Зміст:
1- Будівельні характеристики валів
1.2 - Сталеві якості
1.3- Геометрія профілю
2- Процедура обчислення
2.1- Розподіл навантажень на осі
2.2 - Напруги, що виникають у валу
2.3- Розрахунок механічних властивостей вала
2.4- Розрахунок робочих напружень на валу
2.5- Підсумкова перевірка
Додаток № 1: Технічне дослідження розрахунку задньої додаткової осі
РОЗВИТОК ЗМІСТУ
1- Будівельні характеристики валів
1.1 - Загальне
Важливе значення в конструкції осей транспортного засобу є життєво важливим не тільки з точки зору безпеки автомобіля та його пасажирів, але і з точки зору належної поведінки його конструкції, що означає, що якщо конструкція правильна, знижується ймовірність передчасного зносу, поломки або виходу з ладу інших компонентів та супутніх систем (підвіски, шин, рами ...).
З іншого боку, залежно від положення, яке вони займають, та функції осей у схемі транспортного засобу, незалежно від того, є вона ведучою віссю чи ні, вони будуть різних типів. Таким чином, існують осі, які є напрямленими, передніми або задніми, ведучими вісями, осями для причепів та напівпричепів, додатковими осями тощо.
У цьому першому перегляді цього підручника ми обговоримо, як розрахувати та спроектувати додаткові задні осі, що, з іншого боку, виявляється найпоширенішим випадком, що трапляється у трансформаційних та будівельних компаніях кузовів для промислових транспортних засобів (вантажні автомобілі, фургони ...) та причепи та напівпричепи.
Потреба в установці нової задньої додаткової осі в транспортному засобі виникає, коли потрібно збільшити вантажопідйомність, а також коли потрібно змінити поточну коробку на довшу, що іноді передбачає збільшення її навантаження. перевищує законодавчі межі, і тому одним із шляхів вирішення цієї проблеми є встановлення нової додаткової задньої осі.
1.2 - Сталеві якості
Типи сталей, що використовуються у виробництві осей транспортних засобів, повинні забезпечувати мінімальні якості, необхідні для функції, яку вони повинні виконувати, та типу напружень, яким вони піддаються, головним чином, під дією динамічних навантажень.
Таким чином, сталі, що використовуються для виготовлення осей, повинні мати високу вантажопідйомність, оскільки вони витримуватимуть всю вагу автомобіля та його навантаження. Подібним чином вони повинні мати зовнішню поверхню великої твердості, чудової якості та великої стійкості до зносу, оскільки маточини коліс будуть прикріплені до кінців осей, які будуть обертатися на підшипниках, ідеально встановлених на поверхні осі.
З усього вищезазначеного, сталі, які найкраще підходять для цього використання, є сталі із середнім вмістом вуглецю (від SAE 1035 до 1053, або також серії F12 згідно UNE-36009). Ці сталі, як правило, проводять термічну обробку для затвердіння за допомогою процесів загартування та відпустки, що дозволяє забезпечити необхідну твердість і якість їх поверхні. Відпустка, якій піддається деталь, після затвердіння намагається поліпшити надмірну крихкість, що забезпечується відпуском, навіть ціною втрати певного опору, але вона служить для того, щоб внести трохи більше міцності в частину шахти, узагалі сердечника, необхідного для кращої поведінки проти напружень на вигин, яким піддаються вали протягом терміну їх корисного використання.
1.3- Геометрія профілю
Геометрія профілю, що використовується для побудови осей, буде залежати від їх використання та розташування в загальній схемі транспортного засобу.
Загалом, передні спрямовані осі, як правило, мають подвійний кований тип Т, тоді як ведучі задні осі будуть круглими трубчастими, щоб розмістити задні підшипники коробки передач, які з'єднуються з колесом.
З іншого боку, додаткові задні осі будуть виготовлені із сталевих профілів кругового перетину, які можуть бути суцільними або трубчастими.
Нарешті, у випадку з причепами та напівпричепами зазвичай застосовуються суцільні круглі або квадратні перерізи.
