Расчет амортизаторов

5.1 Цель работы: изучить методику расчета характеристик амортизатора и определение его геометрических параметров.

5.2 Теоретическая часть

Устройство, гасящее колебание в подвеске и называемое амортизатором, совместно с трением в подвеске создаёт силы сопротивления колебаниям автомобиля и переводит механическую энергию колебаний в тепловую. На автомобилях широко применяются гидравлические амортизаторы двухстороннего действия: рычажные и телескопические. Телескопические амортизаторы легче рычажных, имеют более развитую поверхность охлаждения, работают при меньших давлениях (2, 5 – 5, 0 МПа), технологичнее в производстве. В силу указанных преимуществ они получили широкое распространение на отечественных и зарубежных автомобилях.

Быстрота затухания колебаний при работе упругих элементов подвески достигается созданием достаточно большой силы Рс сопротивления колебаниям. Эта сила создается межлистовым трением рессор, трением в шарнирах подвески и в основном сопротивлением амортизаторов. В первом приближении силу Рс можно считать пропорциональной скорости V колебаний кузова относительно колеса:

где K_э - эквивалентный коэффициент, оценивающий сопротивление подвески колебаний и в основном зависящий от коэффициента K_a сопротивления амортизатора.

В теории автомобиля оценку затухания колебаний производят по относительному коэффициенту затухания:

(5.1)

где с=P₀/f – жесткость подвески, Н/см;

М=Рр/g - подрессорная масса, приходящаяся на колесо (нагрузка на упругий элемент), кг.

У современных автомобилей колебания кузова происходят с затуханием, соответствующим y =0, 15¸ 0, 35. Для сохранения заданной степени затухания колебаний в подвеске с уменьшением её жёсткости сопротивление амортизаторов также следует уменьшать.

Преобразуя уравнение (5.1), получим формулу для нахождения эквивалентного коэффициента:

(5.2)

где Рр – вес подрессорной части, приходящейся на колесо в статическом положении, Н;

fст - статический прогиб подвески, см.

При заданном эквивалентном коэффициенте сопротивления колебаниям Кэ коэффициент Ка сопротивления амортизатора зависит от его типа и расположения относительно колеса.

Характеристика амортизатора называется зависимость его силы сопротивления от скорости движения поршня относительно цилиндра. Она изображается графически в координатах Ра – Vn. Несимметричная характеристика амортизатора с разгрузочными клапанами показана на рисунок 5.1.

Усилия в амортизаторе Ра определяются для телескопического амортизатора, установленного под углом:

Зависимость силы на штоке амортизатора от скорости относительно перемещения штока и цилиндра рассчитывается в общем случае по формулам:

а) На начальном участке:

где: Рн – сила на штоке амортизатора на начальном участке, Н;

Vn – скорость поршня, см/с;

Кан – коэффициент сопротивления амортизатора на начальном участке до открытия клапана, Н с/см;

n – показатель степени, принимаемый при инженерных расчетах n=1.

б) на клапанном участке:

где: Рн – сила сопротивления амортизатора в момент открытия клапана, Н;

Кан – коэффициент сопротивления амортизатора на клапанном участке, Н с/см;

V¢ n – критическая скорость поршня, соответствующая открытию клапана, V¢ n =20¸ 30 см/с, причем последняя цифра характеризует весьма напряженный режим.

Рисунок 5.1 - Несимметричная характеристика амортизатора с разгрузочными клапанами

Скорость поршня V_n принимается в расчетах равной 50…60 см/с. При значительной скорости колебаний на ходе сжатия и отбоя открываются разгрузочные клапаны (т. 1 и 2 характеристики амортизатора).

Для двухстороннего амортизатора:

где: d - угол наклона амортизатора, d=40⁰;

.

(5.2)

5.3 Пример расчета

Для проведения расчетов, данные берем из таблицы 3 (приложение).

Определим эквивалентный коэффициент по формуле 5.2.

Далее определяем по формуле 5.2, коэффициент сопротивления амортизатора при сжатии.

Отсюда определим коэффициент сопротивления амортизатора при отбое:

Находим силу сопротивления амортизатора в момент открытия клапанов:

Далее найдем Рсжк и Ротбк по формулам:

;

При выборе основных размеров амортизатора пользуются расчетной мощностью Nрасч, с учетомкритической скорости поршня, соответствующей открытию клапана. Мощность, поглощаемую амортизатором, можно подсчитать по формуле:

Зная расчетную мощность амортизатора, можно рассчитать работу L, поглощенную амортизатором за время τ = 1 час и перешедшую в тепло:

Диаметр рабочего цилиндра амортизатора определяется по формуле:

где Р_ам – давление в амортизаторе, равное (2, 5-5, 0)*10 Па;

F_вн – площадь по внутреннему диаметру стенки амортизатора, равная:

F_ш – площадь в сечении по штоку, равная:

d_ц и d_ш – диаметр цилиндра и штока, d_ш = 0, 5 d_ц, м.

В результате преобразований и вычислений получим d_ц = 13^.10^-3м

Наружный диаметр амортизаторов:

D= d_ц + 2δ, м

где δ – толщина стенки, равная 2, 55 мм.

Конструктивную длину амортизатора (ход поршня) найдем по формуле:

где F = 5, 1^.10^-3 м².

Далее проведем расчет амортизатора на прочность.

Запас прочности по напряжениям изгиба: σ _s =σ _τ =1600Мпа; σ _max =700 Мпа,

n_σ = σ _τ / σ _max.

Запас прочности по напряжениям кручения: τ _s= τ _τ =700 Мпа; τ _max =50Мпа,

n_τ = τ _τ / τ _max.

Тогда общий запас прочности будет:

=2.

Рисунок 5.2 – Амортизатор и его основные параметры

5.4 Содержание отчета

5.4.1 Согласно своему варианту (таблица 3, приложение) провести расчеты.

5.4.2 По окончании расчета сделать выводы по запасу прочности и схематично представить амортизатор по примеру рисунка 5.2.

Практическая работа №6 (2 часа)