ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Усталость и вибрация из "Несущий каркас кузова автомобиля и его расчет " До сих пор рассматривались конструкции под действием либо статической, либо ударной нагрузки циклически повторяющееся нагружение не рассматривалось. Элементы конструкции проектировались для эксплуатации на стадии упругих деформаций или с учетом выполнения определенного требования, предъявляемого к жесткости, за исключением случаев, когда элементы конструировались специально для пластического разрушения при ударной нагрузке. Наряду с пластическим разрушением необходимо рассмотреть другую форму разрушения, вызываемую усталостью материала. Усталостное разрушение может произойти при циклическом нагружении даже тогда, когда создаваемые напряжения намного ниже предела упругости. [c.131] Разрушение обычно начинается с нарушения сплошности или появления дефектов на поверхности, таких, как микротрещина, которая под действием циклического нагружения начинает распространяться по сечению до тех пор, пока не происходит разрушение. Даже у пластичных материалов разрушение происходит без проявления общих пластических деформаций. [c.131] Интенсивность напряжений может либо циклически меняться на противоположную по знаку величину, либо колебаться около средней постоянной величины. На рис. 5.16 приведена терминология, используемая для описания уровней напряжений. Долговечность конструкции или ее элемента определяется числом циклов нагружений, которое выдерживается данной конструкцией или ее элементом до момента усталостного разрушения. График зависимости напряжений от числа циклов до момента разрушения называется -кривой усталости. С помощью этой кривой, построенной по результатам проведенных испытаний на выносливость, можно описать способности различных материалов сопротивляться усталостному разрушению. За предел выносливости часто принимают предельное напряжение, соответствующее 10 млн. циклов нагружений. [c.131] Если график зависимости напряжений от числа циклов до разрушения построить в логарифмическом масштабе, то полученная таким образом прямая линия будет описывать экспоненциальную зависимость S = СУУ , где С и а — константы, зависящие соответственно от материала и вида усталостных испытаний. [c.131] Поэтому можно добиться того, что в сталях, идущих на изготовление автомобильных кузовов, предел выносливости никогда не будет превышен и, как следствие, долговечность конструкции будет неограниченной. Но выполнение этого на практике приводило бы к утяжелению конструкций, поэтому необходимо рассматривать изделия, рассчитанные на ограниченный ресурс. В действительности конструкции кузова испытывают путем ускоренных усталостных испытаний наиболее ответственных элементов конструкций. [c.132] Испытания балок коробчатого сечения. Английской научно-исследовательской ассоциацией по сварочным работам были получены кривые усталости для типичных балок коробчатого сечения, изготовляемых из мягких сталей и имеющих сечение, подобное сечению нижних обвязочных брусьев и лонжеронов основания кузова (11, 12]. Вибрационным испытаниям на изгиб и затем на кручение были подвергнуты балки со свободными незакрепленными концами. Испытывалось пять различных выпускаемых промышленностью сечений, показанных на рис. 5.18, размером 6,35X8,27 см, изготовляемых из мягкой листовой стали Еп 24 сортамента 16. [c.132] Предел прочности при растяжении использованной стали составлял 300 МПа, а относительное удлинение е = 47,28 %. [c.132] Значения моментов инерции 1 , 1у, J были получены на основе статических испытаний и приведены в табл. 5.1. [c.132] Вибрационные испытания на изгиб относительно осей X и Y проводились в диапазоне частот 53—83 Гц, при этом напряжения в середине пролета регистрировались с помощью тензодатчиков. Величины приложенных изгибающих моменте в относительно осей X и Y откладывались по оси ординат при построении усталостных кривых соответственно на рис. 5.19, а и б. Самой долговечной оказалась балка, имеющая сечение типа Д, вероятно, потому, что точечные сварные швы, расположенные на уровне нейтральной оси, оказались достаточно прочными при действии переменных перерезывающих сил. Для сопоставления усталостной прочности сечения Д и остальных сечений были выведены редукционные коэффициенты, приведенные в табл. 5.2. [c.133] На этот раз лучшими оказались результаты, полученные для балки с профилем А, в котором с помощью непрерывного сварного шва создается замкнутое сечение. Усталостная прочность сечения А была взята в качестве эталона для сопоставления с аналогичной величиной других сечений, приведенной в табл. 5.3. [c.134] Испытания реальных нижних обвязочных брусьев с сечениями, использованными при отработке конструкции, могут проводиться на начальном этапе проектирования по методике, которая применяется при проведении усталостных испытаиий идеализированных конструкции. [c.134] Вибрация конструкции. Вибрации, которые испытывает конструкция автомобиля во время движения по дороге, носят случайный характер, имеют переменные частоту и амплитуду. Необходимо оценить эти характеристики, чтобы подобрать необходимые режимы для программ ускоренных лабораторных испытаний. Иногда возбуждаемые дорогой и двигателем вибрацип приводят к возбуждению резонансных колебаний различных частей конструкции. В этой связи является полезной оценка вибрации конструкции. [c.134] Вибрация конструкции может влиять как на условия поездки в автомобиле, так и на условия управления им, а также на долговечность самой конструкции. При проектировании можно предусмотреть также жесткости конструкции при изгибе и кручении, которые были бы достаточны для того, чтобы первые собственные частоты находились в диапазоне 20—30 Гц. Вероятность того, что колебания, возбуждаемые системой подвески, будут иметь те же частоты, незначительна. Конечно, если не принять указанных мер, относительные перемещения анкерных креплений подвески могут в большой мере повлиять на управляемость и устойчивость автомобиля. [c.135] При обеспечении удобства поездки высокочастотные вибрации конструкции кузова, возбуждаемые дорожными воздействиями, могут вызывать затруднения. Некоторыми автомобилестроителями для кузова и подрессоренной части шасси предусматриваются различные режимы колебаний с помощью подрессоренного подрамника и периферийной рамы, упруго прикрепленных к кузову для фильтрации вибраций, создаваемых жестким ходом автомобиля. [c.135] Различные формы колебаний кузова, рассмотренные Джа и При-еде, представлены на рис. 5.20 [8]. Джа и Приеде установили, что максимальный уровень шума, создаваемого колебаниями внутри автомобиля по формам а и б (рис. 5.20), соответствует в инфразвуко-вом диапазоне примерно частоте 10 Гц. Что касается остальных форм колебаний, то форма в, и особенно г, соответствующие звуковому диапазону, существенны в связи с наступлением резонанса собственных колебаний ненагруженного кузова, в то время, как форма д имеет лишь второстепенное значение. [c.135] Реакция и гибкость связей. Классификация эффектов вибрации на человека проведена Гайгнардом, который показал, как реагирует человек на ту или иную возбуждающую частоту [7]. Эти данные сведены в табл. 5.4. [c.136] Помимо частоты, имеют значение также и другие факторы. К ним относятся интенсивность возбуждения и длительность экспозиции вибраций. По словам Гайгнарда, в широком смысле переносимость человеком вибраций всем телом наименьшая в диапазоне частот 4—8 Гц. [c.136] Колебания, возбужденные тряской, с частотой 5— 25 Гц и колебания, возбуждаемые жесткостью хода автомобиля, с частотой 25—200 Гц становятся наполовину областью интересов конструктора кузова и конструктора подвески. [c.136] Примечание. Сплошные лнини обозначают установленные диапазоны частот. Штриховые линии указывают на неопределенные диапазоны частот, при которых прояв ляются описанные в таблице явления. [c.137] Примером конструктивного уменьшения вибраций могут быть изменения конструкции узла соединения заднего лонжерона, поперечной балки и наружного нижнего обвязочного бруса автомобиля с кузовом седан, приведенного на рис. 5.21. Другие способы снижения тряски и рывков связаны с элементами крепления подвески и направлены на достижение точно регулируемой жесткости. Для применения такой регулировки требуется тщательная экспериментальная проработка, так как введение гибких резиновых втулок может отразиться на управляемости автомобиля. На рис. 5.22, а показано конструктивное решение, предусматривающее введение шарового шарнира из трехслойной резины с резко возрастающей жесткостью на конце ограничителя хода независимой передней подвески Макферсона. После первоначальной деформации резиновых лепешек нагруженные с боков проволочные зажимы усиливают жесткость ограничителя хода по мере его сжатия. Другим средством получения регулируемой жесткости может быть конструкция крепления шарнира нижнего рычага, показанная на рис. 5.22, б. На рис. 5.22, в показана конструкция серьги задней рессоры с резинометаллической втулкой. [c.138] Вернуться к основной статье