Расчет модернизированного рычага
Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам,а также
промокод
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Для расчета КЭМ детали использовались элементы типа СTETRA10. Полученная модель представлена на рисунке 2.21.
Рисунок 2.21 – КЭМ рычага
Рисунок 2.22 – RBE2-элементы в местах крепления рычага к кузову автомобиля
Рисунок 2.23 – RBE2-элементы в местах крепления поперечной тяги
Рисунок 2.24 – RBE2-элементы в месте приложения силы
Отчет по сетке
------------
Общее число элементов в детали: 33363
Число элементов CTetra10: 18613
Число элементов жесткой связи: 4
Граничные условия
Закрепление осуществлялось в местах крепления рычага. Ограничение всех перемещений и вращательных движений узла вокруг оси Ox, в который сходятся все RBE-элементы, в местах крепления рычага к несущей системе автомобиля. Это проиллюстрировано на рисунке ниже:
Рисунок 2.25 – Ограничение в местах крепление к подрамнику
В месте крепления поперечной тяги подвески запрещены всех перемещения и вращательные движений узла вокруг осей Ox и Oy.
Рисунок 2.26 – Ограничение на перемещение в месте крепления поперечной тяги подвески
Расчет действия тормозной силы
Рассчитанные нагрузки от тормозного усилия прикладываются в центральном узле:
Рисунок 2.27 – Приложенная сила, Н
Результаты расчета действия тормозного усилия
На рисунке 2.28 показано распределение узловых перемещений. Наибольшее перемещение составляет 1,127 мм.
Рисунок 2.28 – Общий вид деформированного состояния рычага в масштабе 10:1, мм
На рисунках 2.29, 2.30 представлено распределение напряжений по элементам. Максимальное напряжение равно 232,80 Мпа.
Рисунок 2.29 – Общий вид напряженного состояния рычага по Мизесу, МПа
Рисунок 2.30 – Общий вид напряженного состояния рычага по Мизесу, МПа
Расчет действия силы тяги
Рассчитанные нагрузки от силы тяги прикладываются в центральном узле:
Рисунок 2.31 – Приложенная сила, Н
Результаты расчета действия силы тяги
На рисунке 2.32 показано распределение узловых перемещений. Наибольшее перемещение составляет 0,902 мм.
Рисунок 2.32 – Общий вид деформированного состояния рычага в масштабе 10:1, мм
На рисунках 2.33, 2.34 представлено распределение напряжений по элементам. Максимальное напряжение равно 186,24 Мпа.
Рисунок 2.33 – Общий вид напряженного состояния рычага по Мизесу, МПа
Рисунок 2.34 – Общий вид напряженного состояния рычага по Мизесу, Мпа
Расчет потери устойчивости
Для определения критических усилий по потери устойчивости было приложено единичное сжимающее усилие 1 Н.
Рисунок 2.35 – Приложенная сила, Н
Результаты расчета определения критической силы потери устойчивости
В ходе проведения расчетов были определены первые две формы потери устойчивости, а также усилия, которые в них возникают.
Рисунок 2.36 – Первая форма потери устойчивости, возникающая при усилии 3,317*105, Н
Рисунок 2.37 – Вторая форма потери устойчивости, возникающая при усилии 2,874*106, Н
Чертеж модернизированного рычага см. в приложении А.
ИЗ проделанных расчетов можно сделать следующие выводы.
1. Максимальные напряжения, возникающие в модернизированном рычаге, равны 232,80 МПа. Данные напряжения не превышают предел текучести материала 300 МПа.
2. Таблица сравнения напряженных состояний рычагов:
Модель рычага Действие тормозной силы Действие силы тяги Критическая сила потери устойчивости, Н
Напряжения, МПа Перемещения, мм Напряжения, МПа Перемещения, мм
Исходный 136,77 0,647 54,71 0,259 1,291*107
Модернизированный 232,80 1,127 186,24 0,902 3,317*105
3. Наблюдается повышение напряжений и перемещений в модернизированном рычаге, однако, полученные значения не превышают допустимых. В то же время модернизированный рычаг имеет значительно меньшую массу, что в свою очередь ведёт к уменьшению подрессоренной массы и улучшению частотных характеристик подвески.
