Нефтекумск - Институт сервиса и технологий

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»
(ГОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
Кавминводский институт сервиса (филиал)
(КМВИС ГОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
Шарейко О.И.
ПЕРЕОБОРУДОВАНИЕ И ТЮНИНГ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Учебно-методическое пособие по выполнению практических работ
для студентов дневной и заочной форм обучения
Пятигорск
2011 г.
УДК 656.1
ББК 39.1
Ш 25
Кафедра «Сервис»
Составитель:
ст. преподаватель Шарейко О.И.
Рецензент:
к.т.н., доцент ПГПУ Волхов А. М.
Ш 25 Шарейко О.И. Переоборудование и тюнинг автотранспортных средств:
Учебно-методическое пособие по выполнению практических занятий.: / Пятигорск:
НИО КМВИС, 2011-26 с.
В учебно-методическом пособии составлены восемь практических работ по
дисциплине «Переоборудование и тюнинг автотранспортных средств» для студентов специальности 100112 специализация «Автосервис». В представленных работах
рассмотрены вопросы конструкций узлов и систем автомобилей, основные технические параметры, виды и размеры нагрузок в элементах конструкций и узлов, направления совершенствования и переоборудования систем и узлов автомобилей в целях
улучшения динамических и экономических качеств, повышения безопасности и
комфортности, а также уменьшения влияния на экологию.
Данное пособие печатается по решению Методического совета КМВИС для
внутривузовского пользования(протокол №5 от 04 апреля 2011г.)
© Кавминводский институт сервиса (филиал)
Южно-Российского государственного
университета экономики и сервиса
© Шарейко О.И., 2010
ОГЛАВЛЕНИЕ:
Введение…………………………………………………………………………...4 стр.
1. Практическая работа №1. Надежность и ее составляющие. Определение
запаса прочности конструкций.……………………………………………….…6 стр.
2. Практическая работа №2. Тормозные механизмы. Регуляторы тормозных
сил. Расчет нагрузок в элементах тормозных систем........................................10 стр.
3. Практическая работа №3. Основные элементы фрикционного сцепления.
Расчет нагрузок в сцеплении................................................................................12 стр.
4. Практическая работа работа №4. Ступенчатые, бесступенчатые,
фрикционные передачи. Расчет нагрузок в коробке передач...........................14 стр.
5. Практическая работа работа №5. Упругая характеристика подвесок.
Кинематические схемы. Расчет нагрузок в элементах подвесок......................16 стр.
6. Практическая работа работа №6. Крепление и балансировка колес.
Расчет нагруженности колес................................................................................18 стр.
7. Практическая работа работа №7. Рулевые механизмы, рулевые приводы,
рулевые усилители. Расчет нагрузок в элементах рулевого управления........20 стр.
8. Практическая работа работа №8. Рамы. Нагрузочные режимы рам.
Расчет рам. Кузова. Нагрузочные режимы кузовов...........................................22 стр.
Список литературы...............................................................................................25 стр.
ВВЕДЕНИЕ
Переоборудование и тюнинг узлов, систем и в целом автомобиля направлены на улучшение динамических качеств, экономичности, увеличения мощности, безопасности эксплуатации автомобиля, а также уменьшения влияния на
внешнюю среду.
Важным условием переоборудования и тюнинга автомобиля являются
знания конструкций узлов и систем автомобилей, видов и характера изменения
при различных режимах эксплуатации нагрузок, последних разработок в автомобилестроении.
Тюнинг (от английского слова tune – настраивать, приспосабливать) применительно к технике означает ее доработку (доводку) с целью улучшения
имеющихся свойств или показателей. Каждый система или узел автомобиля, его
внешний вид и интерьер также обладают определенными свойствами и показателями. Сравнивая эти свойства и показатели у разных автомобилей, можно делать выводы о их техническом совершенстве. Объектов тюнинга на автомобиле
столько, сколько он имеет узлов и систем, не говоря уже об интерьере салона и
экстерьере.
В методических указаниях рассмотрены практические работы по определению основных параметров узлов и систем автомобилей, дан анализ и оценка
конструкций, определены основные нагрузки в узлах и конструкциях автомобиля., намечены направления усовершенствования.
Чаще всего заказчиком тюнинга выступает заинтересованный в этом владелец автомобиля или, например, спортивный клуб. И в определенной ситуации
тюнинг двигателя может оказаться делом выгодным. Такая ситуация, например,
имеет место, когда у владельца возникает желание иметь автомобиль с более
мощным двигателем. В этом случае затраты на тюнинг оказываются существенно ниже, чем затраты на продажу имеющегося автомобиля и покупку нового.
Студент должен
иметь представление:
- о конструкции автомобилей, узлов, агрегатов;
- назначение и устройство основных систем автомобиля;
знать и уметь использовать:
- методики определения надежности, прочности элементов конструкции автомобиля;
- анализ и синтез структуры кинематики и динамики механизмов автомобиля;
- методики определения работоспособности механизмов на основе расчета
аномальности и иррациональности структуры механизмов;
- систему проектно-конструкторской документации, правила построения технических систем и чертежей;
- методы расчета параметров гидравлических и пневматических систем,
прочностных характеристик отдельных деталей технических средств предприятий сервиса;
- базу данных для самостоятельного подбора и освоения новой техники.
1. Практическая работа №1 (2 часа)
Надежность и ее составляющие. Определение запаса прочности
конструкций
Теоретическая часть.
Общие сведения о технической диагностике и надежности.
Диагноз распознавания: Объект, состояние которого определено, называется объектом диагноза.
Диагностика представляет собой процесс исследования объекта диагноза.