1.4 - Допуски
При виготовленні частини вала важливі значення допусків, враховуючи, що це елемент, який повинен бути з'єднаний з іншими, щоб сформувати конструкційний вузол.
Стандарт ISO розрізняє вісімнадцять ступенів або ступенів допусків, що варіюються від IT01 до IT16, як показано в наступній таблиці на малюнку 1, вираженої в мкм. Допуски в діапазоні від IT1 до IT4 використовуються для виробництва валів.
Рисунок 1. Таблиця допусків за якостями (допуски в мкм)
Очевидно, не буде однаковим приймати значення допуску, що перевищує номінальну міру, або за замовчуванням, тобто вище або нижче точної міри. Для цього визначено те, що називається Позицією допуску, яке займає 21 різне положення, представлене літерами (нижній регістр для осей та верхній регістр для отворів).
Наступна таблиця на малюнку 2 показує 21 положення допуску для осей.
Рисунок 2. Положення допуску для валів
Як видно з попереднього малюнка, положення a, b, c, cd, d, e, ef, f, g, h визначаються їх верхньою різницею, яка є негативною, і їх значення зменшується, поки h, що дорівнює нулю. Позиції j, k, m, n, p, r, s, t, u, v, x, y, z, za, zb, zc фіксуються нижчою різницею, яка завжди позитивна від m.
Таким чином, прикладом ISO іменування міри допуску вала може бути наступний:
30 - міра номінального діаметра вала;
h це позиція толерантності;
4 - якість допуску, в даному випадку IT4, який згідно з таблицею на малюнку 1 відповідає допуску 6 мкм (всі негативні допуски).
2- Процедура обчислення
2.1- Розподіл навантажень на осі
Для розподілу навантажень на осі транспортного засобу, які необхідно знати заздалегідь, щоб виконати його подальшу конструкцію, враховуються такі навантаження:
- Вага шасі автомобіля без кузова, або її також називають вагою кабіни шасі (Q '), де R'A та R'B, відповідно, є масою шасі, розподіленою на передній та задній осях;
- Вага кузова або вантажної коробки, встановленої на шасі автомобіля (Q1);
- Максимально допустима вага вантажу, що перевозиться, або корисного навантаження (Q2).
Для цього підручника буде застосовано загальний випадок двовісних транспортних засобів, де згодом буде включена третя додаткова задня вісь. Для цих транспортних засобів у робочому положенні та при рівномірно розподіленому навантажувальному вантажі розрахунок реакцій на передній (RA) та задній (RB) осях транспортного засобу проводиться із застосуванням таких виразів:
L, - довжина вантажного ящика від кінця до кінця;
до, - задній звис або відстань між задньою віссю та кінцем вантажного ящика;
стор, - відстань між передньою та задньою осями;
м, - відстань від передньої осі до початку вантажного ящика;
Питання, - вантаж з урахуванням ваги кузова або вантажної коробки плюс максимально корисний вантаж, що перевозиться (Q = Q1 + Q2 )
Доданий малюнок містить ескіз типового транспортного засобу, де вказані попередні визначення.
Рисунок 3. Двовісна схема автомобіля
Однак загальний розподіл навантажень на осі згідно з попередніми висловами застосовується лише в стані відпочинку або в положенні, що біжить з постійною швидкістю, але не в ситуаціях прискорення або гальмування, де сили інерції відіграють важливу роль. спричиняють додаткове напруження на осях.
Таким чином, для ситуацій гальмування або прискорення на осях виникатимуть нові напруження, які будуть змінюватися в кожному випадку залежно від того, є вони передньою або задньою віссю.
У випадку, якщо він знаходиться на передній осі, у випадку гальмування виникає додаткове перенапруження, одночасно із тим самим вивантаженням задньої осі в тій же кількості. І навпаки, під час фази прискорення транспортного засобу саме задня вісь зазнає перевантаження, тоді як передня вісь вивантажується в тій же пропорції.
Всі ці напруження обумовлені інерційною силою (Я), яка пропорційна масі транспортного засобу та прискоренню (позитивному чи негативному), якому він піддається.
Дійсно, інерційна сила (Я) навантаження транспортного засобу можна обчислити за таким виразом:
Питання, - вантаж з урахуванням ваги кузова або вантажної коробки плюс максимально корисний вантаж, що перевозиться (Q1 + Q2);
ар, - максимальне уповільнення, що виникає при гальмуванні;
g, - прискорення сили тяжіння (9,81 м2/с).
З іншого боку, максимальне значення, яке може прийняти уповільнення, дається таким виразом:
мкА, - коефіцієнт адгезії (зазвичай це приймається як безпека, μa = 1)
Вирази, наведені цими перевантаженнями на передній та задній осях, наведені нижче.
На передній осі перевантаження, зазнане цією віссю під час гальмівних процесів автомобіля (ΔRA) можна обчислити за таким виразом:
Питання, - вантаж з урахуванням ваги кузова або вантажної коробки плюс максимально корисний вантаж, що перевозиться (Q1 + Q2);
ар, - максимальне уповільнення, що виникає під час гальмування;
h, - висота центру ваги вантажу до дорожнього покриття;
g, - прискорення сили тяжіння (9,81 м2/с);
стор, - відстань між передньою та задньою осями.
З іншого боку, для задньої осі під час процесу прискорення транспортний засіб зазнає перевантаження (ΔRB), як уже зазначалося вище. Це значення накладних витрат можна отримати за допомогою наступного виразу:
Т, - максимальна дотична сила, отримана на задніх ведучих колесах;
h, - висота центру ваги вантажу до дорожнього покриття;
стор, - відстань між передньою та задньою осями.
З іншого боку, якщо це позначено R * BT загальне навантаження, яке падає на задню вісь під час фази прискорення транспортного засобу, воно мало б такий вираз:
R'B, - частина ваги шасі автомобіля, яка падає на задню вісь;
RB, - реакція на задню вісь через корисне навантаження або перевезений товар та вантажний ящик (Питання)
ΔRB , - це перевантаження, яка виникає на задній осі внаслідок процесу прискорення автомобіля.
Попередній вираз, який включає всі навантаження на задню вісь, якщо вони розроблені, такий:
Продовжуючи процес розвитку, значення тангенціального стресу Т про те, що можуть розвиватися задні ведучі колеса, можна виразити наступним формулюванням:
Якщо його замінити в попередньому виразі, це дозволяє отримати формулу для розрахунку загального зусилля, яке падає на задню вісь у фазі розгону:
стор, - відстань між передньою та задньою осями;
h, - висота центру ваги вантажу до дорожнього покриття;
мкА, - коефіцієнт адгезії (зазвичай це приймається як безпека, μa = 1)
RBT, - реакція на задню вісь через вагу шасі транспортного засобу плюс корисне навантаження або транспортуваний товар (RBT = R'B + RB)
2.2 - Напруги, що виникають у валу
Вісь транспортного засобу піддається різним типам напружень, а саме:
? Моменти згинання або згинання вала;
? Зсувні сили - це сили, що діють перпендикулярно поздовжньому напрямку осі;
? А круті моменти, які у випадку задніх додаткових осей, зумовлені крученням, яке породжує силу тертя колеса і землі, що виникає під час гальмування, наприклад.
Для вивчення та розрахунку розподілу моментів та сил уздовж осі необхідно починати з граничних або опорних умов, які відносять вісь до решти транспортного засобу та землі.
Таким чином, осі будуть з'єднані з рештою транспортного засобу, зокрема з його рамою, через підвіску (листові ресори, амортизатори, пружини ...) та із землею шляхом їх кріплення в маточинах коліс.
Рисунок 4. Діаграма напружень на осі
Отже, для вивчення розподілу напружень вздовж профілю осі, це доведеться робити в розрізах, згідно з попереднім малюнком, і таким чином: