Расчет параметров подвески автомобиля с учетом поперечно-угловых колебаний кузова Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Русинов, Р.В. Двигатели автомобилей и тракторов [Текст] / Р.В. Русинов, РЮ. Добре-цов.— СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2009.- С. 120.

2. Русинов, Р.В. Сравнительный анализ эффек-

тивности работы дизелей с газотурбинным и механическим наддувом [Текст] / Р.В. Русинов, РЮ. -Добрецов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Наука и образование.— 2010. № 4.

УДК 629.1 1В

Н.В. Семенов, В.Е. Ролле

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ С УЧЕТОМ ПОПЕРЕЧНО-УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА

Расчет параметров подвески автомобиля проводят исходя из обеспечения требуемых норм плавности хода для вертикальных колебаний кузова. Однако нормы плавности хода предусматривают также ограничение поперечных и продольных ускорений. Существенное влияние на снижение колебаний подрессоренной массы в поперечной плоскости оказывает наличие стабилизатора, выбор параметров которого осуществляют исходя из ограничения величины поперечно-угловых перемещений. Увеличение жесткости стабилизатора приводит к увеличению угловой жесткости всей подвески, а как следствие, к росту поперечных ускорений кузова и снижению плавности

хода. Таким образом, при расчете параметров подвески автомобиля необходимо учитывать поперечно-угловые колебания подрессоренной массы.

Для определения угловых колебаний кузова в поперечной плоскости была разработана математическая модель [2] системы подрессорива-ния автомобиля, расчетная схема которой представлена на рис. 1. Данная модель учитывает как силовое воздействие на кузов автомобиля (боковая сила), так и кинематическое воздействие на колеса (неровности дороги). Ввиду принятого при создании модели допущения, что распределение подрессоренной массы автомобиля сим-

Рис. 1. Расчетная схема системы подрессоривания автомобиля для определения поперечно-угловых колебаний кузова (на рис удалены индексы /, г)

4

Машиностроение

метрично относительно продольной оси, колебания в поперечной плоскости независимы от колебаний в продольной плоскости.

На рис. 1 приняты следующие обозначения: о.к. — ось крена кузова автомобиля в поперечной плоскости; у — поперечно-угловые перемещения кузова; <?Л(П) — высота неровностей дороги под левым (правым) колесом.

Передаточная функция системы подрессори-вания при воздействии на кузов автомобиля боковой силы Рб(р) имеет следующий вид:

,У ' А

ш

A = J%.

\р +а1р + а2

-26!

/=1

(к,р + Ск,)

(р2+аир+с121

' (®)=р& К (у®)|'

где Рб — амплитуда боковой гармонической силы; Щ.= — амплитудно-фазо-

вая частотная характеристика поперечно-угловых перемещений кузова при силовом воздействии; ю —частота воздействия; j = лf—l.

Передаточная функция системы подрессори-вания при воздействии дорожных неровностей 9 (р) имеет следующий вид:

'{р) _

9 {/»)

я 1=1 'Т"2:! ^

, я [р1+ахр + а2\-2Ь^ ы [Р +

где

а=

г =

а, =-

11

2/,

-Т.*;

X /=1

/ = 1 /21

2/,.

к,+кш

ам -

т,

(1-ц =

С +Г

к/

т,

Ь =

-

В

их;

В к, 2 пи

821 =-

В СК1- +4 Сст/

2 Вт,

; Лк — плечо крена; МП

подрессоренная масса автомобиля; —момент инерции подрессоренной массы относительно оси крена; Ск/ — жесткость упругого элемента, приведенная к колесу; Сст/ — угловая жесткость стабилизатора; g — ускорение свободного падения; пц — неподрессоренная масса; к1 — коэффициент демпфирования амортизатора, приведенный к колесу; кш — коэффициент демпфирования шин; В — колея автомобиля; / — номер оси; р — оператор дифференцирования.

Если на кузов автомобиля действует боковая гармоническая сила, то амплитуда поперечно-угловых перемещений кузова равна

где пи - % - —• /?;,- /и,-

Таким образом, при движении автомобиля по дороге с гармоническим микропрофилем амплитуда поперечно-угловых ускорений кузова равна

' (®) = 9 Ю2|^(./Ю)| ,

где Ад —разность высот неровностей между левым и правым колесом; М^(ую) = (/>)| , —

амплитудно-частотная характеристика поперечно-угловых перемещений кузова при кинематическом воздействии.

На основании этой модели была уточнена методика расчета параметров подвески автомобиля учетом поперечно-угловых колебаний кузова.

Методика расчета параметров подвески автомобиля с учетом поперечно-угловых колебаний кузова рассмотрена на примере легкового автомобиля среднего класса массой 2400 кг. Цель расчета — определение угловой жесткости передней подвески и стабилизатора (параметры для задней подвески рассчитываются аналогично). Исходные данные, необходимые для расчета:

Параметр

Колея передних колее На, мм Высота центра тяжести hg, м Тип подвески передней подвески

Значение параметра

1560

0,7

168

1032 633

С =

Ч.-ут

где — плечо крена.

Для подвески на двойных поперечных рычагах (при полной загрузке) плечо крена совпадает с высотой центра тяжести. Таким образом, принимаем = = 0,7 м.

Тогда необходимая угловая жесткость передней подвески со стабилизатором равна

_ 0,4-1032-9,81-0,7

у т _ -----------+

на двойных поперечных рычагах

Неподрессоренная масса передней

ОСИ /И), кг

Подрессоренная масса приходящаяся

на переднюю ось Мц я, кг Момент инерции кузова Jx, кг м2 Номинальная угловая жесткость передней подвески без стабилизатора Су я, (Н м)/рад 24630

Коэффициент демпфирования передних амортизаторов ка, (И с)/м 2269

Жесткость шин Сш, Н/м 336688

Коэффициент демпфирования шин передней оси кш (Н с)/м 1064

Угловая жесткость стабилизатора передней оси. Определяем необходимую угловую жесткость передней подвески со стабилизатором исходя из условия, что при воздействии удельной боковой силы, равной ц = 0,4, угол крена не будет превышать 5±0,25 град (0,08726 рад) [1,3]:

0,08726

+1032-9,81-0,7 _ 39573

Н-м

рад '

При этом исходная угловая жесткость стабилизатора определяется разностью между необходимой угловой жесткостью подвески со стабилизатором и угловой жесткостью подвески без стабилизатора, определенной при ее проектировочном расчете:

Сста =Сут - Сув =39573 -24630 = 14943

Н-м

рад

Далее определяются поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова для различных значений угловой жесткости стабилизатора Сст при силовом воздействии на кузов и кинематическом воздействии на колеса [2]. В качестве боковой силы принята центробежная сила, действующая на кузов автомобиля при маневрировании по траектории с радиусом 17,7 м со скоростью 30 км/ч. При данных параметрах боковое ускорение кузова составит 3,9 м/с , т. е. удельная боковая сила будет равна ц = 0,4. Кинематическое воздействие задается разностью высот неровностей дороги между левой и правой стороной автомобиля. Для определения параметров поперечно-угловых колебаний была выбрана булыжная дорога 11 типа с высотой неровностей 0"022м[3].

В табл. 1 представлены результаты расчета в зависимости от относительной жесткости стабилизатора Сст/Сст 0. За номинальную жесткость

Таблица 1

Параметры поперечно угловых колебаний кузова в зависимости от относительной жесткости стабилизатора

Параметр Значение параметра при относительной жесткости стабилизатора Сст/Ссто

0 0,5 1 1,5 2

При повороте (К= 30 км/ч, Я = 17,7 м) Угол крена ' ,град | 10,08 | 5,37 | 3,66 2,78 2,24

При движении Угловые ускорения ' ,1/с ПО ДОРОЖЕ 0,91 ым неровност 1,35 ям (ун= 0,022 1,81 м, /н= 10 м) 2,29 2,82

4

Машиностроение^

стабилизатора Сст 0 принято ранее полученное значение Сст0 = Сста = 14943 Н-м/рад.

По данным табл. 1 построена зависимость поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова (рис. 2). Здесь же отмечены допустимые уровни угла крена ['] и угловых ускорений ['].

Допустимый уровень поперечно-угловых ускорений ['] определяется предельными линейными ускорениями на месте сидения водителя относительно оси крена:

Ш.

град

14 12 10 8 6 4

где [ у ] —допустимый уровень линейных ускорений в поперечной плоскости; ксв — расстояние от оси крена до сидения водителя.

Допустимый уровень линейных ускорений в поперечной плоскости взят по ОСТ 37.001.275— 84. Для булыжной дороги II типа ускорения на месте водителя не должны превышать 0,8 м/с2. Расстояние кс в выбирается исходя из компоновки сидения водителя в автомобиле. В примере принято Асв = 0,6м.

Отсюда допустимый уровень поперечно-угловых ускорений

г..-, 0,8 ,^рад

Из полученных результатов видно, что при номинальной жесткости стабилизатора Сст 0 угол крена не превышает допустимого уровня (точка а рис. 2). Однако ускорения кузова выше допустимого уровня (точка Ь рис. 2). Для снижения угловых ускорений до допустимого значения необходимо уменьшить жесткость стабилизатора. При ее снижении на 42 % угол крена стал равен пре-

Ь, —- У У 1-

У у / / ,, у

/ / [' ]=1,33

..........V У

\ ✓ \ /

(1 1'Н

■а

.. рад

1,5

0,5

0,5

0,58

Сст/Сст0

Рис. 2. Влияние жесткости стабилизатора передней подвески

на поперечно-угловые перемещения (-)

и поперечно-угловые ускорения (---)

дельно допустимому значению (точка й рис. 2), а поперечно-угловые ускорения кузова уменьшились до значения 1,42 рад/с2 (точка с рис. 2). Ввиду отсутствия возможности дальнейшего уменыпе -ния жесткости стабилизатора (будет превышено предельно допустимое значение угла крена) на следующем шаге подбора параметров необходимо уменьшить угловую жесткость самой подвески.

Угловая жесткость передней подвески без стабилизатора. Для определения необходимой угловой жесткости подвески проведены расчеты при различных значениях Су. В табл. 2 результаты расчета представлены в зависимости от относительной жесткости подвески Су/Су 0. За номинальную жесткость подвески Су 0 принято ранее получен-

Таблица 2

Поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова в зависимости от жесткости подвески

Параметр Значение параметра при относительной жесткости подвески Су/Су0

0,6 0,8 1 1,2 1,4

При повороте (У = 30 км/ч, Я = 17,7 м) Угол крена ', град 6,80 5,75 5,00 4,43 3,99

При движени] 'У Угловые ускорения ' ,1/с и по дорожны 0,92 м неровностя 1,16 м (ун = 0,022* 1,42 /[, /н= 10 м) 1,72 2,04

1 55

Рис. 3. Влияние угловой жесткости передней подвески:

на поперечно-угловые перемещения (-)

и поперечно-угловые ускорения (- - -)

ное значение Су0 = Суа = 24630 (Н-м)/рад. При этом в расчетах использовалось скорректированное значение угловой жесткости стабилизатора Сст= 0,58-Сст0 = 0,58-14943 = 8667 (Н-м)/рад.

По данным табл. 2 построены зависимости поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова (рис. 3).

Полученные результаты позволяют сделать вывод: для того чтобы ускорения не превышали

предельно допустимый уровень (точка с рис. 3), угловую жесткость подвески необходимо уменьшить на 7 %. При этом угол крена увеличится до значения 5,24 град (точка dрис. 3), что является приемлемым для заданных условий.

В итоге уточненные параметры подвески следующие:

угловая жесткость передней подвески без стабилизатора

Суа= 0,93-Суо = 0,93-24630 = 22906 (Н-м)/рад;

угловая жесткость стабилизатора передней подвески

Сста = С'ст= 8667 (Н'М)/раД.

Таким образом, угловая жесткость стабилизатора, рассчитанная по уточненной методике, отличается от полученной по общепринятой схеме расчета на 42 %. Это расхождение вызвано тем, что для рассматриваемого легкового автомобиля поперечно-угловые ускорения кузова оказались существенными, что подтверждает необходимость учета ускорений в поперечной плоскости при выборе параметров подвески.

Разработанная методика удобна в инженерном пользовании и позволяет на стадии проектирования обоснованно выбирать параметры подвески. В результате обеспечивается повышение технического уровня разрабатываемых автомобилей, а также снижение времени и затрат на доводку модернизируемых и вновь проектируемых систем подрессоривания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полунгян, A.A. Проектирование полноприводных колесных машин. Т. 2 [Текст]: Учеб. для вузов / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жег-лов [и др.]; Под общ. ред. A.A. Полунгяна. — М.: Изд-во МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2000. - 640 с.

2. Семенов, Н.В. Исследование поперечных

колебаний автомобиля [Текст] / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле, А.Г. Семенов // Автомобильная промышленность. — 2008. №7.— С. 31-33.

3. Тарасик, В.П. Теория движения автомобиля [Текст]: Учебник для вузов / В.П. Тарасик. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 478 е.: ил.

УДК 621.01

НА. Солодилова, И.Б. Челпанов

ТРЕХМЕРНОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМ

В настоящее время наиболее разработаны автоматизированные методы реализации проектных процедур, используемых на этапах создания технического проекта и рабочей доку-

ментации. Автоматизируются в основном рутинные операции: выполнение расчетов, создание конструкторской и текстовой документации.