Завершением этого исследования является получение результата диагноза, т.е.
заключение о состоянии объекта (объект исправен, объект не исправен, в объекте имеется такая то неисправность). Диагностика – отрасль знаний, включающая в себя теорию и методы организации процессов диагноза, а так же принципы построения средств диагноза. Когда объектом диагноза является объекты
технической природы, говорят о технической диагностике. Техническая диагностика решает три типа задач по определению состояний технических объектов:
1)
Задачи по определению состояния, в котором находится объект в
настоящий момент времени. Это задачи диагностики;
2)
Задачи по предсказанию состояния, в котором окажется объект, в некотором роде это будет момент времени. Это задача прогноза прогнозирования. К
задачам технического прогнозирования относятся задачи по назначению периодичности профилактики и ремонта;
3)
Задачи определения состояния, в котором находился объект в некоторый момент времени в прошлом. Это задачи генеза отрасль, решающая задачи
этого типа называется технической генетикой. К этим задачам относятся,
например, причины аварии.
В жизни любого объекта, как некоторого изделия всегда можно выделить два этапа: производство и эксплуатация данного объекта. Бывает так же
этап хранения этого объекта.
Для любого объекта на каждом этапе его жизни задаются определенные технические требования. Желательно, чтобы объект всегда соответствовал этим требованиям. Однако в объекте могут возникнуть неисправности,
нарушающие указанное соответствие прибора. Тогда задача состоит в том, чтобы создать на этапе производства или восстановить нарушенную неисправность (которая может появиться на этапах эксплуатации или хранения) в соответствии с заданными техническими требованиями прилагаемыми объекту.
Решение этой задачи невозможно без эпизодического или непрерывного диагноза состояния объекта. Состояние объекта определяется его
надежностью. Надежность: это свойство объекта выполняемых заданных функций сохранения, во время значений и установленных эксплуатационных показателей в заданных режимах и условиях использования, технического обслуживания, ремонта и т.д.
Исправное состояние: это состояние, при котором прибор соответствует
всем требованиям устнонормативной – технической документации.
Неисправное состояние: это состояние, при котором прибор, объект не
соответствует хотя бы одному из требований нормативно – технической документации.
Работоспособное состояние: это состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных нормативов в
пределах установленных документацией.
Неработоспособное состояние: это состояние, при котором значения хотя
бы одного заданного параметра не соответствуют нормативно – технической
документации.
Понятие повреждение заключается в нарушении исправного состояния
изделия при сохранении его работоспособности. Для любого изделия существуют понятия: дефект, неисправность, отказ, сбой и ошибка.
Дефект: это отклонение от параметров изделия относительно заданных в
нормативно – технической документации.
Неисправность: форматированное представление факта проявления дефекта на входах и выходах изделия.
Отказ: дефекты, связанные с необратимыми нарушениями характеристик
изделия, приводящим к нарушению его работоспособного состояния.
Сбой: дефект, заключающийся в том, что в результате временного изменения параметров изделия в течение некоторого периода времени оно будет
функционировать непрерывно. Причем его работоспособность восстанавливается самонаправленно. Помехи, воздействующие на работоспособность.
Ошибки: (для дискретной техники) называют неправильное значение сигналов на внешних входах изделия, вызванное неисправностями, переходными
процессами или помехами, воздействующими на изделие.
Число дефектов, неисправностей, отказов, сбоев, одновременно присутствующих в изделии называют кратностью.
Кратность ошибок определена не только кратностью неисправности, из-за
которой она возникла, но и структурной схемой изделия, т.к. в результате имеющихся разветвлений в схеме однократная неисправность может вызвать многократную ошибку в последовательных цепях.
Безотказность: свойство изделия, в котором он непрерывно сохраняет работоспособность в течение некоторого времени.
Ремонтопригодность: свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов,
повреждений и устранения их путем ремонта и технического обслуживания.
Показатели безотказности:
1)
Вероятность безотказной работы P(t) – это вероятность того, что в заданном интервале времени t в изделии не возникает отказа.
  P(t)  ; P(o) = 1; P() = 0;
(1.1)
Функция P(t) является монотонно убывающей функцией, т.е. в процессе
эксплуатации и хранения надежность только убывает. Для определения P(t) используется следующая статическая оценка:
N− N 0
;
N
P t =
(1.2)
где N – число изделий, поставленных на испытание (эксплуатацию).
N0 – число изделий, отказавших в течении времени t.
2)
Вероятность бессбойной работы Рсб(t) – это вероятность того, что в заданном интервале времени t будет отсутствовать сбой в изделии.
Рсб(t) = 1- Q сб(t);
(1.3)
где Q сб(t) - функция распределения сбоев в течение времени t.
Для определения стабильности оценки мы имеем формулу:
P сб t =
N− N 0
;
N
(1.4)
где N – число изделий поступивших на эксплуатацию.
N0 – число изделий, в которых произошел сбой в течение времени t.
3)
Интенсивность отказа (t) – это условная плотность вероятности возникновения отказа не восстанавливаемого объекта, определенного рассмотренного момента времени, при условии, что до этого момента отказ не возник.
Для определенно (t) используется следующая статистическая оценка:
n Δt
;
N ср Δt
λ t =
(1.5)
где n(t) – число отказавших изделий в интервал времени (t).
Nср(t) – ссреднее число исправных изделий в интервал времени (t).
Ni Ni
2
N ср=
1
;
(1.6)
4)
Средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы) Т –
это математическое ожидание наработки до первого отказа определяется так:
Т=∫
∞
0
P t dt ;
(1.7)
Эти показатели рассчитаны на изделие, которое не подлежит восстановлению.
