2.3.1. Рамы грузовых автомобилей

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Машиностроение
Глава 2.3 НЕСУЩИЕ СИСТЕМЫ И КУЗОВА
2.3.1. Рамы грузовых автомобилей
Рама грузового автомобиля является ос­новной его несущей системы [1 - 5]. По сило­вой схеме рамы могут быть хребтового и лест­ничного типов. Рамы хребтового типа имеют ограниченное применение ввиду возникающих сложностей по компоновке агрегатов, а также нетехнологичности и высокой трудоемкости изготовления. Конструкция рам этого типа состоит из центральной (хребтовой) балки замкнутого сечения, с которой жестко соеди­нены поперечные балки.
Наиболее распространены рамы лестнич­ного типа, состоящие из двух продольных балок (лонжеронов) и нескольких поперечных (поперечин), соединенных между собой. Лон­жероны и поперечины являются тонкостен­ными стержнями. Характерные сечения при­меняемых в автомобильных рамах профилей и формулы для определения их геометрических характеристик приведены в табл. 2.3.1. Основ­ные конструктивные различия рам лестнично­го типа определяются формулой и назначени­ем автомобиля.
2.3.1 табл 1
Продолжение Таблицы 2.3.1. Расчетные формулы для определения геометрических характеристик профилей, применяемых в рамах грузовых автомобилей
2.3.1 табл 2
Продолжение Таблицы 2.3.1. Расчетные формулы для определения геометрических характеристик профилей, применяемых в рамах грузовых автомобилей
2.3.1 табл 3
Для рам массовых двух- и трехосных ав­томобилей применяют лонжероны в виде от­крытых тонкостенных профилей. Наиболее распространенная и рациональная форма се­чения лонжерона - швеллерная, с постоянной по сечению толщиной. Лонжероны с сечением такой формы способны воспринимать дей­ствующие нагрузки, при этом обеспечивается удобство компоновки подвески и других агре­гатов.
Ограниченное применение, в основном в мелкосерийном и единичном- производстве; находят лонжероны с сечением I- и Z- образной формы. Для сварных рам больше­грузных карьерных самосвалов и других спе­циальных автомобилей используются лонже­роны с закрытым профилем прямоугольного и сложного сечения.
Лонжероны могут иметь постоянную или переменную высоту сечения по длине. На автомобилях массового производства, как пра­вило, устанавливают рамы с штампованными лонжеронами переменной высоты, с макси­мальными размерами сечения в наиболее на­груженной части. Таким образом обеспечива­ется более рациональное распределение и ис­пользование металла. У автомобилей единич­ного и мелкосерийного производства лонже­роны чаще всего изготовляют из горячекатано­го проката или гнутого профиля с постоянной высотой сечения. Лонжероны могут иметь изменяемую геометрию в плане, что вызвано компоновочными соображениями, например, необходимостью увеличения ширины в месте установки двигателя, соблюдения размера ко­леи и т.д.
Для увеличения местной и общей проч­ности и жесткости лонжеронов, по необходи­мости, в них вводят усилители пластинчатого, уголкового или швеллерного сечения, которые при помощи заклепок, болтов или сварки соединяют с лонжеронами. В некоторых слу­чаях лонжероны усиливают диафрагмой, уста­навливаемой от стенки лонжерона на расстоя­нии не более 2/3 ширины полки. Целесооб­разность применения местного усилителя оп­равдана, если его общая длина не меньше 4-5 длин перекрываемой опасной зоны лонжерона и* при этом происходит плавное изменение момента инерции сечения относительно гори­зонтальной оси.
Поперечины рамы обеспечивают необхо­димую ее геометрию в плане, а их тип, число и способ соединения с лонжеронами в основ­ном определяют угловую и поперечную жест­кость рамы. Кроме того, некоторые поперечи­ны выполняют дополнительные функции опор различных агрегатов, например, двигателя, кабины, гидроподъемника платформы, реак­тивных штанг, буксирного устройства и др. Поперечины открытого, полузакрытого и зак­рытого типов изготовляют методом холодной штамповки, а чаще из проката или гнутого профиля.
Поперечины открытого и полузакрытого типа обладают сравнительно небольшой кру­тильной и поперечной жесткостью, поэтому их крепят к полкам лонжеронов. При этом нагруженность узловых соединений оказывает­ся достаточно высокой и приходится приме­нять ряд мер для увеличения запаса прочности узлов, например использовать более высоко­прочные стали. Поперечины закрытого типа при сравнительно небольших размерах попе­речных сечений обладают высокой жесткостью и крепятся только к стенкам лонжеронов. Нагруженность узловых соединений сильно зависит от интенсивности изменения момента инерции поперечин в зоне их соединения с лонжеронами, поэтому поперечины обычно имеют плавно изменяющееся по длине сече­ние. Для снижения нагруженности поперечин и лонжеронов предпочтение отдают более рав­номерному расположению поперечин.
В зависимости от вида соединения лон­жеронов с поперечинами конструкции рам делятся на клепаные, болтовые и сварные. В клепаных и болтовых рамах поперечины кре­пятся к полкам или стенкам лонжеронов не­посредственно или через косынки. Для закле­почных соединений внахлестку рекомендуемое отношение диаметра d заклепки к толщине металла до-уркно быть не менее 2 - 2,5. При однорядном расположении заклепок расстоя­ние между соседними заклепками должно быть не менее 3d, а при двухрядном шахмат­ном расположений - не менее 4d, расстояние от оси отверстий до края полки лонжерона - не менее (2,5 - 3)d, до края приклепываемой поперечины или косынки - не менее (1,5-2)d.
В сварных рамах для снижения концент­рации напряжений соединение лонжеронов с поперечинами осуществляется только через косынки. При комбинированном типе соеди­нений косынка соединяется с поперечиной, например сваркой, а с лонжероном - при по­мощи заклепок или болтов. Наиболее эффек­тивными сварными соединениями поперечин и лонжеронов с косынками являются кольце­вые швы, выполненные электродуговой свар­кой в среде углекислого газа, и рельефното- чечные, полученные на специальной свароч­ной машине. Рекомендуемый диаметр отвер­стий D в косынках под кольцевые швы - не менее 30 ... 35 мм, расстояние между осями - не менее (3 - 3,5)Д а от осей отверстий до кромок сварных элементов - не менее 1,5 Д
В табл. 2.3.2 приведены данные по меха­ническим свойствам сталей, применяемых для изготовления автомобильных рам.
2.3.2. Стали, применяемые для изготовления элементов рам грузовых автомобилей
 