3 УЛУЧШЕНИЕ АЭРОДИНАМИКИ PORSCHE CAYMAN
Совершенствование аэродинамики легкового автомобиля путем улучшения обтекаемости кузова является одним из направлений повышения его безопасности, топливной экономичности, скоростных и динамических свойств, эргономичности и эклогичности. Для разработки мероприятий по улучшению обтекаемости автомобиля на стадии его проектирования необходимы математические зависимости, связывающие аэродинамические характеристики с основными формообразующими параметрами кузова. Наличие таких зависимостей позволит в процессе художественного конструирования целенаправленно вносить изменения в форму кузова, имея при этом возможность количественной оценки степени влияния этих изменений и дополнений на аэродинамические характеристики проектируемого автомобиля.
А.А. Капустиным исследованы особенности обтекания спортивно-гоночных автомобилей с кузовами различного типа. Им разработана методика определения аэродинамического сопротивления спортивно-гоночного автомобиля, учитывающая влияние на его обтекаемость типа и формы кузова, способа установки колес, наличие навесных аэродинамических элементов путем введения специальных оценочных индексов, которые затем суммируются. Для расчетного определения коэффициента аэродинамического сопротивления Сх спортивно-гоночного автомобиля предлагается следующая формула:
Сх=0,245+0,017Хс, (3.1)
где Хс - суммарный индекс аэродинамического сопротивления данной модели автомобиля.
Полная аэродинамическая сила Pw - равнодействующая всех элементарных аэродинамических сил, действующих на поверхность транспортного средства. Полный аэродинамический момент Mw - это результирующий момент, создаваемый всеми действующими на транспортное средство аэродинамическими силами. Проекции полной аэродинамической силы и полного аэродинамического момента в связанной системе осей координат, начало которой обычно совмещают с центром тяжести (Цх) транспортного средства, принято называть: Pх - сила лобового сопротивления; Py - боковая сила; Pz - подъемная сила; Mх - момент крена; My - опрокидывающий момент или момент тангажа; Mz - поворачивающий момент или момент рыскания.
Па рис. 3.1 показана схема действующих на автомобиль аэродинамических сил и моментов.
Полная аэродинамическая сила и полный аэродинамический момент определяют следующим образом:
Pw=cwFρ/2v∞2 (3.2)
Mw=mwFρ/2v∞2Б (3.3)
где cw - коэффициент полной аэродинамической силы и момента, соответственно; p - плотность воздуха; F - лобовая площадь транспортного средства; v∞ - скорость натекания воздушного потока; Б - характерный размер, например, база.
Соответственно определяются проекции полной аэродинамической силы и момента на связанные координатные оси.
Сила лобового сопротивления:
Px=cxρ/2vFV∞2 (3.4)
где cx - коэффициент аэродинамического сопротивления.
Рисунок 3.1 - Схема действующих на автомобиль аэродинамических сил и моментов: Цт - центр тяжести автомобиля; Цм - метацентр; aм - плечо аэродинамического момента; β - угол натекания воздущного потока; Px(Pw) - сила аэродинамического сопротивления; Py - боковая аэродинамическая сила; Pz - подъемная аэродинамическая сила; Мх – момент крена; My - опрокидывающий момент (момент тангажа); Мz - поворачивающий момент (момент рысканья)
Боковая сила
Py=cyρ/2v∞2F (3.5)
где cy - коэффициент боковой силы.
Подъемная сила
pz=czρ/2Fv∞2 (3.6)
где cz - коэффициент подъемной силы.
Момент крена
Mx=mxρ/2Fv∞2B (3.7)
где mx - коэффициент момента крена; B - колея транспортного средства.
Опрокидывающий момент (момент тангажа)
My=myρ/2Fv∞2B (3.8)
где my - коэффициент опрокидывания момента.
Поворачивающий момент (момент рысканья)
Mz=mzρ/2Fv∞2B (3.9)
где mz - коэффициент поворачивающего момента.
Коэффициент полной аэродинамической силы Cw момент mw определяют следующим образом:
cw=cx2+cy2+cz2 (3.10)
mw=mx2+my2+mz2 (3.11)
Сила лобового аэродинамического сопротивления Pх существенно влияет на затраты мощности при движении автомобиля с высокой скоростью
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Боковая сила Py возникает при кососимметричном обтекании колесной машины под действием бокового ветра. Подъемная сила Pz является результатом действующего на днище машины большого давления, чем на крышу.