Показатели ремонтопригодности:
1)
Вероятность восстановления s(t) – это вероятность того, что отказавшее изделие будет восстановлено в течение времени t.
S t =
nв
N ов
;
(1.8)
где nв – число изделий время восстановления которых было  (меньше) заданного времени t;
Nов – число изделий оставшихся на восстановлении.
2)
Интенсивность восстановленного М(t) – условная плотность распространения времени восстановления для момента времени t при условии, что до
этого момента восстановление изделия не произошло.
M t =
nв Δt
;
N вср Δt
(1.9)
где nв(t) – число восстановленных изделий за время t;
Nв.ср(t) – среднее число изделий которые, не были восстановлены в течение времени t.
3)
Среднее время восстановления Тв – это натуральная величина ожидания восстановления.
Т в= ∫
∞
0
1− S t dt ;
(1.10)
Статистическая оценка:
N СВ
∑ t ib
T d=
(1.11)
i= 1
N ОВ
4)
Коэффициент готовности Кг (t) – это вероятность того, что изделие работоспособно в произвольный момент времени t.
Стационарный режим: t  .
Кг =lim
Кг (t)
(1.12)
t 
Стационарная оценка:
n
∑ t pi
К Г=
i= 1
n
n
∑ t pi
∑ t bi
i= 1
i= 1
;
(1.13)
где tpi i – ый интервал времени исправной работы изделия.
tbi – интервал времени восстановления изделия.
n – число отказов изделия.
Коэффициент оперативной готовности Копер. (t, ) – работоспособна в
произвольный момент времени t.
5)
Коэффициент оперативной готовности Копер. (t, ) – это вероятность
того, что аппаратура будет работоспособна в произвольный момент времени t. и
безотказно проработает заданное время r.
Копер.(t, ) = Кг(t)  Р()
Для определения Копер. имеется статистическая оценка:
К опер . t , τ =
(1.14)
Nl τ
;
N0
Контрольные вопросы
1. Основной критерий прочности. Его определение.
2. Определение прочности при сложной деформации.
3. Факторы, определяющие выбор коэффициента запаса прочности для конструкции.
2. Практическая работа №2 (2 часа)
Тормозные механизмы. Регуляторы тормозных сил. Расчет нагрузок
в элементах тормозных систем
Теоретическая часть
Для оценки конструктивных схем тормозных механизмов служат следующие критерии:
Коэффициент тормозной эффективности. Отношение тормозного момента, создаваемого тормозным механизмом, к условному приводному моменту
Кэ = Мтор / (∑Р×rтр) ;
(2.1)
где Мтор – тормозной момент;
∑Р – сумма приводных сил;
rтр – радиус приложения результирующей сил трения (в барабанных тормозных механизмах – радиус барабана rб, в дисковых – средний радиус
накладки rср )
Тормозная эффективность должна оцениваться раздельно при движении
вперед и назад.
Стабильность Этот критерий характеризует зависимость коэффициента
тормозной эффективности от изменения коэффициента трения. Эта зависимость
представляется графиком статической характеристики тормозного механизма.
Лучшей стабильностью обладают тормозные механизмы, характеризуемые линейной зависимостью.
Уравновешенность. Уравновешенными являются тормозные механизмы, в
которых силы трения не создают нагрузку на подшипники колеса.
Для оценки конкретных конструкций тормозных механизмов необходимо
дополнительно пользоваться расчетными нормативами (давление на колодки,
нагрев тормозного барабана и др.).
Дисковые тормозные механизмы
Дисковые тормозные механизмы применяются главным образом на легковых автомобилях: на автомобилях большого класса на всех колесах; на автомобилях малого и среднего классов – в большинстве случаев на передних колесах (на задних колесах применяются барабанные тормозные механизмы).
В последнее время дисковые тормозные механизмы нашли также применение на грузовых автомобилях ряда зарубежных фирм.
Конструкции дисковых тормозных механизмов могут выполняться с неподвижной или плавающей скобой.
В дисковом тормозном механизме с плавающей скобой скоба может перемещаться в пазах кронштейна, закрепленного на фланце поворотного кулака.
В этом случае цилиндр (в некоторых конструкциях – два или три) расположен с
одной стороны. При торможении перемещение поршня вызывает перемещение
скобы в противоположную сторону, благодаря чему обе колодки прижимаются
к тормозному диску. Плавающая скоба имеет значительно меньшую ширину по
сравнению с неподвижной, что позволяет легко обеспечить отрицательное плечо обкатки. При плавающей скобе ход поршня в 2 раза больше, чем при неподвижной.
Основным достоинством дискового тормозного механизма является его
хорошая стабильность, что отражено в статической характеристике, которая
имеет линейный характер.
К другим достоинствам дискового тормозного механизма можно отнести
следующие:
- меньшую чувствительность к попавшей на накладки воде, по сравнению
с барабанным тормозным механизмом (давление накладок в 3…4 раза превосходит давление накладок барабанного тормозного механизма, что объясняется
меньшей их площадью);
- возможность увеличения передаточного числа тормозного привода благодаря малому ходу поршня;
- хорошее охлаждение тормозного диска, так как тормозной механизм открытый для более интенсивного охлаждения диска в нем часто выполняются
радиальные каналы;
- меньшую массу по сравнению с барабанным.
Барабанные тормозные механизмы
Рабочий процесс барабанного колодочного тормозного механизма. Рассмотрим силы, действующие на колодку барабанного тормозного механизма.
Колодка прижимается к тормозному барабану под действием силы Р τ. При
вращении барабана, между барабаном и накладкой колодки возникают силы
взаимодействия.
