__07_04_2011_ПНЕВ УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ПНЕВИОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Как было сказано выше, одним из способов получения оптимальной нагрузочной (упругой) характеристики упругого устройства подвески является применение на автомобиле пневматических упругих элементов (пневморессор). Основными видами пневморессор, которые используются в подвесках автомобиле являются пневматические упругие элементы баллонного типа или рукавного (диафрагменного) типа.
Расчет пневморессоры связан с получением её нагрузочной характеристики, т.е. зависимости силы, действующей вдоль её оси симметрии, от прогиба (хода поршня).
Определение основных размеров пневматического упругого элемента сводится к следующему. В соответствии со статической нагрузкой на упругий элемент подвески 13 EMBED Equation.3 1415 необходимо по типоразмерному ряду выбрать пневморессору. Если статическая нагрузка не совпадает с указанной в типоразмерном ряду, то необходимо уточнить давление воздуха, необходимое в ближайшем из этого ряда упругом элементе. Если расчетное значение давления получилось: 13 EMBED Equation.3 1415, то принимают 13 EMBED Equation.3 1415 МПа. Для нормализованных пневморессор 13 EMBED Equation.3 1415 МПа, а 13 EMBED Equation.3 1415 МПа. После этого определяют эффективный диаметр рукавной пневморессоры и диаметр её поршня или эффективную площадь баллонной пневморессоры. Для рукавной пневморессоры должно выполняться условие: 13 EMBED Equation.3 1415. Если это условие не выполняется, то выбирают другой упругий элемент большей грузоподъемности.
Далее, для выбранного упругого элемента определяют необходимую высоту по заданному ходу сжатия и отбоя подвески. Более подробно методика расчета пневморессор будет рассмотрена на практических занятиях.
Теоретические основы определения функциональных параметров полученной пневморессоры и построения её нагрузочной характеристики рассмотрены в следующем параграфе на примере пневморессоры баллонного типа..
Пневматический упругий элемент с резинокордной оболочкой
Такая пневморессора получила название баллонной. Схема нагружения и нагрузочная характеристика такой пневморессоры показаны на рис. 10.

Рис. 10. Пневморессора баллонного типа с гибкой оболочкой: а – схема нагружения; б – нагрузочные характеристики: 1 – статическая, 2 -- динамическая
Для получения расчетных формул предположим, что упругий элемент обладает абсолютно гибкой оболочкой (1 на рис. 10-а), имеющей форму тела вращения, и жесткими фланцами (2 и 3).
На такую пневморессору действует осевая нагрузка 13 EMBED Equation.3 1415. В статическом положении упругий элемент воспринимает статическую нагрузку 13 EMBED Equation.3 1415, при этом внутренний объем газа составляет 13 EMBED Equation.3 1415 при избыточном давлении 13 EMBED Equation.3 1415. Изменение нагрузки приводит к смещению фланцев на 13 EMBED Equation.3 1415, изменению формы оболочки и параметров газа внутри неё.
Если предположить малый прогиб упругого элемента 13 EMBED Equation.3 1415, то, используя принцип возможных перемещений, получим:
13 EMBED Equation.3 1415,
где (13 EMBED Equation.3 1415) – работа силы 13 EMBED Equation.3 1415 при смещении фланцев на 13 EMBED Equation.3 1415;
(13 EMBED Equation.3 1415) – работа давления 13 EMBED Equation.3 1415 при изменении внутреннего объема на величину 13 EMBED Equation.3 1415, соответствующую прогибу 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415 – избыточное давление воздуха (газа) в оболочке.
Таким образом, очевидно, что давление 13 EMBED Equation.3 1415 и объем воздуха 13 EMBED Equation.3 1415в оболочке являются функциями смещения 13 EMBED Equation.3 1415. При политропном процессе изменения состояния газа давление и объем связаны соотношением:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – атмосферное давление;
13 EMBED Equation.3 1415 –абсолютное давление воздуха в оболочке;
13 EMBED Equation.3 1415 - статическое абсолютное давление воздуха в оболочке, обычно 13 EMBED Equation.3 1415<1 МПа;
n –показатель политропы.
Из двух последних выражений находим:
13 EMBED Equation.3 1415.
Рассмотрим часть оболочки с фланцем, ограниченную цилиндрической поверхностью радиусом 13 EMBED Equation.3 1415 (рис. 10). Из условия равновесия выделенного элемента (согласно безмоментной теории оболочек):
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – значения радиуса условной цилиндрической поверхности;
13 EMBED Equation.3 1415 – эффективная площадь оболочки: 13 EMBED Equation.3 1415.
Из первого и последнего выражений получаем:
13 EMBED Equation.3 1415.
После интегрирование последней формулы получаем зависимость между объемом упругого элемента и изменением его эффективной площади:
13 EMBED Equation.3 1415.
В этом выражении знак «+» при 13 EMBED Equation.3 1415 принимают при сжатии, а знак «-» – при отбое.
Используя полученные выражения для параметров, получаем формулу нагрузочной характеристики пневморессоры:
13 EMBED Equation.3 1415.
Аналитическое и графическое вычисление эффективной площади такой пневморессоры затруднено тем, что неизвестна форма оболочки. Поэтому обычно её определяют экспериментально (рис.11).

Рис. 11. Зависимость эффективной площади от деформации пневматических упругих элементов: 1 и 2 – диафрагменных; 3 – баллонного
Частными случаями политропного процесса изменения параметров газа внутри оболочки являются изотермический и адиабатный. Нагрузочные характеристики пневморессоры при этих двух процессах являются предельными. Известно, что показатель политропы изменяется в пределах 13 EMBED Equation.3 1415, где k – показатель адиабаты. Для воздуха k =1,41. для спектра частот подвески используют 13 EMBED Equation.3 1415. Поэтому для пневморессор статическая и динамическая характеристики различны (рис. 10-б).
Дифференцируя формулу нагрузочной характеристики по прогибу, найдем коэффициент жесткости упругого элемента:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – величины, соответствующие 13 EMBED Equation.3 1415.
Для малых перемещений относительно статического положения (для изохорных процессов расширения-сжатия газа) коэффициент динамической жесткости упругого элемента:
13 EMBED Equation.3 1415,
а коэффициент статической жесткости:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – эффективная площадь и её изменение в статическом положении.
Для снижения жесткости пневморессоры можно использовать дополнительный объем 13 EMBED Equation.3 1415. При 13 EMBED Equation.3 1415 получим 13 EMBED Equation.3 1415. Таким образом, жесткость пневморессоры зависит только от избыточного давления и конструкции упругого элемента.
Расчет конструктивных и геометрических параметров пневматического упругого элемента будет более подробно рассмотрен на практических занятиях в следующем семестре.
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
В основу расчета таких пневморессор положены два параметра: собственная частота вертикальных колебаний подрессоренной части массы автомобиля и давление газа (обычно используется газообразный азот) в рабочей полости (полостях) упругого элемента. В существующих конструкциях таких упругих элементов давление газа при статической нагрузке составляет 3...11 МПа, а максимальное давление, соответствующее динамической нагрузке – 18...20 МПа. По максимальному давлению рассчитывают детали упругого элемента на прочность и определяют долговечность уплотнений.
Собственную частоту колебаний подрессоренной массы автомобиля определяют из условия получения требуемой плавности хода автомобиля.
Частота собственных колебаний связывает показатель политропы и приведенную высоту столба газа в основной полости баллона по приведенной выше формуле:
13 EMBED Equation.3 1415.
По принятому значению собственной частоты колебаний при статическом положении подвески, с использованием этой формулы определяем приведенную высоту газового столба в основной полости баллона (13 EMBED Equation.3 1415) для упругого элемента с одной ступенью давления.
Далее вычисляем площадь поршня (13 EMBED Equation.3 1415) по приведенной ниже формуле.
Определяем статическое перемещение поршня (13 EMBED Equation.3 1415) и его перемещения при сжатии (13 EMBED Equation.3 1415) и отбое (13 EMBED Equation.3 1415) по требуемой полученной ранее требуемой нагрузочной характеристике упругого устройства подвески (13 EMBED Equa
·tion.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415).
По полученным значениям 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 определяем минимальный и максимальный объем газа в основной полости баллона и его объем в статическом положении:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415.
Минимальный объем жидкости в рабочем цилиндре:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - минимальный объем жидкости между резиновым разделителем и сферической головкой цилиндра, при котором разделитель не соприкасается с головкой при полном ходе отбоя, или в гидрозатворе – слое жидкости над поршнем при поршневом разделителе: 13 EMBED Equation.3 1415.
Зарядное давление газа определяем по формуле безразмерной нагрузочной характеристики при n=const (см. ниже – 13 EMBED Equation.3 1415) при 13 EMBED Equation.3 1415.
Для упругого элемента с двумя ступенями давления расчет также начинается с определения приведенной высоты газового столба в основной полости по заданной частоте собственных колебаний подрессоренной массы автомобиля и принятом значении показателя политропы при статическом положении подвески. Параметры рабочего цилиндра и полости А находятся аналогично рассмотренному алгоритму. Давление и объем в полости Б получаем при заданных 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415. Объем газа соответствует максимальному объему 13 EMBED Equation.3 1415 этой полости.
Минимальный объем газа во второй ступени давления определяем по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – приведенная высота столба газа в полости Б при давлении 13 EMBED Equation.3 1415: 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415 – прогиб упругого элемента при начале сжатия газа в полости Б: 13 EMBED Equation.3 1415.
Минимальный объем жидкости в рабочем цилиндре:
13 EMBED Equation.3 1415.
Зарядное давление газа а полости А рассчитываем по формуле, приведенной ниже: 13 EMBED Equation.3 1415 при 13 EMBED Equation.3 1415. В полости Б зарядное давление равно 13 EMBED Equation.3 1415.
Более подробно расчет пневмогидравлических рессор будет рассмотрен на практических занятиях. А в следующем параграфе рассмотрим основные теоретические предпосылки расчета нагрузочных характеристик и основных параметров некоторых типов таких упругих элементов.
Пневмогидравлический телескопический упругий элемент с одной ступенью давления
Расчетная схема и нагрузочная характеристика такого упругого элемента представлены на рис. 12.