Точка Цм (рис. 3.1) приложение равнодействующей аэродинамических сил называется метацентром. Расстояние от центра тяжести до метацентра называется плечом aм аэродинамического момента, стремящегося ее повернуть. При этом под действием поворачивающего момента машина стремится встать перпендикулярно к направлению воздушного потока, если он не совпадает с ее продольной осью. Однако за счет сил трения в контакте шин с дорогой машина движется в заданном направлении.
У автомобиля обтекаемой формы этот поворачивающий момент будет больше, чем у необтекаемого, из-за большой величины этого плеча. Величина плеча аэродинамического момента наряду с высокой метацентра определяет аэродинамическую устойчивость машины при воздействии продольных и боковых ветров. В идеальном случае - при совпадении центра тяжести и метацентра аэродинамический момент равен нулю. Однако в реальных условиях центр тяжести и метацентр, как правило, не совпадают. При этом, если равнодействующая аэродинамических сил проходит впереди центра тяжести, то машина поворачивает по направлению ветра, то есть она аэродинамически неустойчива.
Сила аэродинамического сопротивления перемещается в воздушной среде тела определяется коэффициентом обтекаемости, лобовой площадью, плотностью воздуха, скоростью натекания воздушного потока и рассчитывается по формуле, выведенной из основных положений гидромеханики:
cw=CxqF (3.12)
где Cx - коэффициент аэродинамического сопротивления (обтекаемости); F - площадь миделевого сечения, т.е. наибольшая площадь сечения тела в плоскости, перпендикулярной направлению его движения; q=0,5pv∞2 - скоростной или динамический напор.
В окончательном виде формула (3.12) можно записать так:
Pw=0,5ρCxFV∞2 (3.13)
В теории автомобиля величину 0,5CxρF принято обозначать как фактор обтекаемости KF. Тогда выражение (3.13) можно представить в виде известной в теории автомобиля формулы:
Pw=KF(V∞/3,6)2 (3.14)
Следует учитывать, что скорость V∞ натекания потока может меняться в зависимости от скорости Vp и направления β ветра. При нулевом ветре скорость натекания потока равна скорости движения автомобиля. Для оценки влияния скорости и направления ветра можно использовать следующую зависимость:
V∞=V∞2+V∞2+2Vβ2Vβcosβ (3.15)
При отсутствии ветра V∞=Va, если ветер направлен против движения, то V∞=Va+Vβ; когда же направление ветра совпадает с направлением движения, то V∞=Va-Vβ
Обтекаемость легкового автомобиля определяется формой кузова, а также его конструктивными и установочными параметрами. По этому отработка дизайна разрабатываемого автомобиля должна быть направлена на совершенствование формы кузова и влияющих на его обтекаемость параметров.
Следует отметить, что сравнение аэродинамических свойств автомобиля только по значению коэффициента cх не корректно, поскольку аэродинамическое сопротивление завит также и от величины их лобовой площади. Поэтому наиболее объективно сравнивать значения фактора обтекаемости автомобиля.
Для устранения рассмотренных отрицательных факторов, ухудшаюших обтекаемость автомобиля, необходимо:
уменьшить давление натекающего воздушного потока на облицовку радиатора, ветровое стекло, в подднишевой зоне;
уменьшить разрежение на крыше и задней стенке кузова;
устранить или уменьшить отрывные течения за фронтальными кромками капота и кузова;
снизить действующую на автомобиль подъемную силу путем создания вертикальных, прижимающих к дороге, усилий на колесах.
При недостаточно высоких аэродинамических свойствах автомобиля их можно улучшить путем совершенствования обтекаемости кузова за счет установки на нем навесных аэродинамических элементов.
Использование дополнительных аэродинамических устройств позволяет без изменения основных формообразующих элементов кузова и без значительных капиталовложений заметно улучшить аэродинамические свойства автомобиля. В табл. 3.1 показаны зоны возможной установки навесных аэродинамических устройств, а также обеспечиваемый ими эффект в части снижения аэродинамического сопротивления автомобиля и действующей на него подъемной силы.
Наиболее распространенными навесными аэродинамическими элементами для легковых автомобилей являются передние и задние спойлеры. При установке переднего спойлера изменяется обтекание носовой части автомобиля и подднишевой зоны, а при наличии заднего спойлера меняется процесс формирования и структура спутной струи в следе
50% дипломной работы недоступно для прочтения
Закажи написание дипломной работы по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее время!