С достаточной для практических целей точностью можно принять распределение давления по длине накладки равномерным. Это допущение используется при сравнительной оценке различных схем тормозных механизмов.
Барабанные ленточные тормозные механизмы в качестве колесных в
настоящее время не применяют, что объясняется главным образом их низкой
стабильностью при высоком значении коэффициента эффективности, особенно
в конструкциях с большим серводействием. В редких случаях их используют
для стояночной тормозной системы, так как они имеют высокую эффективность.
Контрольные вопросы
1. Сравнить тормозные механизмы по уравновешенности.
2. По каким критериям оценивают тормозные механизмы?
3. Сравнить функциональные свойства регуляторов тормозных сил и АБС.
4. Какие преимущества имеет двухпроводная тормозная система по сравнению с
однопроводной?
3. Практическая работа №3 (2 часа)
Основные элементы фрикционного сцепления. Расчет нагрузок
в сцеплении.
Теоретическая часть
Нажимной диск. Для передачи части крутящего момента двигателя этот
диск должен иметь силовую связь с маховиком в тангенциальном направлении
и возможность перемещения в осевом направлении при включении и выключении сцепления. Существует три схемы различных способов обеспечения связи
нажимных дисков с маховиком. Наиболее простой способ – применение упругих пластин, закрепленных одним концом на нажимном диске, другим – на кожухе сцепления. Другие способы более сложные; кроме того, при выключении
сцепления необходимо дополнительно к усилию для сжатия нажимных пружин
преодолеть трение между элементами, через которые передается усилие от диска к маховику или кожуху сцепления.
Рычаги выключения сцепления. Шарнирная связь их с опорами в нажимном диске и в кожухе сцепления может быть обеспечена установкой рычагов на
игольчатых подшипниках, при этом потери на трение при управлении сцеплением минимальны.
При выключении сцепления, когда рычаги из наклонного положения перемещаются в горизонтальное, расстояние между опорами рычага меняется.
Для обеспечения кинематического согласования перемещений рычага вилка, в
которой размещен игольчатый подшипник опоры, связанной с кожухом сцепления, опирается на кожух сцепления через регулировочную гайку со сферической поверхностью и, таким образом, позволяет опоре рычага перемещаться по
дуге.
Ведомый диск сцепления. Ступица, диск с фрикционными накладками и
гаситель крутильных колебаний – элементы ведомого диска, который центрируется по ступице и подвергается статической балансировке. Для предохранения
диска от коробления при нагреве в нем выполняются радиальные прорези. Диск
должен обладать упругостью, чтобы обеспечить плавность включения сцепления.
Фрикционные накладки. К накладкам предъявляется ряд требований: высокий коэффициент трения, мало изменяющийся от температуры, давления,
скорости буксования; высокие износоустойчивость и прочность; плавное, про-
порциональное нажимному усилию нарастание силы трения; достаточная термостойкость и теплопроводность.
До последнего времени для фрикционных сцеплений в основном применялись асбофрикционные накладки, в состав которых входят асбест, наполнители, связующие. В настоящее время все большее распространение получают
фрикционные накладки без асбеста или с минимальным его содержанием.
Кожух сцепления. Кожух изготовляют из малоуглеродистой стали методом глубокой вытяжки. Центрирующим элементом являются штифты, болты
или центрирующий бортик на маховике. Для отвода теплоты от нагретых деталей кожух имеет окна, которые обеспечивают необходимую вентиляцию. Иногда для обеспечения направленной циркуляции воздуха в картере сцепления
устанавливают направляющие элементы, выполненные из тонкого стального
листа.
Для определения максимального момента, передаваемого сцеплением,
пользуются уравнением:
МС = Мкmax β = Рпр μ Rср i ,
(3.1)
Наружные D и внутренние d диаметры ведомых дисков, исходя из которых выбирают Rср, задаются ГОСТом.
Цилиндрическая нажимная пружина. Число пружин в сцеплении с периферийными цилиндрическими пружинами должно быть кратным числу рычагов
выключения. Усилие одной пружины:
Р'пр = fпр G d4п / (8 np.в D3в) ,
(3.2)
где fпр – деформация;
G – модуль сдвига для стали (8…9) · МПа;
dп – диаметр проволоки;
np.в – число рабочих витков [полное число витков nп.в = np.в + (1,2…2);
Dв – средний диаметр витка.
В значительной степени эксплуатационные качества сцепления определяются жесткостью пружины:
спр = Р'пр / fпр = G d4п / (8 np.в D3в) ,
(3.3)
Напряжение цилиндрической пружины:
τпр = 8 Р'пр Dв / (π d3п) , [τ] = 700…900 МПа.
(3.4)
Расчеты других нажимных пружин (двойной цилиндрической, конической, диафрагменной), фрикционных дисков, пружин гасителя крутильных колебаний, рычагов выключения сцепления и других элементов сцепления см.
учебник.
Контрольные вопросы
1. Сравнить диаметры ведомых дисков одно и двухдискового сцеплений, рассчитанных на передачу одинаковых моментов при одинаковом давлении на
диски.
2. Для какой цели опорные вилки рычагов выключения сцепления имеют шарнирную связь с кожухом сцепления?
3. Сравнить усилия выключения сцеплений с центральной конической пружиной и с периферийными пружинами, если сила нажатия на ведомый диск
одинакова.
4. Почему число рычагов выключения всегда кратно числу периферийных пружин?
5. Какое назначение имеют пружины гасителя крутильных колебаний?
4. Практическая работа №4 (2 часа)
Ступенчатые, бесступенчатые, фрикционные передачи. Расчет нагрузок в
коробке передач
Теоретическая часть
Ступенчатые коробки передач могут быть двухвальными, трехвальными и
многовальными.
Двухвальные коробки передач. Такие коробки применяют для переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) автомобилей. Конструктивно их совмещают в одном блоке с двигателем, сцеплением,
главной передачей и дифференциалом.
При поперечном расположении коробки передач применяется цилиндрическая главная передача. Шестерня главной передачи, выполненная за одно целое с ведомым валом коробки передач, расположен консольно.
Трехвальные коробки передач. При числе ступеней обычно не более шести управление коробкой может осуществляться при помощи одного рычага.
Отличительной особенностью трехвальной коробки передач является наличие
прямой передачи, на которой автомобиль движется большую часть общего пробега. На прямой передаче трехвальная коробка имеет более высокий КПД, чем
двухвальная, работает менее шумно, так как в этом случае имеют место только
гидравлические потери. На остальных передачах трехвальной коробки в зацеплении находятся две пары зубчатых колес, в то время как у двухвальной – одна.
Это определяет более низкий КПД, но позволяет иметь на низшей передаче передаточное число иКП1 = 9. Для дальнейшего увеличения передаточного числа
требуется применение многовальных коробок.
Многовальные коробки передач. Многовальные коробки передач применяются при большом числе передач и представляют собой четырех…шестиступенчатую трехвальную коробку передач со встроенным или совмещенным редуктором. Редуктор может быть повышающим или понижающим.
Повышающий редуктор (мультипликатор или делитель) устанавливают перед
коробкой передач, он имеет назначение уменьшить разрыв между передаточными числами соседних передач (уплотнить ряд), незначительно увеличивая
диапазон передач. Понижающий редуктор (демультипликатор) размещают за
коробкой передач.
Бесступенчатые передачи. При создании коробки передач должна быть
решена задача обеспечения максимальной тяговой силы и минимального расхода топлива при заданных дорожных условиях. Тяговые мощность Nт и сила Рт
связаны между собой прямой зависимостью:
Nт = Рт v / 1000
(4.1)
Максимальное значение тяговой силы для заданной скорости движения
может быть получено при работе двигателя на режиме максимальной мощности:
Рт max = 1000 Nemax ηтр / v ,
(4.2)
где Nemax – максимальная мошность на коленчатом валу двигателя;
Рт – тяговая сила на колесах;
v - скорость автомобиля;
ηтр – КПД трансмиссии.
Фрикционные передачи. Такие передачи (часто их называют вариаторами)
различают по характеру фрикционной связи между ведущими и ведомыми элементами: с гибкой связью и с непосредственным контактом. Обязательным
условием работы фрикционной бесступенчатой передачи является такой коэффициент трения μ в контакте фрикционных элементов, который превышает
удельную касательную силу:
μ > ко ,
(4.3)
где ко – отношение касательной силы в контакте к нормальной.
Общим для всех бесступенчатых фрикционных передач является отсутствие внутренней автоматичности изменения передаточного числа (саморегулирования), поэтому в таких передачах необходим специальный регулятор, реагирующий на нагрузку и скорость движения. Кроме того, необходим механизм
трогания (сцепления) и механизм реверса для обеспечения движения задним
ходом.
В контакте фрикционных элементов, в той или иной степени, имеет место
относительное скольжение, что отражается на КПД передачи.
Нагрузки в коробке передач. Для трехвальной коробки передач при включении одной передачи на зубья пары постоянного зацепления привода промежуточного вала действуют следующие силы:
окружная Рп.з = Мк max / rw п.з ;
(4.4)
осевая (при косозубых колесах) Рхп.з = Рп.з tgβ ;
(4.5)
радиальная РRп.з = Рп.з tgαw / cosβ ;
(4.6)
нормальная Рn п.з = Рп.з / (cosαw cosβ) .
(4.7)
Здесь αw – угол профиля зуба; β – угол наклона зубьев; rw п.з – радиус делительной окружности шестерни ведущего вала.
Контрольные вопросы
1. Почему на грузовых автомобилях не применяются двухвальные ступенчатые
коробки передач?
2. Каково должно быть направление скоса зубьев на шестернях промежуточного
вала коробки передач для уравновешивания осевых сил?
3. Дать сравнительный анализ раздаточных коробок с межосевым дифференциалом и без него.
4. Дать сравнительную оценку бесступенчатых передач различных типов.
5. Чем объяснить сравнительно малое распространение дисковых синхронизаторов?
5. Практическая работа №5 (2 часа)
Упругая характеристика подвесок. Кинематические схемы. Расчет
нагрузок в элементах подвесок
Теоретическая часть
Для удовлетворения требованиям плавности хода подвеска должна обеспечивать определенный закон изменения вертикальной реакции на колесо Rz в
зависимости от прогиба – эта зависимость называется упругой характеристикой
подвески.
При изменении полезной нагрузки автомобиля от минимума до максимума нагрузка от подрессоренной части, определяющая fст , меняется на передней
подвеске на 10…30%, на задней подвеске легковых автомобилей на 45…60%,
грузовых на 250…400%, автобусов на 200…250%. Для сохранения оптимальной
частоты собственных колебаний кузова при переменной нагрузке необходимо
поддерживать постоянство статического прогиба подвески, изменяя ее жесткость.
Существуют различные способы обеспечения постоянства статического
прогиба. Например, регулирование давления воздуха в пневматической подвеске или применение дополнительных упругих элементов, включающихся в работу при увеличении нагрузки.