Рис.12. Пневмогидравлический упругий элемент:
а – расчетная схема: 1 – рабочий цилиндр, 2 – поршень, 3 – плавающий поршень; б – безразмерные нагрузочные характеристики: 1 – при 13 EMBED Equation.3 1415 МПа, 2 – при 13 EMBED Equation.3 1415 Мпа; сплошные линии – n = 1,41, штриховые – – n = 1,0
Рабочим телом такого упругого элемента является воздух или иной газ, заключенный в верхней части рабочего цилиндра (1). Рабочий цилиндр жестко соединен с несущей системой автомобиля. Шток поршня 2, как правило, шарнирно присоединяется к колесу. Для передачи усилия и перемещения от колеса на несущую систему автомобиля применяется рабочая жидкость, находящаяся между поршнем 2 и плавающим поршнем 3 внутри рабочего цилиндра.
Учитывая, что площадь (13 EMBED Equation.3 1415) верхней поверхности поршня для такой телескопической пневморессоры постоянна, уравнение нагрузочной характеристики будет иметь вид:
13 EMBED Equation.3 1415.
Или после преобразования:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – приведенная высота газового столба в цилиндре в статическом положении: 13 EMBED Equation.3 1415. Для расчетов нагрузочной характеристики следует принимать 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 Мпа.
При расчетах телескопических упругих элементов часто применяют безразмерные нагрузочные характеристики, которые подходят для любых размеров элемента. Безразмерная нагрузочная характеристика – это графическая зависимость относительного увеличения нагрузки 13 EMBED Equation.3 1415 от относительного уменьшения объема 13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415. Уравнение безразмерной нагрузочной характеристики будет:
13 EMBED Equation.3 1415.
На рис. 12-б представлены безразмерные характеристики для различных значений статического давления при двух значениях политропы.
При 13 EMBED Equation.3 1415 Мпа влияние внешнего давления незначительно, что позволяет получить единую безразмерную характеристику для 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415.
Для снижения размеров и массы поршневых пневморессор применяют высокие давления.
Коэффициент жесткости такой пневморессоры:
13 EMBED Equation.3 1415
или
13 EMBED Equation.3 1415.
Установлено, что для телескопических пневморессор с резиновой мембраной, показатель политропы 13 EMBED Equation.3 1415, а для непосредственного контакта газа с жидкостью – 13 EMBED Equation.3 1415.
Для автомобилей с широкими пределами изменения статической нагрузки применяют телескопические пневморессоры с двумя ступенями давления (рис. 13).

Рис. 13. Пневмогидравлический упругий элемент с двумя ступенями давления:
а – расчетная схема (обозначения те же, что на рис.12);
б – безразмерные нагрузочные характеристики: 1 – при 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415; 2 – при 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415; 3 – при 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415; 4 – при 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415
Газ в такой пневморессоре находится в полости А первой ступени под давлением 13 EMBED Equation.3 1415 и в полости Б второй ступени под давлением 13 EMBED Equation.3 1415. Параметры 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 представляют собой абсолютное давление газа в соответствующих полостях, причем, 13 EMBED Equation.3 1415.
Нагрузочная характеристика такой пневморессоры имеет два участка, каждому из которых соответствует своё давление. На участке 13 EMBED Equation.3 1415 аз сжимается только в полости А как в обычном поршневом упругом элементе. Нагрузочная характеристика при этом определяется так, как показано выше.
Если обозначить через 13 EMBED Equation.3 1415 объем газа в полости А в тот момент, когда давление 13 EMBED Equation.3 1415 выравнивается с давлением 13 EMBED Equation.3 1415, то получим:
13 EMBED Equation.3 1415,
и далее: 13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415.
В этих выражениях: 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 – абсолютное давление и объем газа в полости А при статической нагрузке 13 EMBED Equation.3 1415.
На участке 13 EMBED Equation.3 1415 давление в обеих полостях одинаково и равно 13 EMBED Equation.3 1415.
При этом:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 – начальный объем в полости Б;
13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 – текущий объем газа в полости А и Б соответственно.
Так как: 13 EMBED Equation.3 1415, то
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415.
Обозначив 13 EMBED Equation.3 1415 с учетом предыдущих рассуждений получим:
13 EMBED Equation.3 1415.
При больших значениях 13 EMBED Equation.3 1415 можно принять: 13 EMBED Equation.3 1415. Тогда выражение для безразмерной нагрузочной характеристики такого упругого элемента будет иметь вид:
13 EMBED Equation.3 1415.
Коэффициент 13 EMBED Equation.3 1415 определяет значение нагрузки, при котором газ в полости Б второй ступени начинает сжиматься. При 13 EMBED Equation.3 1415 нагрузочная характеристика такого упругого элемента соответствует нагрузочной характеристике телескопической пневморессоры с одной ступенью давления.

Расчет резиновых упругих элементов, используемых в подвеске в качестве ограничителей хода сжатия и отбоя приводится в дополнительной литературе, рекомендованной для нашего курса.











13PAGE 15


13PAGE 141215




Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 8370758
    Размер файла: 623 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий