Влияние резинометаллических шарниров на жесткость рычажной подвески

 

В общем случае подвеска может иметь резинометаллические шарниры во всех четырех соединениях (в точках A, B, D и E). Схема такой подвески изображена на рисунке 2.

 

Рисунок 2- Схема подвески с резинометаллическими шарнирами

 

Жесткость резинометаллических шарниров, отнесенная к колесу автомобиля, может быть определена из следующих соображений. Если обозначить через Т_к ту часть полной вертикальной силы на колесе, которая расходуется на деформацию резиновых шарниров, то при перемещении колеса в вертикальном положении на величину ds_к, баланс работы может быть выражен уравнением:

 

T_к∙ds_к = М_а∙dφ_а + М_b∙dφ_b + М_d∙dφ_d + М_e∙dφ_e (3)

Дифференцируя уравнение (3), получим уравнение жесткости подвески:

 

(4)

 

где M_a, М_b, М_d, М_e - скручивающие моменты, действующие соответственно на шарниры А, В, D, Е;

φ_а, φ_b, φ_d, φ_e- углы закручивания резиновых шарниров, расположенных соответственно в точках А, В, D и Е.

Жесткость резинового шарнира (при закручивании) может быть определена из уравнения:

 

, (5)

 

где G – модуль упругости резины второго рода;

G = 35·10³ – Н/м² при твердости резины (по Шору) 30- 60;

b_z – длина резиновой втулки;

D_н и D_вн – соответственно наружный и внутренний диаметры резиновой втулки.

Определим жесткость шарниров A и D:

 Н∙м²

 

Так как размеры резинометаллических шарниров одинаковы можно сделать вывод:

 

 Н·м

 

Величину  для любого шарнира подвески целесообразнее всего определять из выражения:

 

 , (6)

 

где P_хш – сила, создающая момент, скручивающий шарнир;   

 - плечо приложения силы Р_хш (Рис.2).

Расчетные формулы для определения величины  для вариантов А, В, D, и Е приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Формулы для определения деформации резинометаллического шарнира.

Шарниры	А	В	D	E

 

Отношение сил , , ,  определяется построением соответствующих силовых треугольников.

Для определения силы Р_а откладываем в определенном масштабе вертикально расположенную силу Т_к. Через ее верхний и нижний концы проводим линии, соответственно параллельные силе Р_а и реакции Q_н, действующей вдоль нижнего рычага. Сила Р_а проходя через шарнир В, создает на плече l_a момент, скручивающий резино-металлический шарнир А. Силовой треугольник расположен на рисунке 3.

 

 

 

Рисунок 3- Силовой треугольник для определения силы Р_а.

 

Из силового треугольника видно:

 

 

 

Так как Т_к = G = 4193,77 Н., то сила скручивающая шарнир А будет вычисляться по формуле:

 

Р_а= G/0,61 (7)

 

Р_а= 4193,77/0,61= 6875 Н.

Для определения силы Р_d строим аналогичный силовой треугольник. Через верхний и нижний концы силы Т_к проводим соответственно линии , параллельные оси верхнего рычага и силе Р_d, которая, проходя через шарнир Е на плече l_d создает момент , скручивающий резинометаллический шарнир D.

 

Рисунок 4- Силовой треугольник для определения силы Р_d.

 

Из силового треугольника видно:

 

 

Сила, скручивающая шарнир D будет вычисляться по формуле:

 

Р_d= G/0,39 (8)

 

Р_d= 4193,77/0,39= 10753,3 Н.

Геометрическими вычислениями находим, что плечо l_a=0,203 м., а плечо l_d= 0,257 м.

Подставляя полученные значения в формулу (6) найдем деформацию шарниров А и D:

 

 

Величина момента М_ш, скручивающего резино-металлический шарнир, для любого положения колеса может быть подсчитана по формуле:

 

, (9)

 

где - угловая деформация резинового шарнира, измеряемая от его нейтрального положения.

Величина  для шарниров А и D может быть определена по изменению угла между осями вертикальной стойки и соответствующего рычага. Нейтральное положение зависит от того, в каком положении подвески были зажаты или установлены втулки резино-металлического шарнира. Поэтому в дальнейших расчетах следует учитывать, что упругий момент шарнира может иметь и положительное и отрицательное значения, в зависимости от того, в какой области относительно нейтрального положения происходит деформация шарнира. Если при перемещении колеса вверх относительно кузова автомобиля момент, скручивающий шарнир, возрастает, то он будет иметь положительное значение; если убывает, - то отрицательное. Знаки моментов следует учитывать при подстановке в формулу (4).

Определим угловую деформацию шарниров А и D в статическом режиме:

 

Определим величины ; :

 

 

Жесткость подвески после установки резино-металлических шарниров будет находиться из следующего выражения:

 

 (10)

 

 

Из данного анализа можно сделать вывод, что жесткость подвески увеличилась в 1,2 раза.