Проектирование автомобиля ГАЗ

 

 

 

 

Рис. 6. Дифференциал.

     Для проектируемого автомобиля выбираем симметричный, шестеренчатый неблокируемый дифференциал. Недостаток такого дифференциала колесо, стоящее на дороге с малым сцеплением, буксует, а колесо, стоящее на дороге с большим сцеплением, неподвижно. Способы устранения отрицательного влияния дифференциала на проходимость: применение дифференциалов с повышенным внутренним трением, принудительная блокировка дифференциала.

Коэффициент блокировки дифференциала.

К_δ = 1.

КПД передачи:

η_n = 1- К_δ *B/2R = 1-1*1, 7/2*3, 8 = 0, 09.       (2.23)

В – колея ведущих колёс, м;

R – радиус поворота центра ведущей оси автомобиля, м.

Для определения числа  сателлитов (числа зубьев) воспользуемся существующими конструкциями дифференциалов и выбираем оптимальные значения.

Принимаем:

число сателлитов 4;

число зубьев сателлитов 10;

внутреннее передаточное число 1, 5.

 

 

 

2.6. Привод к ведущим колёсам.

  Для автомобилей с небольшим полным весом (легковые и грузовые малой грузоподъемности) обычно применяются полуразгруженные полуоси, так как эта конструкция в данном случае позволяет облегчить и удешевить ведущий мост . Полуразгруженной полуосью называют полуось, которая передает крутящий момент и воспринимает значительную часть изгибающих усилий. Полуось вращается в шариковом подшипнике, установленном внутри ее кожуха. На наружном конце полуоси имеется фланец, выполняющий роль ступицы колеса. Противоположный конец полуоси шлицами соединен с шестерней полуоси.

  Обычно выполняют  эвольвентные шлицы. Материал  полуосей сталь 30ХГС, 40ХМА и  40Х   

3. ХОДОВАЯ ЧАСТЬ  АВТОМОБИЛЯ.

 

3.1. Несущая система.

     В качестве  несущей системы (остова) проектируемого автомобиля выбираем кузов. Он воспринимает все нагрузки, возникающие при движении автомобиля. Несущий кузов состоит из отдельных металлических деталей, сваренных друг с другом для создания кузова и общей структуры автомобиля, т.е. без отдельной рамы.

Двигатель, трансмиссия и  детали подвесок укреплены на дополнительных подрамниках и/или усилительных элементах в нижней части кузова. Эти подрамники и усилительные элементы придают дополнительную прочность  кузову, исключая необходимость отдельной  рамы и облегчают автомобиль.

 

3.2. Подвеска.

     Подвеска соединяет  раму или кузов с агрегатами  ходовой части, воспринимает динамические  нагрузки со стороны дороги, обеспечивает  плавность хода автомобиля. К  подвескам предъявляются следующие  требования: обеспечение оптимальных  частоты колебаний кузова и  амплитуды затухания колебаний; противодействие крену автомобиля при повороте, разгоне и торможении; простота устройства технического обслуживания, надёжность.

 

 

 

 

 

 

Передняя подвеска.

 

 

Передняя подвеска автомобиля ГАЗ-3110 - независимая, шкворневая, пружинная, рычажная (с поперечным расположением рычагов), с двумя телескопическими амортизаторами двухстороннего действия, смонтирована на съемной поперечине и представляет собой самостоятельный узел.

Для поглощения и уменьшения дорожных вибраций рычаги подвески соединены с осями, закрепленными на поперечине рамы, через резиновые втулки 6 и 9, не требующие смазки. В резиновые втулки запрессованы распорные втулки, которые зажимаются на верхних осях гайками 3, а в нижних -пальцами 8 с самотормозящей резьбой. Качание рычагов происходит только за счет деформации резиновых втулок без проскальзывания между резиной и металлом, а также без поворота металлических распорных втулок на осн, для чего гайки 3 и пальцы 8 должны быть затянуты моментом 12-20 даН'м (12-20 кгсм). При слабой затяжке и проворачивании распорных втулок или при проскальзывании резиновых втулок шарнирное соединение ра- ботает неправильно и быстро изнашивается.

Наружные  концы рычагов соединены с  головками стойки через резьбовые шарниры. Наружная резьбовая втулка 2 (рис. 331) запрессована в головку 4 стойки, а внутренняя распорная 3 зажата между головками рычагов, стянутых пальцем 7 с гайкой 6. Между торцами резьбовой втулки и торцами верхних н нижних рычагов имеются зазоры А и В, которые необходимы для вращения резьбовой втулки по распорной прн качании подвески. Зазоры А и В должны быть одинаковыми, разница в размерах А и В не более 0,8 мм. От попадания грязи через этот зазор втулки защищены резиновыми кольцами 5 круглого сечения.

Резьбовая распорная втулка 4 имеет мелкую торцовую насечку (60 зубьев) Такая же насечка имеется на одной из

головок рычагов. При затяжке гаек пальцев  шлицы насечки входят друг в друга  и втулку нельзя провернуть даже с  очень большим усилием. На втором рычаге шлиц нет и в процессе затяжки  шлицы втулки частично внедряются в  гладкий торец головки рычага, увеличивая тем самым надежность стопорения резьбовой втулки от проворачивания.

Следует обратить внимание на подтяжку гаек 6 (см. рис. 331) пальцев, особенно во время обкатки  при первых 5000 км пробега. Головки  рычагов стягиваются гайкой до упора в резьбовую распорную втулку. При этом распорная резьбовая втулка, по отношению к пальцу, остается неподвижной. Однако, в процессе эксплуатации автомобиля затяжка пальцев может ослабнуть по разным причинам. В результате ослабления затяжки внутренняя резьбовая втулка вывертывается из наружной до тех пор, пока наружная резьбовая втулка не упрется своим торцом в головку рычага (см. рис. 331 справа). Подвеску может заклинить и Она становится жесткой. Начинается износ торцов головок рычагов, втулок и резьбовых пальцев. Этот износ может сопровождаться скрипом.

На противоположном конце открывается  пространство и мимо защитного кольца, а также между втулкой и пальцем, в резьбовое соединение начинают проникать грязь и вода. Вода быстро вымывает смазку, детали коррозируют, резко увеличивается момент трения в резьбовом соединении (вплоть до заклинивания) и резьбовая втулка начинает проворачиваться и работать по пальцу. Такая ненормальная работа приводит не только к быстрому износу рычагов, пальцев и втулок, но и к поломкам головок стоек и рычагов. В том случае, когда произошло все же ослабление крепления, а резьбовые втулки "перегнало" к торцам головок, необходимо восстановить зазоры.

В колесно-ступичный  узел входит дисковый тормоз с вентилируемым  диском 2, тормозная скоба 3 плавающего типа, основание которой привернуто к кронштейну 23 с запрессованной в него цапфой, выполненный раздельно от цапфы кулак 4, ступица 1 с резьбовыми отверстиями для крепления тормозного диска 2 и диска колеса болтами. Поворотный рычаг 19 съемный и крепится через гладкие отверстия в рычаге и кулаке к кронштейну 23 болтом (передняя точка крепления) н специальным болтом 18 с удлиненной головкой, являющимся также ограничителем поворота колес автомобиля. Между кулаком н кронштейном зажат щит тормоза 20. Подшипники ступицы 24 и 25 имеют плавную бесступенчатую регулировку.

Для уменьшения усилия, необходимого для поворота передних колес, поворотный кулак и стойка соединяются друг с другом с помощью шкворня 15 через игольчатые подшипники 9, установленные в ушках стойки и защищенные от попадания грязн кольцевыми уплотнителями 10.

Шкворень  в поворотном кулаке закреплен и  ограничен от осевых перемещений штифтом 6, входящим в полукруглую лыску 13 на верхнем конце шкворня. Между верхними ушками стойки и кулака установлен упорный шариковый подшипник 12, защищенный от попадания грязи специальным уплотнителем 11.

Ступица 1 переднего колеса вращается на двух раднально-упорных конических роликовых подшипниках 24 и 25, установленных на цапфе кронштейна 23 поворотного кулака 4. Наружные кольца подшип-

ников запрессованы в ступицу, а внутренние ставятся на цапфу с небольшим зазором. Сделано это для того, чтобы кольца постепенно проворачивались и не работали одной стороной, а также для того, чтобы можно было обеспечить нормальную затяжку подшипников прн регулировке. Туго посаженные кольца работают одной стороной и быстрее выходят из строя, поэтому не допускается стопорить кольца на цапфе.

Амортизаторы установлены внутри пружин подвески. В нижний конец  амортизатора запрессован резиновый шарнир, ось которого прикреплена двумя болтами к опорной чашке пружины. Верхний конец штока амортизатора крепится через резиновые подушки к верхней штампованной головке поперечины № 2, на которой закреплена ось верхних рычагов. Амортизаторы снимаются с автомобиля без нарушения углов установки передних колес.

Верхний конец пружины подвески опирается  на штампованную головку поперечины № 2 через резиновую шайбу с отбортовкой, предназначенную для уменьшения передачи на кузов шума и вибраций.

Для уменьшения крена автомобиля на поворотах установлен стабилизатор поперечной устойчивости (рис. 334). Штанга 5 стабилизатора изготовлена из пружинной стали и выполнена в виде стержня с загнутыми концами. Средняя часть штангн стабилизатора прикреплена клонжеронам рамы с помощью резиновых втулок 2 и обойм 1. Концы штанги стабилизатора соединены с опорными чашками пружины через стойки 10 и резиновые подушки 6 и 11.

Для повышения жесткости крепления  передней подвески служит растяжка 18, установленная между поперечиной рамы и балкой передней подвески

 

 

 

 

 

Задняя подвеска.

Задняя подвеска состоит  из двух рессор (основная и дополнительная рессоры объединены в один пакет). Крепление рессор аналогично как  в передней подвеске.

Длина рессоры:

L_p = (0, 35...0,45)*L = (0, 35...0,45)*2, 9 = 1...1, 3 = 1, 2 м.

 L – база автомобиля, м.

 

Коэффициенты асимметрии рессоры:

К₁ = l₁/L_p = 1/1, 2 = 0, 83;

К₂ = l₂/L_p = 1, 3/1, 2 = 1, 08 .

l₁, l₂ – величины короткого и длинного концов рессоры.

Прогиб полуэллиптической рессоры на двух опорах:

f_ст = δ*Z_{к ст}* l₁²* l₂²/3E*J*L_p*n_л = 1, 4*990*0, 83²*1, 08²/3*205*0, 0034*0, 9*6 = 0, 2 м.

J = bt³/12 = 0, 8*0, 08³/12 = 0, 0034м⁴.

δ – коэффициент формы  рессоры;

Z_{к ст} – статическая нагрузка на колесо, Н;

E – модуль упругости для рессорных сталей, ГПа;

J – момент инерции сечения листа рессоры, м⁴;

n_л – число листов рессоры.

Длина нижнего листа рессоры:

L_рн = [a(n_л-3)+L_p]/( n_л-1) = [0, 2(6-3)+1, 2]/( 6-1) = 0, 92 м.

a – расстояние между стремянками, м.

Длина верхнего листа рессоры  определяется исходя из величин l₁ и  l₂.

 L_рв = 1, 2 м.

Приведенный коэффициент сопротивления амортизатора:

k_п = 2Ψ2 * 0, 25 700 Н*с/м.

C_п = Р * S = 9711, 9 * 0, 2 = 1942, 3 Н/м;

P = m * g = 990 * 9, 81 = 9711, 9 Н.

 

3.3. Колёса и шины.

  Шины:  

     На проектируемый автомобиль устанавливаем пневматическую, радиальную, камерную с постоянным давлением шину обычного профиля 175 R15, т.к. автомобиль будет эксплуатироваться в городе, то рисунок протектора подбираем для усовершенствованного (асфальтного) покрытия дороги. Радиальное расположение нитей способствует улучшению условий работы в каркасе, так как каждый слой в отличии от диагональной шины работает самостоятельно. В результате этого снижаются напряжения в нитях, что позволяет уменьшать число слоев каркаса. Радиальная шина по сравнению с диагональной имеет меньшую нормальную, тангенциальную и боковую жесткость, более низкий коэффициент сопротивления качению, меньшую на 10-15 % массу, большую ходимость.

Колёса:

     При проектировании необходимо обеспечить: прочность колеса, позволяющую эксплуатировать автомобиль на всех режимах движения, размеры и жесткость обода, конструкцию крепления, обеспечивающую быструю и точную установку колеса и дисбаланс после установки колеса. На проектируемый автомобиль устанавливаем дисковые колеса с неразборным (цельным) ободом (51/2jx15H2) т.к. разборные для грузовых автомобилей в связи с невозможностью их сборки через закраины обода из-за высокой жесткости бортов и боковин.

     Соединение колеса со ступицей должно обеспечивать передачу крутящего момента и центрирование колеса на ступице. Дисковые колёса крепят к ступице болтами или шпильками. При установки сдвоенных колёс предусмотрено раздельное крепление внутреннего и наружного дисков.

 

     

 

 

 

 

 

 

4. РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ.

4.1. Рулевой привод.

В рулевой привод входят все детали, передающие от рулевого механизма к управляемым колёсам.

Кинематический расчёт рулевого управления:

Для автомобилей, у которых схема поворота 4x2 наружный θ_н и внутренний θ_в углы поворота колёс связаны зависимостью:

ctg θ_н – ctg θ_в = l₀ / L.          (4.1)

L – база автомобиля, м;

l₀ – расстояние между центрами поворота управляемых колёс, м.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11. Кинематика поворота жестких колес.

Максимальный угол поворота внутреннего колеса:

θ_{в max} = arctg{L/[ – l₀]} = arctg {2, 9/[

 – 1, 2] } = 42⁰.          (4.2)

r – радиус обкатки колеса вокруг шкворня, м.

Угол θ_{н max} находят по формуле (4.1) после подстановки в нее значения θ_{в max}.

ctg θ_н – 42⁰ = l₀ / L;

θ_{н max} = arctg (0, 413 + 1, 11) = 31⁰.

При заднем расположении поперечной тяги:

a = (0, 8...1)*L = (0, 7...0, 8)* 2, 9 = 2, 03...2, 32 = 2, 2 м.

 

Угол наклона боковых  рычагов:

θ = arctg {(sin θ_{в max} - sin θ_{н max}) / [2 – (cos θ_{н max} - cos θ_{в max})]} = arctg {(sin 42 - sin 31) / [2 – (cos 31 - cos 42)]} = arctg {(0, 731 – 0, 587) / [2 – (0, 809 – 0, 681)]} = 68⁰.  

(4.3)

      Длину бокового рычага трапеции выбирают, возможно, большей по условиям компоновки. В существующих конструкциях отношение длины бокового рычага к длине поперечной тяги находится в пределах m/n = 0, 12...0,16. После выбора величины m

(0, 15) определяем n, м.

 

n = l₀/(1+2m/n*cos θ) = 1, 2 / (1+ 2*0, 15*cos 68) = 1, 16 м;    (4.4)

m / 1, 16 = 0, 15;

m = 1, 16 * 0, 15 = 0, 17 м.

Передаточное число привода  выбираем:

U _р.п. = 1.

Угловое передаточное число  рулевого управления:

U_р.у. = α_max / (θ_{в max} + θ_{н max}) = 1260 / (42+31) = 17.      (4.5)

 

4.2. Рулевой механизм.

4.2.1.Силовой расчёт рулевого управления.