Кинематические схемы. От схемы подвески зависит компоновка автомобиля, параметры плавности хода, устойчивости и управляемости, массы автомобиля и др.
Зависимая и однорычажная независимая подвеска отличаются тем, что
вертикальное перемещение колеса сопровождается изменением угла λ, что вызывает гироскопический эффект, возбуждающий колебания колеса относительно шкворня.
Рычажно-телескопическая подвеска передних колес легковых автомобилей – качающая свеча, обеспечивает незначительные изменения колеи, развала
и схождения колес, при этом замедляется изнашивание шин, улучшается устойчивость автомобиля.
Нагрузки в элементах подвески.
Зависимая подвеска. Нагрузка зависит от реакции от реакции Rz на колесо
и веса неподрессоренных масс Gн.м :
Рр = Rz – 0,5 Gн.м ,
(5.1)
При этом прогиб упругого элемента равен перемещению колеса относительно кузова
fр = fк ,
(5.2)
Независимая подвеска
В зависимости от схемы подвески нагрузка на упругий элемент меняется.
Для однорычажной подвески нагрузка на упругий элемент:
Рр = (Rz - G'к) l / а ,
(5.3)
где G'к – вес колеса и направляющего устройства.
Прогиб упругого элемента однорычажной подвески:
fр = fк а / l
(5.4)
Для двухрычажной подвески нагрузка на упругий элемент
Рр = (Rz - G'к) l / а ,
(5.5)
а прогиб:
fр = fк а / l
(5.6)
Для двухрычажной подвески с торсионным упругим элементом нагрузка
на упругий элемент определяется моментом закручивания торсиона:
М = (Rz - G'к) l
(5.7)
Угол закручивания торсиона:
- круглого:
θ = 32 М l / (π d4 G) ,
(5.8)
где d – диаметр торсиона; G – модуль упругости при кручении.
- пластинчатого:
θ = 3 М l / [n b h3 G(1+0,6 b / h)] ,
(5.9)
где n – число пластин.
Характеристику упругих элементов (листовых рессор, пружин, торсионов,
резиновых упругих элементов см. учебник.
Контрольные вопросы
1. Что определяет упругая характеристика подвески?
2. Каковы преимущества независимых подвесок?
3. В чем преимущества и недостаток листовых рессор?
4. Какие преимущества имеет рессора трапециевидного сечения?
5. Как работают корректирующие пружины?
6. Каковы особенности однотрубного и двухтрубного амортизаторов?
6. Практическая работа №6 (2 часа)
Крепление и балансировка колес. Расчет нагруженности колес
Теоретическая часть
Крепление колес. Конструкция элементов крепления колеса должна обеспечивать точность центрирования колеса, надежность, простоту установки и
снятия колеса, стабильность затяжки, возможность контроля состояния крепления.
Дисковые колеса крепятся к фланцу ступицы гайками на болтах или запрессованных в ее фланец шпильках.
Крепление колес центрируется: по сферическим или коническим фаскам
крепежных отверстий, по центральному отверстию диска, по цилиндрической
поверхности крепежных отверстий диска, по выступам на поверхности диска.
Крепление колеса легкового автомобиля не представляет сложности, при
этом выштамповки диска в местах крепежных отверстий создают упругие деформации от усилия затяжки и обеспечивают стабильность затяжки.
Крепление колеса грузового автомобиля усложняется необходимостью
установки сдвоенных колес. По ГОСТ 10409-74 крепление колес грузового автомобиля предусматривает раздельное крепление внутреннего и наружного
диска. Внутренний диск центрируется и закрепляется колпачковыми гайками с
наружной резьбой, а наружный диск закрепляется гайками, навертываемыми на
колпачковые гайки.
Балансировка колес. В соответствии с ГОСТ 19534-74 ограничиваются
осевое и радиальное биение. Биение и неуравновешенность тесно связаны и
наблюдаются совместно. В результате неуравновешенности и биений увеличиваются вибрации, ухудшается комфортабельность, сокращается срок службы
шин, амортизаторов, рулевого управления, возрастает расход топлива и затраты
на обслуживание.
Суммарная неуравновешенность колеса обусловлена четырьмя видами:
статической, моментной, динамической и квазистатической.
Балансировкой называется процесс устранения неуравновешенности колеса.
Виды балансировок:
- статическая – уменьшение главного вектора дисбалансов колеса;
- моментная – уменьшение главного момента дисбалансов;
- динамическая – уменьшение дисбаланса колеса, корректирующих его динамическую неуравновешенность.
Нагруженность колес. В соответствии с ГОСТ 17697-72 существуют пять
режимов качения колеса: ведущий, свободный, нейтральный, ведомый и тормозной. Соответственно определяется нагруженность колес.
Напряженности в колесе возникают в процессе изготовления, сборки колеса с шиной и качения колеса.
В первых двух случаях возникают статические напряжения, в последнем
же случае – динамические напряжения.
При качении колеса, установленного на автомобиле, возникает внешняя
нагрузка, которая вызывает усталостные напряжения. Кроме того, возникают
периодические силы и моменты вследствие биения и неуравновешенности колес, величина которых пропорциональна квадрату, а частота – первой степени
угловой скорости колеса.
Контрольные вопросы
1. Какие требования предъявляют к шинам?
2. По каким основным признакам классифицируют шины?
3. Как побирают шины для определенного автомобиля?
4. Каковы требования, предъявляемые к металлическим колесам?
5. Охарактеризовать способы крепления колес.
7. Практическая работа №7 (2 часа)
Рулевые механизмы, рулевые приводы, рулевые усилители. Расчет
нагрузок в элементах рулевого управления
Теоретическая часть
Рулевые механизмы. Рулевой механизм включает в себя рулевую пару,
размещенную в картере, рулевой вал, рулевую колонку и рулевое колесо.
Из условий компоновки рулевого механизма рулевой вал может состоять
из двух или трех частей, соединяемых карданными шарнирами.
К конструкции рулевых механизмов предъявляется ряд специальных требований:
- высокий КПД в прямом направлении для облегчения управления автомобилем и несколько пониженный КПД в обратном направлении для снижения силы
толчков, передаваемых на рулевое колесо от управляемых колес при наезде на
неровности;
- обратимость рулевой пары, чтобы рулевой механизм не препятствовал стабилизации управляемых колес;
- минимальный зазор в зацеплении элементов рулевой пары в нейтральном
положении управляемых колес и в некотором диапазоне углов поворота при
обязательной возможности регулирования зазора в процессе эксплуатации;
- заданный характер изменения передаточного числа рулевого механизма;
- травмобезопасность рулевого механизма, с тем чтобы при лобовом столкновении он не был причиной травмы водителя.
Рулевые приводы. К рулевому приводу предъявляются следующие требования: правильное соотношение углов поворота колес, отсутствие автоколебаний управляемых колес, а также самопроизвольного поворота колес при колебаниях автомобиля на подвеске.
Рулевой привод включает рулевую трапецию, рычаги и тяги, связывающие рулевой механизм с рулевой трапецией, а также рулевой усилитель, устанавливаемый на ряде автомобилей.
Рулевые усилители устанавливают на легковых автомобилях высокого
класса, грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности, а также на
автобусах, при этом облегчается управление автомобилем, повышается его маневренность, увеличивается безопасность при разрыве шины. При применении
усилителя несколько повышается износ шин, а также ухудшается стабилизация
управляемых колес.
Усилитель, включенный в рулевое управление, имеет следующие обязательные элементы: источник питания (в пневмоусилителе – компрессор, в гидроусилителе – гидронасос); распределительное устройство; исполнительное
устройство – пневмо- или гидроцилиндр, создающий необходимое усилие.
Нагрузки в деталях рулевого механизма и рулевого привода можно вычислить двумя способами:
- задаваясь расчетным усилием на рулевом колесе;
- определяя усилие на рулевом колесе по максимальному сопротивлению повороту управляемых колес на месте, что более целесообразно.
Контрольные вопросы
1. Для какой цели применяются рулевые механизмы с переменным передаточным числом?
2. По каким критериям оцениваются усилители рулевого привода?
3. Сравнить рулевые механизмы различных типов по КПД.
4. Какими конструктивными мероприятиями можно ограничить передачу толчков от дорожных неровностей на рулевое колесо?
5. По какой причине необходимо беззазорное зацепление в рулевом механизме в
среднем положении, когда автомобиль движется прямолинейно?
8. Практическая работа №8 (2 часа)
Рамы. Нагрузочные режимы рам. Расчет рам. Кузова.
Нагрузочные режимы кузовов
Теоретическая часть
Рамы. Наибольшее распространение на современных рамных легковых
автомобилях имеют периферийные рамы. Лонжероны замкнутого профиля проходят по периферии пола кузова, создавая естественный порог.
Для лонжеронов и поперечин рам легковых автомобилей используют вязкую тонколистовую сталь толщиной от 2 до 4 мм. Рама легкового автомобиля
состоит из 150…200 штампованных сварных деталей. Профили лонжеронов и
поперечин преимущественно закрытого типа.
Для грузовых автомобилей и автобусов разделенного типа наибольшее
применение имеют лестничные рамы, для автобусов объединенного типа – рамы с поперечинами, развитыми на всю габаритную ширину автобуса.
Лонжероны рам автобусов и грузовых автомобилей выполняют из толстолистовой стали толщиной от 5 до 12 мм, поперечины – из стали толщиной от 4
до 8 мм или из труб.
Рама автомобиля представляет собой пространственную, статически
неопределимую несущую систему, нагруженную статическими и динамическими нагрузками. Напряжения в элементах рамы определяются: изгибом в вертикальной плоскости под влиянием симметричной системы сил; кручением вокруг
продольной оси под влиянием кососимметричной системы сил; изгибом в горизонтальной плоскости; местными нагрузками (подвеска топливного бака, запасного колеса, усилия при буксировке и др.).
Статические нагрузки возникают под действием собственного веса рамы и
веса механизмов, кузова и полезного груза и реакции опор рессор.
При движении автомобиля на раму действуют динамические нагрузки.
Расчет на изгиб. Ввиду симметрии изгибающей нагрузки расчет ведется
по одному лонжерону как балки опертой на рессоры. При расчете определяются
величины и координаты приложения нагрузок и опорные реакции, рассчитывают элюру изгибающих моментов Ми , вычисляются моменты Wx сопротивления
изгибу сечений лонжерона, вычисляются напряжения изгиба
σи = Ми / Wx
(8.1)
Эпюру изгибающих моментов рассчитывают по точкам, вычисляя сумму
произведений сил на соответствующие плечи, или методом веревочного многоугольника.
В точке приложения силы Рi изгибающий момент:
i− 1
Ми i =
∑
к= 1
Рl
к
кi ,
(8.2)
где lк i - расстояние между точками приложения сил Рк и Рi
На раму автомобиля действуют статические и динамические изгибающие
нагрузки, вызывающие:
σст + σд ≤ σs / Кбез ,
(8.3)
где Кбез = 1,3…1,8 – коэффициент безопасности, учитывающий местные концентраторы напряжений, технологические отступления, нестабильность механических свойств и др. (далее см. учебник).
Кузова грузовых автомобилей. Как правило, они состоят из двух раздельных элементов – кабины водителя и кузова для груза.
В зависимости от компоновки автомобиля кабины классифицируют на капотные и бескапотные.
Кабины могут быть изготовлены :
- штамповкой из листовой стали, армированные ребрами жесткости, сваривают
точечной сваркой;
- каркасного типа из стали, дюралюминия или дерева и облицовываются стальным, дюралюминиевым листом или стеклопластиком;
- цельнопластмассовые кабины из армированных панелей, соединенных на
клею.
Кузова легковых автомобилей. В США большее распространение получили рамные конструкции, что дает возможность варьировать модели кузовов. В
европейских странах наиболее распространены безрамные силовые схемы,
обеспечивающие наименьшую массу.
Кузова легковых автомобилей классифицируют на каркасные, скелетные
и оболочковые.
Кузова автобусов. Их выполняют вагонного типа, однако применяется и
капотная компоновка на стандартном шасси грузового автомобиля. Классифицируют их на каркасные (ЛАЗ-695) и скелетные (ЛиАЗ-677), сваренные из панелей с усиливающими ребрами.
На неподвижный автомобиль действуют статические нагрузки от собственной массы и полезной нагрузки.
Кузов подвержен изгибу и кручению: симметричная нагрузка вызывает изгиб,
кососимметричная нагрузка – кручение в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Пространственная система кузова трудно поддается расчету на сложные
напряжения изгиба и кручения. Поэтому кузов условно расчленяют на отдельные элементы и рассчитывают их на изгиб и кручение раздельно.
Наиболее достоверную информацию о напряженном состоянии кузова
получают методом тензометрирования как в стендовых, так и в дорожных условиях.
При одностороннем растяжении или сжатии допускаемое напряжение:
σ = σs / Кбез ,
(8.4)
Условия прочности
при изгибе:
σст + σд ≤ σи или σст ≤ σs / Кбез (1 - Кд)
(8.5)
при кручении:
σк ≤ σs / Кбез (1 + 1 / Кд),
(8.6)
При наличии сложного напряженного состояния эквивалентное напряжение:
σэ =
σ 3τ
2
и
2
≤ σ,
(8.7)
Список литературы
1. Балабин И.В., Вазингер В.Г., Петровский Н.С. Автотракторные колеса. Справочник. М.: «Машиностроение», 2000. – 272 с.
2. Богатырев А.В., Есеновский Ю.К. Автомобили. Учебник для вузов. М.: «Колос», 2002. – 496 с.
3. Бочаров Н.Ф., Цитович И.С., Конструрование и расчет колесных машин высокой проходимости. М.: «Машиностроение», 2002. - 302 с.
4. Бухарин Н.А., Прозоров В.С. и др. Автомобиль. Санкт-Петербург : «Машиностроение», 2000. – 504 с.
5. Вахламов В.К., Нарбут А.Н. Автомобиль. Основы конструкции. М.: «Машиностроение», 2002. - 303 с.
6. Вахламов В.К., Шатров М.Г. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля
и двигателя. Учебник. М.: «АСАDEMA», 2003. - 816 с.
7. Гришкевич А.И. Автомобили. Конструкции, конструирование и расчет.
Минск : «Вышейшая школа», 1995. – 240 с.
8. Гришкевич А.И. Проектирование трансмиссий автомобилей. Справочник. М.:
«Машиностроение», 2002. - 264 с.
9. Иларионов В.А., Морин М.М., Фаробин Я.Е. Теория и конструкция автомобиля. М.: «Машиностроение», 2004. - 416 с.
10. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. Учебное пособие. М : «Высшая школа», 2002. - 495 с.
11. Лазурко А.А., Соколов С.С. Результаты исследования газовыпускной системы с однотрубным коллектором для многоцилиндровых ДВС. М : «Двигателестроение», 2003. №3. - 32 с.
12. Луканин В.Н., Алексеев И.В. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Динамика и конструирование. Учебник для вузов. М.: «Высшая школа», 1995. - 319
с.
13. Лукин П.П., Гаспарянц Г.А. и др. Конструирование и расчет автомобиля. М.:
«Машиностроение», 2004. - 376 с.
14. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К., Автомобиль: Анализ конструкций, элементы
расчета. Учебник для вузов. М.: «Машиностроение», 2004. – 304 с. ил.
15. Раймпель И. Шасси автомобиля. Рулевое управление. М.: «Машиностроение», 1987. - 228 с.
16. Раймпель И. Шасси автомобиля. Элементы подвески. М.: «Машиностроение», 1987. - 284 с.
17. Родионов В.Ф., Фиттерман Б.М. Проектирование легковых автомобилей. М.:
«Машиностроение», 2004. - 479 с.
18. Степанов В.Н. Тюнинг автомобильных двигателей. Санкт-Петербург : ЗАО
«Алфамер Паблишинг», 2004. – 86 с.
19.Фрумкин А.К. Регуляторы тормозных сил и антиблокировочные системы.
М.: МАДИ. 2005. - 58 с.
Кафедра «Сервис»
Шарейко О.И.
ПЕРЕОБОРУДОВАНИЕ И ТЮНИНГ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Учебно-методическое пособие по выполнению практических работ
для студентов дневной и заочной форм обучения
Подписано в печать
Печать ротапринтная. Усл. п. л. 0,94 , уч. - изд. л. 0,75 .Тираж 30 экз.
Издательство КМВИС (филиал ЮРГУЭС).
357500, г. Пятигорск, Ставропольский край, бульвар Гагарина 1, кор1