Розрахунок рами

Рама автомобіля відчуває статичні і динамічні навантаження. Статичні навантаження виникають під дією ваги самої рами, кузова, корисного вантажу і від реакцій опор пружного пристрою підвіски. Динамічні навантаження виникають при русі автомобіля внаслідок дії інерції підресорених мас при коливаннях автомобіля.

- на вигин від вертикального навантаження (статичної та динамічної);

- на кручення, яке виникає при переїзді автомобілем дорожніх нерівностей (кюветів, канав і т.п.).

Розрахунок рами є наближеним. При розрахунку нехтують дією поздовжніх навантажень, що виникають від встановлених на рамі агрегатів і механізмів при нерівномірному русі автомобіля (гальмуванні, розгоні). У розрахунках також не враховують різні реактивні моменти (гальмівні, від картерів механізмів трансмісії і рульового управління), які сприймаються рамою.

1 - передній буфер; 2 - підніжка; 3 - поперечина №1; 4 - лонжерон; 5 - кронштейн амортизатора; 6 - кронштейн задньої опори двигуна; 7 - підсилювальна підкладка лонжерона; 8 - задній кронштейн передньої ресори; 9 - підсилювач лонжерона; 10 - поперечина №2, 11 - кронштейн задньої підвіски кабіни, 12 - поперечина кріплення проміжної опори, 13 - поперечина №3, 14 - підсилювальна вставка, 15 - косинка поперечки №4, 16 - поперечина №4; 17 - розкіс; 18 - поперечина №5; 19 - буксирний прилад; 20 - кронштейн реактивної штанги; 21 - кронштейн проміжної опори; 22 - передній кронштейн передньої ресори.

Малюнок 1 - Рама в зборі автомобіля ЗІЛ-133ГЯ

Розрахунок рами на вигин

Розрахунок рами на вигин зводиться головним чином до розрахунку лонжеронів. Кожен з лонжеронів розраховують на половину всього навантаження, що припадає на раму. При цьому зміцнюючі дію поперечок рами не враховується.

Для розрахунків використовують статичні маси агрегатів і механізмів, встановлених на рамі. Для обліку динамічних навантажень в розрахункові формули вводять коефіцієнт динамічності (для вантажних автомобілів

= 2 ... 2,5).

Таблиця 1 - Вихідні дані для розрахунку

Повна маса автомобіля

, кг

- на передню вісь

1 - радіатор; 2 - оперення; 3 - двигун із зчепленням; 4 - коробка передач; 5 - АКБ; 6 - кабіна, 7 - паливний бак; 8 - запасне колесо; 9 - основний карданний вал; 10 - платформа з нарощеними бортами.

Малюнок 2 - Схема розподілу навантаження на лонжерон рами

Визначаємо вагу складових частин автомобіля, що діють на лонжерон рами:

- поєднуємо навантаження від радіатора з навантаженням від двигуна зі зчепленням і навантаженням від оперення

- поєднуємо навантаження від коробки передач з навантаженням від кабіни і двох АКБ

- поєднуємо навантаження від паливного бака з навантаженням від запасного колеса і навантаженням від основного карданного валу

- навантаження від платформи з нарощеними бортами Н

Власна вага лонжерона

Вага вантажу (при номінальній вантажопідйомності)

Визначимо реакції на лонжерон:

- від передньої осі

Сума всіх сил, що діють на лонжерон, повинна дорівнювати нулю, тому складаємо рівняння рівноваги:

Різниця між реакціями і силами, що діють на лонжерон, склала 5227 Н = 533 кг. Тому що залишилися 533 кг розподілимо по лонжерону. Навантаження від лонжерона приймемо як рівномірно розподілене навантаження:

, де

- довжина лонжерона,

= 8,736 м.

Навантаження від вантажу (при номінальній вантажопідйомності) теж приймемо як рівномірно розподілене:

, де

- довжина лонжерона під вантажем,

= 6,1 м.

Лонжерон представляємо у вигляді балки, обпертих на ресори. Система статично невизначена, так як маємо три опори. Замінюємо реакцію в опорі В силою, що діє на балку

, тоді система стає статично визначної, але станеться перерозподіл мас і реакції в опорахDіY (

) Зміняться, тому їх розраховуємо заново.

Спрощуємо вираз і знаходимо

Таким чином, різниця між раніше знайденими реакціями склала 371 Н.

Реакції в опорах знайдені правильно.

Розрахунок моментів, що діють на лонжерон

Для перевірки правильності рішення, розраховуємо моменти, що діють на лонжерон зі зворотного боку (праворуч):

Розбіжність отриманих значень склала менше 10 Нм, що говорить про те, що розрахунки вірні.

На підставі проведених розрахунків будуємо епюру згинальних моментів лонжерона (рисунок 3).

Визначення напружень вигину лонжерона

де

- максимальний момент, що діє на даній ділянці;

-момент опору вигину перетину лонжерона.

Розрахунковим перерізом лонжерона є швелер. Лонжерон ділимо на дві ділянки: АDіDJ, що мають перетину різних розмірів.

Малюнок 4 - Розрахунковий перетин лонжерона

Ділянка AD: h = 0,12 м, b = 0,06 м, s = 0,006 м.

Ділянка DJ: h = 0,25 м, b = 0,06 м, s = 0,006 м.

За ГОСТ 8278-83 «Швелери сталеві гнуті рівнополочні. Сортамент »момент опору вигину дорівнює:

- для ділянки AD м 3

- для ділянки DJ м 3

Тоді напруги вигину лонжерона

МПа <

100 ... 300 МПа. Умова міцності виконано.

МПа <

100 ... 300 МПа. Умова міцності виконано.

Висновок: В результаті проведених розрахунків міцність рами була забезпечена, напруги вигину рами не перевищують допустимі, що забезпечує надійну роботу вузлів і агрегатів, встановлених на рамі, а також рама частково гасить коливання і працює на вигин і кручення, не порушуючи працездатність вузлів і агрегатів автомобіля .

Розрахунок рами на кручення

Переїзд нерівностей дороги завжди викликає скручування рами. Тому рама поряд з високою згинальної міцністю повинна мати достатню міцність на кручення.

При розрахунку на кручення рама розглядається як плоска система, що складається з прямолінійних тонкостінних стрижнів. При прогині поперечні перерізу стержнів залишаються плоскими, а при крученні вони викривляються. Такий характер деформації називається обмеженим крутінням. При обмеженому крученні крім дотичних напружень крутіння в перетинах лонжеронів через викривлення з'являються додаткові нормальні напруги.

Сумарні нормальні напруги в перетинах лонжеронів при обмеженому крученні