Улучшение эксплуатационных свойств автомобиля ГАЗ-322123 с разработкой подвески

Состав чертежей

1.  Чертёж вида общего ГАЗ-322132 (формат А1)
2. Схема кинематическая подвески  (формат А1)
3. Деталь крепление (формат А3)
4. Чертёж сборочный подвески задней ГАЗ-322132 (формат А1)
5. Сборочный подвески задней ГАЗ-322132 (продолжение) (формат А1)
6. Подвеска передняя ГАЗ-322132 в сборе (формат А1)
7. Чертёж подвески передней ГАЗ-322132 (продолжение) (формат А1)
8. Рабочий чертеж детали торсион (формат А3)

Описание

В выпускной квалификационной работе произведен анализ улучшения эксплуатационных свойств грузового автомобиля среднего класса с конструктивной разработкой подвески. Проведен обзор и анализ существующих конструкций. Произведен тяговый расчет автомобиля, в том числе: расчет потребной мощности двигателя, расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя, расчет передаточных чисел коробки, расчет и построение тяговой характеристики АТС.

В конструкторской части определены характеристики задней и передней подвесок. Произведены расчеты направляющего устройства задней и передней подвесок, поперечной устойчивости автомобиля, элементов задней и передней подвесок, согласование передней и задней подвесок. Проведено сравнение характеристик передней подвески и устойчивости автомобиля с базовым вариантом.

В технологической части рассмотрены служебное назначение детали, выбор заготовки, разработка плана операций, нормирование технологического процесса. Рассчитаны режимы резания.

Рассмотрена безопасность жизнедеятельности, а именно: безопасность труда, чрезвычайные ситуации, сделаны выводы по БЖД.

В экономической части произведены расчеты капитальных вложений на проектирование, текущих затрат и прогнозирование цены, а именно: себестоимость производства детали торсион, затраты на полуфабрикаты и комплектующие изделия, капитальных вложений на оборудование, а также расчет эффективности. Представлены экономические показатели экономической эффективности производства подвески, в том числе: годовая программа, себестоимость одной единицы, цена изделия, капитальные вложения, а также окупаемость капитальных вложений. Приведено экономическое обоснование проекта.

Итак, в результате дипломного проектирования разработана передняя и задняя подвеска автомобиля ГАЗ-32132.

При замене рессорной подвески на пружинную, увеличится ход подвески на 49 мм, следовательно улучшится плавность хода автомобиля, и комфортабельность при эксплуатации.

При введении в существующую заднюю подвеску дополнительного упругого элемента – торсиона, увеличиться энергоемкость подвески в 2,5 раза. Также благодаря этому конструкторскому решению уменьшился угол поперечного наклона автомобиля на 2º. Как следствие – улучшилась устойчивость автомобиля.

Расчет согласования передней и задней подвески показал, что применяемость предлагаемой конструкции допустима.

Экономический расчет показал, что разработанная подвеска имеет достаточную экономическую эффективность, срок окупаемости капитальных вложений составил меньше года.

Отрывок из дипломной работы:

Улучшение эксплуатационных свойств грузового автомобиля IV класса путем конструктивной разработки подвески – За прототип был выбран автомобиль ГАЗ-322132, который является транспортным средством эксплуатируемым в виде маршрутного такси.
К выбранному автотранспорту предъявляются следующие требования:

• обеспечивать требуемую плавность хода;
• эффективно гасить колебания кузова и колес автомобиля при движении;
• обладать высокой динамической энергоемкостью;
• отвечающие требованиям устойчивости и управляемости автомобиля.

Конструкция подвески зависит от того, для каких колес она применяется: передних или задних, ведущих или нет. Кроме того, различают зависимые и независимые подвески. К по¬следним относятся подвески на двойных поперечных рычагах и с направляющими пружинными и амортизаторными стойка¬ми, которые требуют мало места в поперечном направлении, оставляя, например, в середине место для двигателя. Другие не¬зависимые подвески — на продольных и на косых рычагах — почти не занимают пространства по высоте и позволяют получить широкий багажник с плоским полом. На всех зависимых подвесках балка перемещается на полную величину хода подвески. Свободное место, которое должно быть оставлено для этого сверху, уменьшает объем заднего багажника и затрудняет размеще¬ние запасного колеса. Спереди такая балка оказалась бы под двигателем, и для обеспечения достаточного хода сжа¬тия потребовалось бы поднять двигатель или сместить его назад. По этой причине зависимые передние подвески применяются только на грузовых автомобилях и полноприводных многоцелевых легковых автомобилях. Многие изготовители устанавливают на все модели с одинаковым типом приво¬да одинаковые по конструкции подвески.

3.1 Определение характеристик задней подвески

Определим требуемую жесткость подвески из условия обеспечения высокой плавности хода:

где: – частота свободных колебаний кузова автомобиля над осью задней подвески, рад/с;

– вертикальная нагрузка на заднюю подвеску, Н;

Принимаем в качестве максимальную нагрузку на задний мост:

Частоту колебаний для задних подвесок грузовых автомобилей выбирают из диапазона. Так как одно из требований к проектируемой подвеске состоит в обеспечении повышенной плавности хода, то примем .

Условный статический прогиб подвески определяем по формулам:

– в снаряженном состоянии

– в полностью загруженном состоянии

Полный динамический ход сжатия подвески:

– эмпирический коэффициент, для задних подвесок грузовых автомобилей, – статический прогиб подвески в полностью загруженном состоянии;

Определяем ход сжатия подвески от статического положения до включения буфера:

для грузовых автомобилей

Величина хода отдачи:

для зависимых подвесок;

Рисунок 3.1.1- Вертикальная упругая характеристика

3.2 Расчет направляющего устройства задней подвески

3.2.1 Режим экстренного торможения

Рассматривая передачу сил в каждом случае отдельно, предполагаем для простоты, что серьга на подвижном конце рессоры всегда перпендикулярна поверхности коренного листа, а передний и задний концы рессоры находятся на одной высоте.

Рисунок 3.2.1.1 Схема действия сил рессоры при торможении автомобиля

Рисунок 3.2.1.2 Расчетная схема задней рессоры при торможении автомобиля

– вес, приходящийся на одно заднее колесо:

m – коэффициент перераспределения веса; для задней оси грузовых автомобилей принимаем [4, с.191];

– максимальная тормозная сила, ограничивается возможностями сцепления с опорой поверхностью:

Тормозной момент:

Горизонтальная реакция составит:

3.2.2 Режим максимальной силы тяги

Рисунок 3.2.2.1 Схема действия сил рессоры в режиме действия максимальной силы тяги

Рисунок 3.2.2.2 Расчетная схема задней рессоры в режиме действия максимальной силы тяги

– максимальная касательная сила;

3.2.3 Занос автомобиля

При заносе автомобиля на него действует сила инерции .

Рисунок 3.2.3.1 Схема действия сил при заносе

Реакции  в сумме дают сумму внешних боковых сил, к которым кроме силы инерции относятся составляющая силы тяжести при боковом уклоне дорожной поверхности и  сила бокового сопротивления воздуха. В автомобиле-прототипе боковые реакции воспринимаются опорами рессоры.

3.2.4 Диагональное вывешивание колес

В этом случае вся вертикальная нагрузка, приходящаяся на заднюю подвеску, прикладывается к одному колесу.

– коэффициент динамичности подвески.  

3.3 Расчет поперечной устойчивости автомобиля

Рисунок 3.3.1 Схема действия сил при повороте автомобиля на задней подвеске

Определим общий угол наклона автомобиля в поперечной плоскости:

– опрокидывающий момент   ;

– центробежная сила, принимается величиной 40% от общего веса автомобиля;

– высота центра тяжести автомобиля; Ɵ

– угловые жесткости соответственно передней и задней подвесок.

Определим неизвестные величины:

– приведенные угловые жесткости передней и задней подвесок;

– приведенные угловые жесткости передних и задних шин;

– вертикальные жесткости передней и задней подвесок;

– высота опрокидывания автомобиля;

– высота расположения центров наклона передней и задней подвесок.

– жесткость шин соответственно передних и задних колес;

Определим угловые жесткости:

Тогда искомый общий угол наклона автомобиля в поперечной плоскости:

необходимо повышать поперечную устойчивость.

3.4 Расчет элементов задней подвески

3.4.1 Расчет рессор

На автомобиль будем устанавливать продольные полуэллиптические многолистовые рессоры. Расчет будет основан на методике, изложенной в источнике [36, с.223]. При расчете рессор примем, что они должны обеспечивать половину жесткости, необходимой задней подвески, т.е. , а также потребуется жесткость, которую должна обеспечивать одна рессора, т.е.

Рисунок 3.4.1.1 Расчетная схема рессоры

Длину рессоры и её асимметричность берем с автомобиля-прототипа, а именно: . Материал – 50ХГФА.

Определяем удельные напряжения на 1 см хода подвески:  [6,с.230] – для рессор, применяемых на грузовых автомобилях в сочетании с проставочными пластинами и при уплотнении поверхностного слоя.

Вначале следует определить предварительную нагрузку  и фактическую длину плеч . При этом предполагается, что рессора работает внутри жесткой заделки на расстоянии, равном 25% (т.е. 1/4е) с каждой стороны:

Затем определяем предварительные напряжения как функцию верхних значений напряжений с запасом прочности . Полученная в результате расчетов толщина листа не должна превышать 10мм, так как при этом :

– допускаемые верхние значения напряжений, МПа,

– предел текучести, МПа;

– коэффициент снижения прочности при толщине листа больше 10мм;

– коэффициент запаса прочности.

Тогда максимальная сила упругости рессоры при полностью выбранном ходе подвески:

Итак, предварительные напряжения изгиба в рессоре при загруженном автомобиле:

По меньшему из двух этих напряжений (т.е. по ) определяем толщину листа :

С этой толщиной осуществляется расчет минимального числа листов:       (3.4.1.7)

Принимаем . Будем изготавливать оба листа одинаковой толщины.

Выбраны рессоры с числом листов 2, толщиной листов 8мм, шириной листов 75мм.

 3.4.2 Расчет торсиона

Расчет торсионов производится в соответствии с методикой, изложенной в [36]. Исходя, из конструктивных особенностей задней подвески принимаем длину торсионного вала L= 1160мм.

Рисунок 3.4.2.1 Параметры, используемые при расчете пластинчатых торсионов

Допускаемые напряжения кручения:

– предел текучести, МПа;

– коэффициент снижения прочности при толщине свыше 10мм;

– коэффициент запаса прочности.

Допускаемые амплитудные напряжения кручения при запасе прочности 1,1:

Далее определим углы закрутки торсиона и, исходя из кинематики подвески, при этом учитывается ход подвески и длина рычага :

(при динамическом ходе сжатия),

(при ходе отбоя).

Силы F₁, F₂, стремящиеся либо увеличить закрутку торсиона на угол, либо уменьшить ее на угол :

Определение амплитудного значения силы F_a и максимальной силы F_max:

Определение относительных значений y₁, у₂:

Используя у₁ определим минимальный диаметр торсионного вала d_min:

Примем диаметр торсионного вала d=28мм.

Диаметр и длину концевой части торсиона принимаем по данным SAE:

Принимаем d_e =36мм, е =40мм.

Тогда длина рабочей части торсиона равна:

3.4.3 Расчет амортизатора

Расчет амортизатора и определение его основных размеров начинаем с расчета его максимальной силы сопротивления.

Определим коэффициент сопротивления амортизатора:

– степень затухания свободного элемента, при этом значении обеспечивается большая плавность хода;

– статическая нагрузка на колесо.

Коэффициент сопротивления амортизатора на прямом ходу:

где  принимаем равным 2,1 , так как при этом обеспечивается хорошая устойчивость и управляемость.

Коэффициент сопротивления амортизатора на обратном ходу:

Построим характеристику амортизатора, которая имеет 4 характерных участка (2на закрытых разгруженных клапанах и 2 на открытых). Последние 2 участка соответствуют клапанным режимам ходов сжатия и отбоя. При закрытых клапанах скорость относительного перемещения штока и цилиндра  и показатель . При открытых нагрузочных клапанах  (т.е. характеристика близка к линейной).

Для приближения характеристики амортизатора к идеальной примем:

Рассчитаем значение :

При прямом ходе (сжатии):

При обратном ходе (отбое):

Определение геометрических размеров амортизатора:

Для этого определения примем расчетную скорость: .

Сила сопротивления амортизатора при обратном ходе:

Давление рабочей жидкости .

Тогда площадь штока:

Диаметр штока:

Принимаем :.

Диаметр поршня:

Площадь поршня:

Площадь  сечения отверстия для перепуска жидкости определяется по формуле:

– удельный вес жидкости, ;

– коэффициент формы отверстия, к=1,12.

Рисунок 3.4.3.1 Характеристика амортизатора

3.4.4 Расчет стабилизатора задней подвески

Примем жесткость стабилизатора, установленного на переднем мосту , на заднем .

Тогда действительная жесткость задней подвески

Определим геометрические размеры стабилизатора, установленного на заднем мосту:

Рисунок 3.4.4.1  Расчетная схема стабилизатора

– геометрические размеры стабилизатора;

– модуль упругости II рода;

– модуль упругости I рода;

3.4.5 Расчет резиновой втулки амортизатора

Рисунок 3.4.5.1 Расчетная схема резиновой втулки

Резиновая втулка амортизатора рассчитывается на сжатие,

– напряжение сжатия, возникающее в резине;

– усилие при работе амортизатора, Н;

– площадь сжатия;

Также усилие сжатия можно представить в виде

– модуль упругости I рода для резины, МПа;

– деформация втулки в радиальном направлении, мм;

Определим :

Радиальная деформация меньше толщины втулки, поэтому втулка подходящая.

 3.5 Определение характеристик передней подвески

Алгоритм расчета определения характеристик передней подвески аналогичен расчету задней подвески. Пункт 3.1 ( формулы 3.1.1-3.1.5)

Принимаем в качестве максимальную нагрузку на передний мост:

Частоту колебаний для передних подвесок грузовых автомобилей выбирают из диапазона . Так как одно из требований к проектируемой подвеске состоит в обеспечении повышенной плавности хода, то примем .

Условный статический прогиб подвески определяем по формулам:

– в снаряженном состоянии I

– в полностью загруженном состоянии

Полный динамический ход сжатия подвески:

– эмпирический коэффициент, для передних подвесок грузовых автомобилей, – статический прогиб подвески в полностью загруженном состоянии;

Определяем ход сжатия подвески от статического положения до включения буфера:

для грузовых автомобилей

Величина хода отдачи:

для передних подвесок;

Рисунок 3.5.1- Вертикальная упругая характеристика

 3.6 Расчет направляющего устройства задней подвески

Расчетная схема направляющего элемента приведена на рисунке 3.6.1 размеры на  схеме:

c = 124 мм;                   l = 674 мм;                   r_д = 321 мм;                  b = 572 мм;

L =456 ;              a = 102 мм;                  β = 9°                  δ₀ = 10°

Рисунок 3.6.1 Расчетная схема направляющего элемента.

Расчет проводится при полной статической нагрузке на примере левого колеса по расчетным режимам.

Рисунок 3.6.2- Расчетная схема направляющего элемента
при максимальной силе тяги.

Момент создаваемый горизонтальной реакцией опорной поверхности:

Определим силу приложенную к верхней точки:

Определим силу приложенную в нижней точки продольного рычага:

Рисунок 3.6.3- Расчетная схема №2

Определим момент создаваемый реакцией R_y:

Определим силу приложенную в точке крепления продольного рычага:

Определим силу приложенную в горизонтальном направлении к верхней точке стойки:

Рисунок 3.6.4 Расчетная схема для определения сил действующих на рычаги.

Определим силы и реакции действующие при боковом заносе автомобиля:

Найдем силу действующую на верхнюю точку рычага продольного рычага.

Рисунок 3.2 Расчетная схема для нахождения F_2n

3.7 Расчет элементов передней подвески

3.7.1 Расчет рычага

Рис. 3.7.1 Расчетная схема поперечного рычага.

Реакции опоры:

Моменты сопротивления и площадь поперечного сечения прямоугольного рычага определим с помощью формул:

где:   b=30 мм – ширина сечения;

h=25 мм – высота сечения.

Определим нормальные напряжения:

[σ] = 750 МПа – допускаемые нормальные напряжения;

Суммарные нормальные напряжения составляют:

Поперечный рычаг удовлетворяет требованиям прочности по напряжениям.

3.7.2 Расчет пружины

Расчет произведем по методике, приведенной в [31].

Максимальная сила, действующая на пружину P_max=4329 Н.

Примем диаметр прутка d_п=16 мм и с=9,06, тогда D_п=145 мм.

Определим напряжение в прутке пружины по формуле:

Примем число рабочих витков i_в=6, тогда полное число витков i_п=8.

Определим шаг пружины в ненагруженном состоянии по формуле:

где:   k_п – коэффициент предопределяющий некоторый зазор между витками пружины при P_max, примем k_п=1,1;

где:   G-модуль упругости 2 рода.

Определим длину пружины в ненагруженном состоянии:

где:   H_по– длина пружины при соприкосновении витков.

Чтобы избежать выпучивания пружины необходимо чтобы выполнялось условие:

Условие выполняется.

3.7.3 Расчет амортизатора

Расчет переднего амортизатора и определение его основных размеров произведем  аналогично расчету предложенному в пункте 3.4.1 по формулам (3.4.1.1- 3.4.1.13)  начинаем с расчета его максимальной силы сопротивления.

Определим коэффициент сопротивления амортизатора:

Коэффициент сопротивления амортизатора на прямом ходу:

;Коэффициент сопротивления амортизатора на обратном ходу:

Построим характеристику амортизатора. При закрытых клапанах скорость относительного перемещения штока и цилиндра  и показатель . При открытых нагрузочных клапанах  (т.е. характеристика близка к линейной).

Для приближения характеристики амортизатора к идеальной примем:

.Рассчитаем значение :

При прямом ходе (сжатии):

При обратном ходе (отбое):

Определение геометрических размеров амортизатора:

Для этого определения примем расчетную скорость .

Сила сопротивления амортизатора при обратном ходе:

Давление рабочей жидкости .

Площадь штока:

Диаметр штока Принимаем

Диаметр поршня:

Площадь поршня :

Площадь  сечения отверстия для перепуска жидкости: Принимаем

Рисунок 3.7.3.1 Характеристика амортизатора

3.7.4 Расчет стабилизатора

При расчетах ранее была получена жесткость стабилизатора, установленного на переднем мосту равная .

Тогда действительная жесткость передней подвески

Определим геометрические размеры стабилизатора, установленного на заднем мосту:

Рисунок 3.4.4.1  Расчетная схема стабилизатора

 3.8 Согласование   передней   и   задней    подвесок.

Продольно-угловые колебания кузова являлся крайне нежелательными по следующим соображениям:

-Затрудняются управление автомобилем из-за непрерывного перемещения линии пересечения поле зрения водителя и дорожного полотна, а в ночное время из-за уменьшения направления светового луча фар.

-Продольно угловые колебания являются опасным источником горизонтальных ускорений, действующих на водителя и пассажиров, которые переносятся человеком в несколько раз хуже, чем вертикальные.

Величина галоппирования зависит от соотношения следующих                                                  параметров в подвесках автомобиля.

Частоты колебаний передней и задней подвесок:

Собственные частоты колебаний подрессоренных масс вычисляются из соотношения:

Считается, что , для передней подвески должны быть меньше величины   для задней подвески.

При этом абсолютные величины ω должны обеспечивать низкий уровень вертикальных колебаний

После нахождения оптимальных значений жесткости подвески  и собственных частот колебаний, обеспечивающих нормальную плавность хода, проверим по условию:

Условие выполняется………………………..

……………….Выводы по БЖД

1. По параметрам микроклимата в помещении условия труда допустимые, класс 2;
2. По запыленности условия труда допустимые, класс 2;
3. Нормированная освещенность равная 200лк, обеспечивается использованием 140 люминесцентных ламп марки SL 80/38 765(ЛД-80Вт) согласно расчету;
4.  Уровень звука составляет 90 дБА, что выше ПДУ=80дБА, условия труда вредные, класс 3.2;
5. Применяемое на участке оборудование не создает вибрации, следовательно, условия труда оптимальные, класс 1;
6. По электробезопасности участок имеет категорию ПО, оборудование имеет защитное заземление с сопротивлением 8 Ом (при рабочем напряжении 220В);
7. По взрывопожарной и пожарной опасности помещение относится к категории Д, степень огнестойкости 1 – предел огнестойкости 120 минут [7];
8. Итоговые условия труда допустимые, класс 2.

Экономическое обоснование проекта
Экономическая эффективность изготовления подвески автомобилянаходится из сравнения с аналогом, который имеется в продаже. За аналог принимается подвеска автомобиля ГАЗ-322132, все составные части которой можно приобрести.
Цель экономического обоснования – показать, что предлагаемая в дипломном проекте конструкция, обеспечивающая улучшение ряда технических и эксплуатационных характеристик и показателей, экономически целесообразна к применению.
Расчет эффективности учитывает сферы применения новой конструкции, её производство и эксплуатацию. Новая конструкция тормозной системы эффективна и выгодна, как производителю, так и потребителю новой продукции. Благодаря использованию проектируемой подвески автомобиля, предлагаемой в данном дипломном проекте, появится возможность улучшения ряда эксплуатационных показателей.

Затраты на полуфабрикаты и комплектующие изделия.

№ п/п	Наименование и тип комплектующих изделий	Количество, шт.	Цена за единицу, руб.	Сумма затрат, руб.
1	Рычаг передней подвески	2	3920	7840
2	Крепление рычага	2	650	1300
3	Пружина	2	2400	4800
4	Стабилзатор	1	2500	5000
5	Крепление стабилизатора	2	410	820
6	Сайленблок	4	170	680
7	Крепление сайленблока	2	350	700
8	Амортизатор	2	2800	5600
9	Крепление амортизатора	1	470	940
10	Опора амортизатора	2	540	1080
11	Рычаг торсиона	2	3670	3340
12	Втулка рычага	4	720	2880
13	Кольцо защитное	2	180	360
14	Кожух торсиона	2	1550	3100
15	Болт М8-30 ГОСТ 7798-70	12	5	60
16	Болт М12-25 ГОСТ 7798-71	10	15	150
17	Болт М10-35 ГОСТ 15589-70	8	8	64
18	Гайка М12 ГОСТ 5917-70	8	4	32
19	Гайка М10 ГОСТ 15526-70	8	4	32
20	Гайка М8 ГОСТ 15526-70	12	4	48
21	Шайба пружинная ГОСТ 6858-76	2	15	30
22	Шайба 8 ГОСТ 6402-70	12	3	36
23	Шайба 10 ГОСТ 6958-78	8	4	24
24	Шайба 12 ГОСТ 6958-78	8	4	24
25	Всего затрат:			34290

и так далее…….