CC BY
54
УДК 629.35
Батищева О.М., Папшев В.А., Родимов Г.А.
ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет», Самара, Россия
МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ПЕРЕДНЕЙ ПОДВЕСКИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБИЛЯ LADA GRANTA
На основе анализа конструкции передней подвески LADA GRANTA показана необходимость усиления жесткости конструкции, а также повышения устойчивости и управляемости за счет установки подрамника. Выполнен прочностной расчет с использованием специального программного обеспечения Ключевые слова:
АВТОМОБИЛЬ, ПОДВЕСКА, ПРОЧНОСТЬ, УПРАВЛЯЕМОСТЬ Поведение автомобиля на дороге, его ездовые
качества в немалой степени определяет конструкция подвески колес. Конструкция подвески оказывает существенное влияние на такие важнейшие характеристики автомобилей, как управляемость на дорогах с различным покрытием, сохранение выбранной траектории движения при разгоне и торможении, стабильность прямолинейного движения, устойчивость автомобиля при поворотах и движения по косогору, комфортность и плавность хода.
В конструкции подвески (рис. 1) можно выделить четыре функциональные группы [3]:
упругие элементы, воспринимающие вертикальную нагрузку, которая возникает при движении колеса по неровностям дороги;
направляющие элементы, обеспечивающие подвижную связь колеса с кузовом и передающие на него усилия, лежащие в горизонтальной плоскости, а также моменты сил, возникающие при торможении колеса и его вращении;
демпфирующие элементы (амортизаторы), поглощающие энергию колебаний кузова относительно колес и повышающие надежность их контакта с дорогой;
стабилизирующие устройства (стабилизаторы), уменьшающие боковой крен и поперечные угловые колебания кузова автомобиля.
Передняя подвеска автомобиля LADA GRANTA -независимая с телескопическими гидравлическими амортизаторными стойками, винтовыми бочкообразными пружинами, поперечными рычагами, двумя растяжками и стабилизатором поперечной устойчивости. Недостатком подвески является недостаточная жесткость конструкции.
Изменить геометрию подвески, улучшить стабилизацию, увеличить колею, и - как следствие -устойчивость и управляемость можно за счет подрамника [2]. По отношению к современному кузову термин «подрамник» означает не несущий элемент автомобиля, а только прикреплённый снизу к передним лонжеронам кузова облегчённый каркас, к которому крепятся детали передней и задней подвески, силового агрегата.
Рисунок 1 - Схемы подвески (а) и стабилизатора (б) поперечной устойчивости: 1 - направляющее устройство; 2 - упругое устройство; 3 - гасящее устройство (амортизатор); 4 - стабилизирующее устройство (стабилизатор)
Проектируемый подрамник должен жёстко связать правую и левую стороны подвески, равномерно распределив нагрузку на кузов.
Модель разработанной модернизированной подвески в виде несущего подрамника для автомобиля LADA GRANTA представлена на рис. 2.
Рисунок 2 - Модель несущего подрамника автомобиля LADA GRANTA
Также разработана конструкция новых рычагов передней подвески, которая позволит отказаться от классического способа их крепления за лонже-
роны и, соответственно, необходимости регулировки угла развала и угла продольного наклона оси поворота колёс. Кроме того, подрамник является дополнительной защитой картера двигателя и коробки передач от различных ударов.
В целях оценки надежности выполнен динамический анализ и прочностной расчет разработанной конструкции.
При трогании с места момент воспринимается подвеской двигателя [1], а приведенную к одному колесу силу тяги ЬА при трогании с места следует рассматривать приложенной в центре колеса как Ь 'а • На рис. 3 приведены реакции, вызываемые силой ЬА в передней подвеске автомобиля.
В подвеске автомобиля сила (рис. 4) Р2=ЬА. Это объясняется тем, что продольные силы может воспринимать только шарнир Р рычага. В наружной части поперечного рычага у колеса закреплена тяга 1, второй конец которой крепится в точке А. Эта тяга не позволяет поперечному рычагу перемещаться вперед или назад под действием продольной силы. В результате в точках А и Р возникает пара сил.
В подвеске создаваемый силой тяги Ьа момент воспринимается диагональной тягой 1, в результате чего силы Р2 и Рх в шарнире Р увеличиваются.
Расчет на прочность производился с учетом найденных сил с использованием программного комплекса SolidWorks Simulation методом конечных элементов.
Рисунок 3 - Реакции в передней подвески автомобиля
Рисунок 4 - Схема сил, действующих в подвеске автомобиля
На рис. 5 приведены результаты прочностного анализа для разработанных рычагов (материал -сталь 3 0ХГСА). Результат расчета представлен на рис. 5.
Рисунок 5 - Результат расчета на прочность конструкции рычага
Из расчета видно, что предел текучести (yield .strength) у данного материала равен 6, 204e+008, а максимальный предел текучести при нагрузках у рычага 4,020e+008, т.е соотношение между значениями не менее полутора единиц - следовательно, деталь выдержит заданные нагрузки.
Далее выполнен расчет на прочность спроектированного подрамника (материал - сталь 14ХГС). Результат расчета представлен на рис. 6.
Model name:Partl Study name:Static 1 (-Default-) Plot type: Static nodal stress Stress! Deformation scale; 41.4S07
ж
n Mis es (N/mA2)
( 2.875e+C08 2,635e+C08 Щ. 2.396e+C08 . 2.156e+CD8
I
►Yield strength: 6.XMe*ooe
Рисунок 6 - Результат расчета на прочность конструкции подрамника
Согласно расчетам предел текучести (yield .strength) у данного материала равен 6, 204e+008, а максимальный предел текучести при нагрузках у
подрамника 2,875е+008. Соотношение между этими значениями не менее полутора единиц - следовательно, подрамник выдержит заданные нагрузки.
