Расчет пружины подвески

Пружины в качестве основных упругих элементов широко применяются в подвесках легковых машин повышенной проходимости и в качестве вспомогательных элементов, например ограничителей или корректирующих устройств, на других машинах. В первом случае используются цилиндрические пружины, витые из прутка круглого или прямоугольного сечения; характеристика их линейна. Для ограничителей хода применяются конические пружины.

Усилие, сжимающее пружину, определяется кинематической схемой подвески.

Рисунок 20. Расчетная схема подвески с цилиндрической пружиной

P_n = (P_i a_i,)/b_i

Усилие Р_n может быть выражено также следующим образом:

P_n = λ * c_n, P_nmax = λ_max * c_n,,

где λ_mах — максимальная деформация пружины; с_n — жесткость пружины.

где τ_mах — максимальное напряжение в пружине; d — диаметр прутка; D — средний диаметр пружины; τ_доп — допускаемое напряжение; τ_доп = 600-700 МПа.

В подвесках колес автомобилей применяют, как правило, пружины с витками круглого сечения.

Основные параметры, характеризующие работу пружины:

D – средний диаметр витка пружины;

d – диаметр прутка;

t – шаг витка;

n – количество рабочих витков;

Пружина подвергается не только сжатию, но и изгибу вследствие того, что один конец пружины закреплен на подвижном рычаге. Этот изгиб оказывает влияние на жесткость подвески и на напряжение в пружине. Для снижения таких напряжений ось пружины при динамическом прогибе должна быть почти прямолинейной. Поэтому при максимальном основном напряжении в пружине можно свести до минимума дополнительное напряжение от изгиба.

Диаметры пружины и витка определяются из условий прочности

где P_пр – усилие, действующее на пружину; D и d – средний диаметр пружины и диаметр витка; K – коэффициент, учитывающий увеличение напряжения на внутренней поверхности пружины.

Для пружин подвесок применяются такие же стали, что и для рессор, а именно 55ГС, 50С2, 60С2 с допустимым напряжением 1000 МПа при максимальном прогибе.

Число витков пружины определяется из условия обеспечения необходимой собственной частоты, когда

Из выражения при заданной частоте n_n, массе m_пп можно найти значение приведенной жесткости подвески С_п , а затем приведенную жесткость упругого элемента

С_пр=С_пС_ш/(С_ш+С_п),

Где С_ш – жесткость шины.

В независимой подвеске приведенная жесткость С_рп связана с жесткостью упругого элемента с следующим выражением

С= С_pu (p₁/α)².

В общем случае приведенная жесткость подвески постоянной жесткости упругого элемента изменяется в зависимости от перемещения колеса вследствие изменения передаточного числа рычага.

При статической нагрузке рычаг подвески должен располагаться горизонтально. Это положение используется для оценки комфортабельности автомобиля.

Прогиб и жесткость пружины:

Из формулы определим число рабочих витков

i = Gd⁴/(8cD³),

где G – модуль упругости сдвига; G = 7,8 * 10⁴ МПа.

Полное число витков пружины:

i_п = i + (1,5÷2).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: