Полуоси. Классификация полуосей

Полуоси предназначены для передачи потока мощности от дифференциала на ведущие колеса. Полуоси могут частично или полностью воспринимать силы и моменты, действующие на колеса.

Классификация полуосей

1. По условиям нагружения.

1) Полностью нагруженная:

Сейчас такая конструкция не применяется, поскольку поломка полуоси между подшипником и корпусом дифференциала приводит к разрушению балки моста и главной передачи.

2) Полуразгруженная:

Такая конструкция применяется в легковых автомобилях классической компоновки.

3) На 3/4 разгруженная полуось:

Конструкция применялась раньше на грузовых автомобилях. Теперь не применяется.

4) Полностью разгруженная полуось:

Применяется на современных грузовых автомобилях.

2. По конструктивным особенностям (по назначению).

1) Безшарнирные.

2) Шарнирные (у переднеприводных).

3. По способу связи с ведущими колесами.

1) Фланцевые.

2) Безфланцевые.

Основы расчета полуосей

Разгруженные полуоси рассчитываются по напряжению кручения:

, где: .

Коэффициент 0,7 перед моментом двигателя говорит о том, что из-за трения в дифференциале на отстающее колесо может передаваться больше половины момента (70% в данном случае).

Для расчета других полуосей нужно кроме крутящего момента учитывать все силовые факторы, действующие на колесо.

МК

РК

РТ

GK или GКД

RY

rК

МТ

– величина статической нагрузки на колесо, m - коэффициент перераспределения нагрузки по осям при разгоне и торможении (1,1…1,4 – большие значения у легковых автомобилей).

G_КД = G_К∙К_Д – динамическая нагрузка на колесо при движении по неровной дороге. К_Д = 2 для дорожных автомобилей, для автомобилей повышенной проходимости – 3…4.

- момент на колесе, он же момент на полуоси - повторение формулы из начала раздела,

Р_К, Р_Т – тяговая и тормозная силы на колесе, r_К – радиус качения колеса принимается равным радиусу качения в свободном режиме, φ_max – коэффициент сцепления колеса с дорогой.

R_Y – боковая сила:

, здесь h_g – высота центра тяжести автомобиля, В – колея автомобиля.

Поскольку эти силовые факторы действуют не одновременно, а в определенном сочетании, расчет полуосей, а также балок мостов производится по четырем расчетным режимам поочередно. В результате выбирается наиболее напряженный режим:

1. Движение с максимальной тяговой силой.

Учитываются силовые факторы: G_K, М_К, Р_К.

2. Движение с предельным торможением:

G_K, Р_Т, М_Т – если тормозной момент через полуось не передается (с колеса через тормозной механизм воспринимается балкой), то он и не учитывается в этом режиме.

3. Движение с боковым заносом:

G_K, R_Y.

4. Движение по неровной дороге с высокой скоростью:

G_КД.

Пример расчета полуоси (полуразгруженной)

RY

GК

a

РТ

РК

rК

МК

1. По первому расчетному режиму:

2. По второму расчетному режиму:

3. По третьему расчетному режиму:

4. По четвертому расчетному случаю:

Материал полуосей – сталь 40ХН, закалка с нормализацией.

Балки мостов

Балка служит для жесткой связи между собой ведущих или управляемых колес автомобиля, а также для передачи силовых факторов на подвеску.

Классификация балок

1. По выполняемым функциям (назначению) бывают балки мостов:

1) Поддерживающих.

2) Ведущих.

3) Управляемых.

2. По технологии изготовления:

1) Кованные.

2) Литые.

3) Комбинированные.

3. По особенностям конструкции:

1) Неразъемные.

2) Разъемные.

Основы расчета балок

Наиболее нагруженным сечением является зона крепления упругого элемента подвески. Расчет производится на сложнонапряженное состояние по четырем расчетным режимам, как у полуосей:

1. Движение с максимальной тяговой силой.

G_K, М_К.

2. Движение с предельным торможением:

G_K, Р_Т, М_Т

3. Движение с боковым заносом:

G_K, R_Y.

4. Движение по неровной дороге с высокой скоростью:

G_КД.

При расчете балки ведущих мостов необходимо учитывать тип полуосей. У балок разгруженных и на 3/4 разгруженных полуосей расчет изгибных напряжений в сечении 1-1 от сил, действующих в плоскости качения колеса производится на плече а. Определяются изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях и крутящий момент от тормозной силы. Затем определяется результирующий момент М_из (в отличии от полуосей в первом расчетном режиме не будет крутящего момента, а во втором режиме появляется тормозной момент, который передается на балку с тормозного щита). Результирующий момент делится на момент сопротивления изгибу W_X и так определяется напряжение изгиба.

GК

а

РТ

РК

rК

МТ

RY

Крутящий момент тоже воспринимается балкой, но он расположен по другую сторону опасного сечения (в данном случае) или вообще не достигает места крепления упругого элемента (с ним работает отдельный узел направляющего элемента подвески – реактивные штанги).

При расчете балок управляемых мостов надо учитывать наличие шарнира поворотного устройства колеса (например – шкворень в данном случае) и изогнутость балки в вертикальной плоскости:

rК

РК или РТ

GК

f

а

в

с

RY

Расчет изгибающего напряжения в горизонтальной плоскости от тяговых (если мост еще и ведущий) или тормозных сил производится с переносом действия этих сил на ось шарнира (т.е. силы будут действовать на плече в). Это происходит потому, что на плече а до шкворня момент от указанных сил уравновешивается рулевой трапецией. В ней возникают силы растяжения и сжатия, мало влияющие на саму балку.

При расчете балки на кручение в опасном сечении необходимо уменьшить плечо r_Д на величину с:

Расчет цапфы поворотного кулака производится в опасном сечении на плече f и только при действии боковой силы:

М_из = G_К∙f + R_Y∙r_д.

Шкворень (стержень шарнира поворотного кулака, как показано на рисунке) рассчитывается на изгиб, срез и смятие по нижней, наиболее нагруженной части, входящей в нижнюю проушину поворотной цапфы. Нижняя часть шкворня нагружена сильно при торможении, потому что ее отгибают назад и тормозная сила и тормозной момент. На верхнюю часть шкворня эти силовые факторы действуют в разные стороны (тормозная сила также – назад, а сила от тормозного момента – вперед).