[Н•м] (6)

где G - модуль упругости резины второго рода;

G = 35·10і - Н/мІ при твердости резины (по Шору) 30- 60;

bz - длина резиновой втулки;

Dн и Dвн - соответственно наружный и внутренний диаметры резиновой втулки.

Определим жесткость шарниров A и D:

?G?b?[Н•м] (7)

Так как размеры резинометаллических шарниров одинаковы можно сделать вывод:

Н·м ? [Н·м] (8) Величину для любого шарнира подвески целесообразнее всего определять из выражения:

·=[Н·м] (9)

где Pхш - сила, создающая момент, скручивающий шарнир;

- плечо приложения силы Рхш (Рис.2).Расчетные формулы для определения величины для вариантов.

Отношение сил определяется построением соответствующих силовых треугольников. Для определения силы Ра откладываем в определенном масштабе вертикально расположенную силу Тк. Через ее верхний и нижний концы проводим линии, соответственно параллельные силе Ра и реакции Qн, действующей вдоль нижнего рычага.

Рисунок 4 Силовой треугольник для определения силы Pa

Из силового треугольника видно:

=0,61

Так как = G = 4193,77 Н., то сила скручивающая шарнир А будет вычисляться по формуле:

= G/0,61 [Н] (10)

= 4193,77/0,61= 6875 [Н]

Для определения силы Рd строим аналогичный силовой треугольник. Через верхний и нижний концы силы Тк проводим соответственно линии, параллельные оси верхнего рычага и силе Рd, которая, проходя через шарнир Е на плече ld создает момент, скручивающий резинометаллический шарнир D.

Рисунок 5 Силовой треугольник для определения силы Рd.

Из силового треугольника видно:

=0,39

Сила, скручивающая шарнир D будет вычисляться по формуле:

Рd= G/0,39 [H] (11)

Рd= 4193,77/0,39= 10753,3 [Н].

Геометрическими вычислениями находим, что плечо la=0,203 м., а плечо ld= 0,257 м.

Подставляя полученные значения в формулу (6) найдем деформацию шарниров А и D:

=[]

= []

Величина момента Мш, скручивающего резино-металлический шарнир, для любого положения колеса может быть подсчитана по формуле:

=- (12)

где - угловая деформация резинового шарнира, измеряемая от его нейтрального положения.

Величина для шарниров А и D может быть определена по изменению угла между осями вертикальной стойки и соответствующего рычага. Нейтральное положение зависит от того, в каком положении подвески были зажаты или установлены втулки резино-металлического шарнира. Поэтому в дальнейших расчетах следует учитывать, что упругий момент шарнира может иметь и положительное и отрицательное значения, в зависимости от того, в какой области относительно нейтрального положения происходит деформация шарнира. Если при перемещении колеса вверх относительно кузова автомобиля момент, скручивающий шарнир, возрастает, то он будет иметь положительное значение; если убывает, - то отрицательное. Знаки моментов следует учитывать при подстановке в формулу (4).

Определим угловую деформацию шарниров А и D в статическом режиме:

=/=1,76

=/=/=2763,59/795=3,48

Определим величины: :

Жесткость подвески после установки резино-металлических шарниров будет находиться из следующего выражения:

С==[] (13)

Из данного анализа можно сделать вывод, что жесткость подвески увеличилась в 1,2 раза.

7. Проверочный расчет сайлентблоков на прочность

(14)

где Т-момент, скручивающий сайлентблок;

Заключение

При сильном износе сайлентблоков может появиться увод автомобиля на скорости. Т.е. автомобиль будет как бы швырять из стороны в сторону. Еще один неприятный признак износа резинометаллических шарниров - это неравномерный износ покрышек. Вообще-то, неравномерный износ шин говорит о неправильном сходе-развале, что в свою очередь может намекать на неисправность подвески автомобиля. Также следует помнить, что после замены сайлентблоков на новые следует восстановить углы схождения и развала колес. К слову, данную операцию следует делать при любом вмешательстве и ремонте подвески автомобиля. Сайлентблоки получили самое широкое применение в автомобильной промышленности. Они встречаются как в передней подвеске автомобиля, для крепления рычагов, стабилизатора поперечной устойчивости, реактивных тяг, так и для крепления штанги в задней подвески. Также резинометаллические шарниры применяют для крепления амортизаторов, коробки передач, двигателя. За всеми этими резинометаллическими шарнирами нужен постоянный и своевременный контроль.

Список используемых источников

1.Успенский И.Н.Мельников А.А. Проектирование подвески автомобиля М.,1976

2.Гаспарянц Г.А Конструкция, основные теории и расчеты автомобиля М.,1978

3.Ротенберг Р. Подвеска автомобилей, М.,1980

Размещено на Allbest.ru