Сталь

σт

σв

δ, %

Рекомендуемые для изготовления элемента рам, примечания

не менее, МПа

08кп, 08пс, 08Фкп

200

330

33

П сложной формы, ХШ, ХС

15кп, 15, 15пс

230

380

27

П сложной формы, ХШ, ХС

20кп, 20

250

420

25

П, У, К, ХШ, ХС

25кп, 25, 25пс

280

460

23

Л, П, УШ, ХС

20Л

220

420

22

Кронштейны, ХС

25Л

240

450

19

Кронштейны, УС

ЗОЛ

260

480

17

Кронштейны, УС

35 Л

280

500

15

Кронштейны, УС

09Г2

310

450

21

П, У, К, УШ, ХС

12ГС

320

470

26

П, У, К, ХШ, ХС

10ХСНД

400

540

19

Л, П, У, К, УШ, ХС

15ХСНД

350

500

21

Л, П, У, К, УШ, ХС

19ХГС

390

560

18 - 20

Л, ПШ, УС, горячая штамповка

зот

320

450

17

Л, УШ, ХС

15ГЮТ

340

480

17

Л, УШ, ХС

12Г2АФ

400

500

22 - 23

П, УШ, ХС

17Г2АФ

500

600

20

Л, П, УШ, ХС

20ГЮТ

450

550

17

Л, У, УШ, УС

16Г2САФ

480

610

26 - 28

Л, П, УШ, УС

35

320

540

20

Трубчатые П

12ГНЗМФАЮДР

700

820

12 - 14

Л, П, К, У сварных рам карьерных само­свалов

Примечание: JI - лонжероны; П - поперечины; У - усилители; К - косынки; ХШ - хоро­шая штампуемость; УШ - удовлетворительная штампуемость; ПШ - плохая штампуемость; ХС - хорошая свариваемость, без ограничений; УС - удовлетворительная свариваемость.
Для повышения прочности и снижения массы рамы лонжероны и отдельные высоко- нагруженные элементы поперечин могут быть изготовлены по специальным технологиям термоупрочненными с пределом текучести до 77 МПа. Долговечность термоупрочненных элементов рамы повышает механический на­клеп дробью. В особых случаях при строгих ограничениях массы автомобиля элементы рамы могут быть изготовлены из легких высо­копрочных термообработанных сплавов и не­металлических композитных материалов. Так, применение высокопрочного алюминиевого сплава с пределом текучести 320 ... 460 МПа при обеспечении прочности и жесткости стальной рамы позволяет снизить ее массу на 21 %.
Проектирование и доводка рам осуще­ствляются поэтапно. При эскизной компонов­ке автомобиля определяются размеры основ­ных сечений лонжеронов, конфигурация и размеры поперечин, их соединения с лонжеронами, места крепления агрегатов. Размеры основных сечений лонжеронов рассчитывают для случая симметричного нагружения рамы вертикальной системой сил, сведения о кото­рых берутся из массовой спецификации авто­мобиля. Приближенные методы, построенные по теории сопротивления материалов, учиты­вают следующее условие прочности для этого случая нагружения.
При заданной толщине стенки лонжеро­на, определенной по критериям устойчивости профиля, рекомендуемое отношение высоты сечения к ширине полки 3 - 3,5.
Поверочные и оптимизационные расчеты рамы ввиду их высокой трудоемкости прово­дятся с применением ЭВМ достаточно боль­шой вычислительной мощности. При этом используются различные расчетные схемы, базирующиеся на применении известных ме­тодов сопротивления материалов, строитель­ной механики, теории тонкостенных стерж­ней. Наиболее эффективно применение мето­дов конечных элементов, которые являются универсальными и обеспечивают сколь угодно подробное изучение напряженно-деформированного состояния рамы при любых видах статического и динамического нагружения. Модели рам строятся с использованием раз­личных конечных элементов, например, стер­жневого и оболочечного типов. Уточненные расчеты рам на прочность и жесткость прово­дятся для трех основных случаев, достаточно полно отражающих условия нагружения рамы при движении автомобиля по дорогам и без­дорожью: изгиб в вертикальной плоскости; кручение; изгиб в горизонтальной плоскости.
Для первого случая условие прочности (2.3.1). Для второго и третьего случаев условие прочности может быть одинаковым, так как общие деформации кручения рамы и ее изгиба в горизонтальной плоскости достаточно тесно коррелированны.
Кроме расчетов рамы для рассмотренных видов нагружения проводятся расчеты отдель­ных элементов от местных нагрузок, напри­мер: лонжерона в зонах крепления топливного бака, запасного колеса, буксирной поперечины от действия продольных нагрузок со стороны прицепа и др. [1, 2, 6 - 9].
После изготовления опытных образцов осуществляются всесторонние испытания рам и отдельных их элементов. Испытания прово­дятся на натуральных образцах. Для исследо­вания крупногабаритных конструкций, напри­мер рам большегрузных карьерных самосва­лов, испытания проводятся на масштабных моделях. Испытания на специальных стендах включают:
многоканальные статические тензометрические исследования напряженно-деформи­рованного состояния комплектной рамы при различных видах нагружения. При этих испы­таниях определяются такие характеристики рамы, как линейная и угловая жесткость и распределение ее по длине, деформации и напряжения в элементах рамы;
испытания на сопротивление усталости комплектных рам и отдельных наиболее ответ­ственных и нагруженных элементов. Испыта­ния проводятся при режимах с постоянной амплитудой нагружения и по специальным программам, позволяют выявить слабые места конструкции, оценить долговечность и про­гнозируемый ресурс рамы, параметры, харак­теризующие живучесть конструкции.
По результатам испытаний корректирует­ся техническая документация на раму, при необходимости проводятся повторные стендо­вые испытания.
Заключительным этапом в создании и проверке конструкции рамы являются ее ис­пытания в составе комплектного автомобиля на специальных стендах и на дорогах автопо­лигона, они включают [1, 10 - 12]:
статические испытания автомобиля на стенде с имитацией симметричного и косо- симметричного вертикального нагружения. При этих испытаниях оценивается жесткость и прочность несущей системы с учетом установ­ленных на раме узлов и агрегатов;
динамические испытания автомобиля на стенде в широком диапазоне амплитуд и час­тот нагружения, в том числе при задании слу­чайных процессов нагружения. При этих ис­пытаниях оцениваются динамические напря­жения в наиболее нагруженных зонах и стати­стические параметры их распределений, опре­деляются амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики по измеряемым парамет­рам (прогибы, углы закручивания, напряже­ния, ускорения), формы колебаний рамы при различных частотах, взаимное влияние агрега­тов;
дорожные режимометрические испыта­ния автомобиля на дорогах автополигона и в реальных условиях эксплуатации. При этих испытаниях измеряются параметры, характе­ризующие нагруженность рамы, результаты этих испытаний используются для расчетной оценки долговечности рамы и составления программ стендовых испытаний на сопротив­ление усталости, которые могут проводиться и в дальнейших работах по доводке и совершен­ствованию конструкции рамы;
испытания автомобиля на треке со смен­ными неровностями с окончательной провер­кой прочности и работоспособности рамы.


 

Поиск


Сейчас 50 гостей и 5 пользователей онлайн





Забыли данные входа на сайт?