Файл: Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие.pdf

Рис. XVI1.7. Схемы нагружения рамы и эпюры моментов

492

«вывешивается (движение по разбитой грунтовой дороге, переезд кювета, насыпи под углом). При этом опорные реакции несим­ метричны, и рама работает на кручение.

Момент, закручивающий раму, определяется формулой

где а — угол закручивания рамы на длине, равной базе автомо­ биля; ср — угловая жесткость рамы, Н-м/рад.

Угол закручивания рамы может быть выражен через глубину впадины h

где В — ширина колеи; сп — угловая жесткость подвески, опре­ деляемая из формулы

где В г, В 2 — расстояния между рессорами передней и задней подвесок; сх и с2— жесткости передней и задней рессор; сшх и сша — жесткости шин переднего и заднего колес; В — ширина колеи.

При вывешивании одного колеса момент, закручивающий раму, достигает максимального значения

Мртах= а2^ Р- (XVII.4)

где а 2— расстояние от центра тяжести автомобиля до более на­ груженной оси, опирающейся на два колеса.

На графике, приведенном на рис. XVII.7, в, показаны эпюры моментов, действующих по длине лонжерона рамы двухосного

переднего правого колеса. Как видно из графика, при первом ре­ жиме нагрузки превосходят статические в 2,3 раза, а при втором * режиме в 4,3.

Силы инерции, действующие на раму при разгоне, торможении

иповороте автомобиля сравнительно невелики и обычно не учи­ тываются. Кроме того, на раму передаются усилия от рулевой сошки, тягово-сцепного устройства и амортизаторов. Через под­ веску на раму передаются также горизонтальные силы — тяговая

итормозная. Эти нагрузки учитываются при оценке местной проч­ ности рамы, т. е. тех ее элементов, которые их непосредственно воспринимают.

П р о ч н о с т ь р а м ы п р и и з г и б е оценивается при­ менительно к первому режиму. Рама рассматривается как плоская

493

стержневая система, нагруженная сосредоточенными силами. Криволинейность отдельных стержней, как правило, не учиты­ вается. Расчету подвергается один лонжерон. За расчетную на­ грузку принимают половину всей нагрузки, действующей на раму. Если нагрузка на правый и левый лонжероны в значительной мере неодинаковая, то расчет производится по наиболее нагру­ женному лонжерону.

При расчете на изгиб вертикальные динамические нагрузки определяются путем умножения статических нагрузок .на соот­ ветствующие нм динамические коэффициенты (/ед;). Для определе­ ния динамических коэффициентов величины ускорений подрессо­ ренных масс принимаются на основании экспериментальных дан­ ных.

Действующие на раму статические нагрузки представляют веса отдельных агрегатов, сосредоточенные в их центрах тяжести. Нагрузка от агрегатов, имеющих на раме несколько точек опоры (двигатель, кабина), распределяется по этим опорам в соответствии с расположением их центра тяжести. Вес самой рамы с кронштей­ нами учитывается путем разбивки ее на участки, вес которых при­ нимается сосредоточенным в центре участка.

По величине вертикальных нагрузок, действующих на раму, определяются опорные реакции. При этом рама рассматривается как балка на двух опорах, которыми являются оси автомобиля. Если подвеска автомобиля выполнена на продольных полуэллиптических листовых рессорах, то каждая опорная реакция распре­ деляется на две составляющие, приложенные по концам рессоры к кронштейнам.

Для определения изгибающих моментов используется зависи­

где — эквивалентный момент инерции сечения; у — вертикаль­ ная координата; W — экваториальный момент сопротивления сечения.

При расчете рамы на изгиб предполагается, что нагрузки при­ ложены в центрах изгиба поперечных сечений лонжеронов. В тех случаях, когда действующие силы не совпадают с осью, проходя­ щей через центр изгиба, и вызывают кручение элементов рамы, необходимо определять дополнительные напряжения, вызванные кручением. Так, в местах передачи на раму сосредоточенных на­ грузок от кронштейнов крепления рессор, кабины, запасного

494

К р у ч е н и е ,р а м ы происходит при несимметричном дей­ ствии нагрузки. Лонжеронная рама в этом случае представляет статически неопределимую систему. Степень статической неопре­ делимости определяется выражением

п= 2 ( т — 1),

где т — число поперечин.

Определение неизвестных силовых факторов в общем случае требует решения системы канонических уравнений и представляет трудоемкую задачу. Лонжероны и поперечины в конструктивном отношении представляют тонкостенные профили. Расчет таких профилей на кручение имеет существенные особенности. Попе­ речные сечения стержней при кручении искривляются и стано­ вятся неплоскими, происходит так называемая депланацня. Соеди­ нения поперечин с лонжеронами препятствуют их депланацин. В результате при кручении тонкостенных стержней кроме каса­ тельных напряжений возникают нормальные напряжения стес­ ненного кручения, которые необходимо учитывать. Поэтому расчет рам на кручение базируется на теории тонкостенных профилей [XVII.2,6].

Существуют упрощенные методы расчета автомобильных рам на кручение, учитывающие их характерные конструктивные осо­ бенности.

В работе Д. Б. Гельфгата и В. А. Ошнокова [XVII.3] показано, что стержни автомобильных рам обычно имеют изгибную жест­ кость, во много раз большую, чем жесткость на кручение. На этом основании деформацией изгиба при кручении рамы можно прене­ бречь, считая, что перемещения осуществляются только за счет кручения стержней.

Такое допущение дает возможность все внутренние силовые факторы выразить через один параметр — угол закручивания рамы а или внешний момент Мр и тем самым свести расчет к ста­ тически определимой задаче.

Если раму разрезать по плоскости симметрии и в местах раз­ реза приложить внутренние силовые факторы, то мы получим расчетную схему рамы при кручении (рис. XVII.9), где 1—6 по­ перечины.

Моменты, приложенные к поперечинам, определятся по фор­

где Мр — внешний момент, приложенный к раме [формулы (XVII.2 и 4]; Jni — полярный момент инерции і-й поперечины; / р — приведенный момент инерции всей рамы при кручении.

496

Перерезывающие силы вычисляются по формуле

Рис. XVII.9."Расчетная схема рамы при кручении

Приведенный момент инерции рамы при кручении вычисляется по формуле

Моменты, действующие на участки лонжеронов между попере­

и (XVI 1.8)], действующие на поперечины, вызывают изгиб лонжеро­ нов. Эпюра изгибающих моментов для поперечин определяется перерезывающими силами.

Поломки рам в ряде случаев происходят в местах соединения поперечин с лонжеронами. Часто трещины возникают у края полок лонжеронов. Эти случаи связаны с условиями эксплуата­ ции, которые вызывают значительное закручивание рамы. В нор­ мальных дорожных условиях углы закручивания рамы не пре­ вышают 3—4°. В наиболее тяжелых условиях движения вне дорог они достигают 13— 16°. При этом рама испытывает значительные перегрузки и напряжения в отдельных сечениях доходят до пре­ дела текучести материала.

497