Расчет характеристики амортизатора

 

Амортизатор, предназначенный для гашения колебаний колес и кузова, повышает плавность хода автомобиля, устойчивость движения,

Долговечность упругих элементов и шин. Решающее влияние на все указанные выше качества автомобиля оказывает правильный выбор характеристики амортизатора, т.е. правильный выбор зависимости силы на штоке амортизатора от скорости относительного перемещения штока и цилиндра. Математически эта зависимость устанавливается уравнением:

 

P_a=k_aVⁿ_n,

 

Где P_a – сила на шток амортизатора;

 V_n – скорость относительного перемещения штока и цилиндра амортизатора;

 k_a – коэффициент пропорциональности;

 n – показатель степени, который обычно колеблется в пределах 1 – 2.

Конструктивно амортизатор в проектируемой подвеске располагается внутри направляющей пружинной стойки. Так как передаточное число i_X=1,0112 близко к единице, то перемещение штока должно соответствовать величине, близкой к ходу колеса 150 мм.

На рис. 8.1 изображена линейная характеристика современного гидравлического амортизатора, которая обычно определяется следующими параметрами: коэффициентами сопротивления отбоя k_ao и сжатия k_ac при закрытых клапанах амортизатора; коэффициентами сопротивления k¢_ao и k¢_ac при открытых клапанах и силами на штоке амортизатора Р_ао и Р_ас, при которых открываются клапаны амортизатора.

Величины коэффициентов k_ao и k_ac определяются расчетом, исходя из требований к плавности хода или устойчивости движения автомобиля. Силы на штоке автомобиля могут быть определены по формулам:

 

P_ao=k_aoV_xo и P_ac=k_acV_xc.

 

Скорости относительного движения штока и цилиндра амортизатора V_x0 и V_xc, соответствующие моменту открытия клапанов, обычно лежат в пределах 0,3 – 0,52 м/с.

Величины коэффициентов k¢_ao и k¢_ac обычно не рассчитываются. Однако, если имеется экспериментально определенная характеристика, то они могут быть рассчитаны по формулам:

 

 

В большинстве конструкций амортизаторов показатель степени n не равен единице, однако характеристика амортизатора для инженерных расчетов приводится к линейной.

При выборе характеристики амортизатора, обычно, задаются величиной парциального коэффициента апериодичности, рассматривая подвеску как одномассовую систему:

 

 

где k_n – приведенный коэффициент сопротивления амортизатора;

 g – ускорение силы тяжести;

 C_n – жесткость подвески;

 Т_СТ – статическая нагрузка на подвеску.

 

 

Диапазон коэффициента апериодичности y=0,15…0,30. Жесткость подвески c₁=19576 Н/м (на одно колесо). Нагрузка на одно колесо N_v= 2885 Н. Принимая y=0,17, определяем k_n:

 

 

При несимметричной характеристике необходимо, зная величину k_n, установить приведенные коэффициенты сопротивления амортизатора при сжатии и отбое. С этой целью необходимо выбрать отношение a=k_no/k_nc, которое для современных амортизаторов находится в пределах от 2 до 5. В этом случае принимая a=3, получим:

 

 

k_no=a∙k_nc=3∙407,895=1223,685 Нс/м.

 

Действительные коэффициенты сопротивления амортизатора определяются из выражений:

 

k_ao=k_no(dS/df_a)² и k_ac=k_nc(dS/df_a)²,

 

где S – вертикальная деформация подвески;

 f_a – относительное перемещение поршня и цилиндра амортизатора.

Для данного случая dS/df_a является ни чем иным, как кинематическим передаточным числом подвески i_X=1,0112.

 

k_ao=1223,685∙(1,0112)²=1251,25 Нс/м;

 

k_ac=407,895∙1,0112²=417,08 Нс/м.

 

Силы на штоке амортизатора:

 

P_ao=k_aoV_xo;

P_ac=k_acV_xc,

 

где V_xo и V_xc – скорости относительного движения штока и цилиндра амортизатора при ходах отбоя и сжатия, соответствующие моменту открытия клапанов.

Из диапазона 0,3…0,52 м/с принимаем скорость V_xo=V_xc=0,5 м/с в связи с тем, что подвеска довольно жесткая для легкового автомобиля, имеет большой ход и воспринимает высокие нагрузки.

 

P_ao=1251,25∙0,5=625,625 H»626 H.

P_ac=417,08∙0,5=208,54»209 H.

 

Величины коэффициентов сопротивления амортизатора при открытых клапанах принимаем:

– при отбое - k¢_ao=400 Нс/м,

– при сжатии - k¢_ac=300 Нс/м.

Относительная скорость перемещения штока и цилиндра V¢_xo=V¢_xc=0,8 м/с.

 

P¢_ao=P_ao+k¢_ao(V¢_xo-V_xo)=626+400∙(0,8–0,5)=746H.

 

P¢_ac=P_ac+k¢_ac(V¢_xc-V_xc)=209+300∙(0,8–0,5)=299 H.

 

Столь низкие на первый взгляд демпфирующие силы и коэффициенты рассчитаны с учетом того, что в направляющей втулке амортизатора создаются достаточно высокие нагрузки, вызывающие силу трения, также являющуюся демпфирующей и которую нужно учитывать при выборе характеристики амортизатора.

По результатам расчета строим характеристику амортизатора.

 

Рис 8.1 Характеристика амортизатора