Вывод. На основе выполненного расчета нагрузок, приходящихся на переднюю ось автомобиля LADA GRANTA, сконструированы несущий подрамник и рычаги передней подвески. Моделирование элемен-
тов конструкции выполнялось при помощи программного комплекса K0MnAC-3D, а расчет на прочность при предельных нагрузках производился в программном комплексе SolidWorks Simulation.
ЛИТЕРАТУРА
1. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Элементы подвески / Под ред. Г.Г. Гридасова. - М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.
2. Растяжки и каркасы. Автомобильный портал In-Drive.Ru [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://in-drive.ru/3231-rastjazhki-i-karkasy-ukrepljaem-kosti.html (дата обращения 15.02.2018)
3. Упругие элементы подвески [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://dmitry1952-titarenko■narod■ru/olderfiles/1/Uprugie jelementy podveski.pdf (дата обращения 15.02.2018)
человека, точностью и скоростью рабочих движений, перемещением участков одежды относительно тела при движении, темпом движений.
/- | 1
1
32 АЦП 0
1—1
УДК 621.757
Папшев В.А., Лаптева А.В.
ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет», Самара, Россия
СИСТЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Существующие и разрабатываемые в настоящее время автоматизированные системы научных исследований позволяют выполнять научно-исследовательские работы в различных научных направлениях, в том числе и в научных исследованиях показателей качества продукции легкой промышленности (например, эргономических свойств одежды). В данной работе предложена концепция построения виртуального измерительного комплекса.
Ключевые слова:
КАЧЕСТВО, НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Известно, что для построения автоматизированной системы сбора и обработки данных кроме персонального компьютера необходимы датчики физических величин, интерфейсное устройство в виде аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и программное обеспечение, позволяющее обрабатывать получаемую информацию, сохранять ее в требуемом виде и соответствующим образом интерпретировать [1,2].
Преобразование физических переменных в выходные электрические сигналы осуществляют измерительные преобразователи (датчики), однако данные обычно бывают представлены в аналоговой форме и прежде чем они вводятся в персональный компьютер, данные должны преобразовываться в цифровую форму. Преобразование обычно осуществляется с помощью таких компонентов, как усилители, фильтры, схемы выборки хранения, мультиплексоры и аналого-цифровые преобразователи.
Предлагаемая концепция построения виртуального измерительного комплекса позволяет создать на базе персонального компьютера систему сбора и обработки измерительной информации и моделирования различных параметров физических процессов, протекающих в системе «человек-одежда», тем самым персональный компьютер превращается в мощный измерительный комплекс.
Для сбора информации с внешних устройств в настоящем исследовании был использован 12 разрядный АЦП типа ЛА-2USB-12 (Россия), позволяющий подключать до 32 однополюсных каналов к порту USB компьютера. Были использованы каналы для измерения усилия, линейных перемещений и другие.
Общий вид автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) с использованием датчиков, АЦП и персонального компьютера представлен на рисунке 1.
Вместе с тем, в настоящее время обеспечение качества продукции имеет огромное значение, носит комплексный характер и охватывает всю систему производства и потребления продукции.
Показатели качества, функциональности, уникальности, а также мода на одежду и обувь могут быть различными и определяются в основном ее назначением и требованиями рынка. В последние годы наиболее важным считается показатель комфортности одежды и обуви в системе «человек -изделие - окружающая среда», характеризующийся ее эргономическими свойствами. Известно, что для эргономических свойств одежды первостепенное значение имеет ее антропометрическое соответствие размерам и форме тела человека, зависящее от геометрических размеров и формы изделия на различных участках.
Динамическое соответствие одежды размерам тела человека характеризуется: степенью ограничения движений человека и напряженностью участков одежды. Степень ограничения движений человека оценивается: размахом движений рук одетого
Рисунок 1 - Автоматизированная система научных исследований: 1- персональный компьютер, 2- АЦП ЛА-2USB-12, 3- блок первичных преобразователей
Для определения внешнего и внутреннего динамического соответствия одежды с телом человека известны способы и устройства, основанные на применении контактного и бесконтактного методов измерений. Недостатком является то, что каждый из них предназначен для измерения либо только внутреннего, либо только внешнего показателя динамического соответствия.
На комфортность одежды, улучшение самочувствия человека, удовлетворение его физиологических потребностей значительное влияние оказывают такие свойства материалов, как гибкость, упругость и такие характеристики, как жесткость, драпируемость, сминаемость, несминаемость, растяжимость при нагрузке меньше разрывной, предельное растяжение, предельная нагрузка. Эти свойства связаны между собой и характеризуют соответствие размеров, формы, цвета изделия, взаимного расположения его частей антропометрическим, физиологическим, психологическим требованиям и при этом обеспечивают удобство изделия, оптимизацию физической и психофизической нагрузки на человека.
Подобную взаимосвязь можно проследить на примере давления, которое оказывает одежда на человека. Известно, что давление зависит от свойств материала. С увеличением жесткости и толщины оно увеличивается и уменьшается с увеличением относительного удлинения пакета материалов и влажности. Многократное сжатие материалов сопровождается накоплением в них остаточных деформаций, которые способствуют изменению толщины материалов и приводят к сминаемости материала. Уменьшение толщины материала, в свою очередь приводит к снижению исходной пористости, увеличению средней плотности материалов, что
