Установка к лабораторному практикуму по исследованию динамической нагруженности подвески автомобилей Текст научной статьи по специальности «Физика»

ВОПРОСЫ ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ОБЛАСТИ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 624.04:534(075)

УСТАНОВКА К .ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ

ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЕЙ

В.И. Кычкин, Н.К. Иванов, И.Э. Шаякбаров

Описана разработанная модель стенда для проверки амортизаторов на динамические нагрузки, сформулирована задача исследования сил инерции подрессоренных масс при движении колеса по неровностям. Предложена схема лабораторной установки, выполнено изготовление основных элементов и представлены математические модели. Составлены уравнения профилей некоторых неровностей и исследованы параметры, от которых они зависят. Построен график зависимости сил инерции от параметра неровности у.

Ключевые слова: стенд, амортизатор, динамические нагрузки.

При наезде автомобиля на неровность дороги (яма или выпуклость дороги) на амортизаторы автомобиля в большей степени действуют поперечные силы, которые пагубным образом влияют не только на работу самих амортизаторов, но и на другие узлы автомобиля. Для ослабления данного эффекта необходимы грамотный и подробный расчёт параметров амортизаторов, что повысит способности данной системы противостоять воздействиям внешних сил, создавая при этом комфорт и безопасность [1]. В реальной жизни вопросами амортизации занимаются серьезно. Амортизаторы позволяют удерживать машину на поворотах, обеспечивают эффективное торможение, увеличивают безопасность, повышают комфорт пассажиров. Эти важные факторы побудили создать установку, показывающую динамические нагрузки на амортизаторы, для использования ее в учебном процессе. В настоящей работе рассматривается динамическая задача движения одиночного колеса через препятствие в плоской математической модели.

Форма неровности может иметь различный вид: прямая, часть окружности, обратная окружность, гипербола, парабола и так далее.

Применяя метод составления дифференциального уравнения вертикальных колебаний подрессоренной массы [2], в соответствии с рис. 1 запишем профиль неровности в виде

у = Л(1- е_ух),

где х = V * £ - скорость автомобиля в горизонтальном направлении; И -максимальное значение высоты препятствия; у - характеристика неровно-

Из этого уравнения следует:

х = О У = О

[е_ух << 1 у = /I

Рис. 1. Расчетная схема

Из схемы видно, что абсолютная вертикальная координата равна:

у, = /1(1 - е_ух) + I.

Переносное вертикальное ускорение

аъ = -ку2У2е~г™.

Переносная сила инерции при этом

Лр = тку2У2е~Уу\ где т - подрессоренная масса, м; ? время, с.

Дифференциальное уравнение относительного движения массы тд = —сд + тНу2У2е~Ууг.

Численные эксперименты осуществлены при исходных данных: /77=400 кг; /7=0,05 м, /=0,1 с, У= 30 км/ч = 8,33 м/с, где т - масса; И - максимальная высота неровности; / - время реакции амортизатора; V - скорость движения.

Полученные данные сведены в таблицу.

Численные эксперименты

№ п/п т, кг 11, м V, м/с Пс Параметр неровности у у2 Сила инерции 1,Н

1 400 0,05 8,33 од 0 0 1 0

2 400 0,05 8,33 од од 0,01 0,92 12,76

3 400 0,05 8,33 од 0,2 0,04 0,84 46,99

4 400 0,05 8,33 од 0,3 0,09 0,77 97,28

5 400 0,05 8,33 од 0,4 0,16 0,71 159,12

6 400 0,05 8,33 од 0,5 0,25 0,65 228,75

7 400 0,05 8,33 од 0,6 0,36 0,60 303,08

8 400 0,05 8,33 од 0,7 0,49 0,55 379,55

9 400 0,05 8,33 ОД 0,8 0,64 0,51 456,12

10 400 0,05 8,33 ОД 0,9 0,81 0,47 531,14

11 400 0,05 8,33 ОД 1 1 0,43 603,32

На рис. 2 показаны составляющие силы инерции у2 и е .

2 —'/VI

У У = Г и У = е

>' =

/ У = г

О 2 Л б в 10 12 14

Рис. 2. Сравнительные графики влияния параметра у

На рис. 3 приведены результаты расчета силы инерции. Рассмотрим профиль, заданный параметрами окружности х2 +

+у2 = Я2 (рис. 4). Из данного выражения следует: у = л//?2 — х2. Если подставить х = V * то получаем

у = д/Д2 - (V* О2. Продифференцировав данное уравнение, запишем

. _ 1 {-2V2t)

У ~ 2 VP^PP '

у ^ = /00

700 600 500 400 300 200 100 О

О

Рис. 3. Зависимость силы инерции от параметра неровности у

У

Рис. 4. Неровность в виде части окружности

Продифференцировав повторно, определяем ускорение груза:

.. _ -V2 V2t{-2V2t)

У ~ СR2-V2t2) 2J(R2-V2t2f '

у = R * cosa или у = R * cosa, но

R = yly2 + (R-x)2o, у2 = R2 - (Я -х)2,

если х=0, то у=0,

если х=Я, то:

у2 = Я2 — (Я — Я)2, у=К Предполагаем, что х = V * в результате

у2 = я2 - (я - V * О2 = я2 - я2 + 2яуг - уЧ2,

у = л/2 яуг-уч2.

На основании полученных уравнений и данных была создана модель учебного стенда. При этом были реализованы схема вращающегося диска с неровностью (рис. 5) и рабочая модель (рис. 6).

Датчик ускорения

Рис. 5. Структурная модель установки

Рис. 6. Внешний вид установки

95

Установка состоит из рамы, на которой установлена платформа 1 с вращающимся механизмом 2, приводимым в движение электродвигателем 4 через ременную передачу. На пластине механизма устанавливается насадка, имитирующая неровность дороги. Перпендикулярно пластине установлен прототип амортизатора 3, закрепленный в удерживающем элементе рамы. Для ускорения высчитывания необходимых для расчетов параметров на установке закреплены датчик ускорения 5 и датчик оборотов 6.

Данная установка работает по следующему алгоритму: запускается двигатель и датчик оборотов считывает число оборотов диска с искусственной неровностью. Эти данные передаются на компьютер, в котором по этим оборотам высчитывается линейная скорость движения колёса. Одновременно с этим начинает движение прототип амортизатора, выполняя возвратно-поступательное движение перпендикулярно оси дороги. К массе, закрепленной на конце амортизатора и имитирующей подрессоренную массу, прикреплен датчик ускорения, считающий ускорение перемещения груза, а, следовательно, и штока амортизатора. Эти данные также поступают в компьютер, где определяется сила воздействия на амортизатор путём умножения массы груза на ускорение.

В результате выполненных исследований получены аналитические выражения сил инерции, действующих на подрессоренную массу. Приведены результаты расчетов влияния параметров неровностей на величину силы инерции. На основании полученных данных можно сказать, что, подбирая данный коэффициент, можно получить наиболее оптимальную форму неровности, при которой влияние сил инерции подрессорных масс на остальные агрегаты АТС будут минимальными, что существенно увеличит срок службы автомобиля, а также обеспечит безопасность и комфортность вождения. Предложена установка для экспериментальных исследований динамической нагруженности подрессоренной массы, рекомендуемая для лабораторных занятий по динамике машин. Данный стенд отличается небольшими финансовыми затратами и несложным изготовлением.

Список литературы

1. Тур Е.Я. Устройство автомобиля: учебник для учащихся автотранспортных техникумов. М.: Машиностроение, 1991. 352 с.

2. Пановко Я.Г., Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1971. 240 с.

Кычкин Владимир Иванович, канд. техн. наук, доц., kychkin.atm@yandex.т, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Иванов Никита Константинович, студент, nikitaivanov59@mail. т, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

96

Шаякбаров Ильнур Эльмарович, студент, schayakbaroff.iln@,yandex.com, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

INSTALLING A LABORATORY PRACTICAL WORK ON THE STUDY OF DYNAMIC LOADING OF THE SUSPENSION VEHICLES

V.I. Kichkin, N.K. Ivanov, I.E. Shayakbarov

This article describes a model developed by the booth to check the shock absorbers on the dynamic loads, formulated research problem sprung mass inertia forces while driving wheel of irregularities. The scheme of the laboratory equipment manufacturer fulfilled the basic elements and mathematical models. Equating profiles some irregularities are investigated and the parameters on which they depend. The schedule of dependence of inertial forces on the parameter roughness y.

Key words: stand, absorber, dynamic loads.

Kichkin Vladimir Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, kych-kin. atmayandex. ru, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm,

Ivanov Nikita Konstantinovich, student, nikitaivanov59@mail. ru, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm,

Shayakbarov Ilnur Elmarovich, student, schayakbaroff.ilnayandex. com, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm