Конструкция и расчет торсионной подвески БГМ (Готовый курсовой проект, вариант №9)

М.Г. Дядченко, Г.О. Котиев, Е.Б.Сарач

Учебное пособие по курсу «Методы расчета и проектирование ходовых систем гусеничных машин»

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ТОРСИОННОЙ ПОДВЕСКИ БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ

Рассмотрены вопросы конструирования торсионных подвесок быстроходных гусеничных машин. В первом разделе дан обзор конструкций подвесок современных быстроходных гусеничных машин с подробным анализом элементов конструкции. Вторая и третья главы посвящены проектировочному расчету торсионной подвески. В них представлен порядок получения упругой и демпфирующей характеристик подвески, предложен метод уточнения характеристики демпфера с использованием программного комплекса «Trak», дан расчет на прочность элементов конструкции подвески.

Для студентов специальности «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы».

1. Конструкции подвесок быстроходных гусеничных машин

Обзор конструкций подвесок быстроходных гусеничных машин (БГМ) за все время их развития показывает большое разнообразие как использованных кинематических схем (направляющий аппарат), так и типов упругих и демпфирующих элементов. Однако в настоящее время на быстроходных гусеничных машинах в основном применяются независимые подвески с металлическими (торсионы, редко — пружины) или пневматическими упругими элементами и гидравлическими демпфирующими элементами (фрикционные демпферы не находят широкого применения). В то же время существует большое разнообразие конструктивных особенностей конкретных БГМ, что связано с компоновочными и технологическими требованиями, а также длительным жизненным циклом образцов бронетанковой техники. Вследствие того, что анализ существующих конструкций является неотъемлемой частью процесса проектирования подвески БГМ, обзору наиболее распространенных конструктивных решений посвящен данный раздел.

1.1. Опорные катки

На большинстве современных отечественных БГМ применяются опорные катки с наружными резиновыми шинами (бандажами) (приложение рис. 1.1). Исключение составляют катки танка Т-64 (приложение рис. 1.9), оснащенные внутренней амортизацией. Резиновый массив в катках с внутренней амортизацией работает в более тяжелых условиях, что приводит к меньшей долговечности катков.

Катки машин легкой категории, имеющие одинарные шины, выполняются стальными неразборными (приложение рис. 1.3). Они состоят из обода с привулканизированной шиной, ступицы и вваренных между ними дисков. Такая конструкция обеспечивает малую массу катка и его герметичность, что важно для плавающих машин. Отверстия, которые

предусмотрены в дисках для сообщения внутренней полости с атмосферой при сварке, после сборки закрываются специальными заглушками.

На машинах средней и тяжелой категорий сейчас используются разборные катки со сдвоенными шинами (приложение рис. 1.10, 1.11). Диски катков изготавливаются из легких сплавов. Катки основных танков имеют стальные ступицы, а у машин средней категории подшипники могут устанавливаться непосредственно в расточки дисков (приложение рис. 1.7). На машинах более ранних выпусков использовались неразборные стальные катки (приложение рис. 1.8). Они не требовали использования дополнительных стальных ступиц и реборд, но были значительно тяжелей современных легкосплавных. В связи с этим катки такой конструкции целесообразно использовать на низкоскоростных гусеничных машинах, когда большая неподрессориная масса не оказывает существенного влияния на плавность хода.

Здесь хотелось бы отметить, что при демонтаже двухрядных катков большинства БГМ, из-за конструктивных особенностей, приходится разбирать подшипниковый узел опорного катка. Это приводит к тому, что, чаще всего, при выходе из строя, например, шины катка, каток бракуется целиком вместе с подшипниковым узлом. Этот недостаток был устранен в конструкции катков Т-80 и БМП-3, у которых диски катков можно демонтировать отдельно от ступицы (приложение рис. 1.11 и 1.6). Но такая конструкция имеет дополнительные особенности, которые будут рассмотрены ниже.

Диски опорных катков БГМ скрепляются между собой или со ступицей болтами и гайками. Болты фиксируются от проворота упором граней головки в соответствующие выступы диска катка или ступицы. Гайки стопорятся от самоотворачивания при помощи шплинтов или применением специальных гаек с увеличенным трением в резьбе.

Для уменьшения износа дисков катка и предупреждения повреждения резиновой шины гребнями траков, катки оснащаются

ребордами. Стальные катки с однорядной шиной имеют выступы обода, выполняющие роль реборд, которые подвергаются термоупрочнению. Диски катков из алюминиевого сплава оснащаются ребордами из износостойкой стали. В этом случае реборды запрессовываются в диск или крепятся пружинными замковыми кольцами.

Ступицы катков служат для установки наружных колец подшипников и центрирования дисков. Так как применять посадку с натягом между ступицей и дисками нежелательно для сборки и демонтажа катка в полевых условиях, то посадку используют только для позиционирования дисков относительно ступицы, а фиксация осуществляется путем обжатия центрального пояска ступицы дисками, при затяжки болтов катка (приложение рис. 1.10). В случае крепления дисков к ступицы болтами (приложение рис. 1.11) центрирование происходит по внутреннему диаметру дисков, а фиксация и передача усилий осуществляется непосредственно через болтовое соединение. В этом случае сферические поверхности гаек 10 используются для разгрузки болтового соединения, так как позиционировать с помощью них диск относительно ступицы (как это происходит в колесной технике) не удается из-за разной твердости материалов гайки и диска. Если в конструкции отсутствует ступица как отдельная деталь, имеется специальное центрирующее кольцо 1 (приложение рис. 1.7), обеспечивающее соосность дисков катка.

Каток устанавливается на оси на подшипниках качения. Малогабаритные катки с внутренней амортизацией устанавливаются на нестандартных сдвоенных конических роликовых подшипниках 1 (приложение рис. 1.9), имеющих малый радиальный размер при высокой грузоподъемности. В катках с наружным обрезиниванием используются стандартные шариковые и роликовые подшипники (приложение рис. 1.7). Шариковые радиальные подшипники воспринимают радиальные и осевые нагрузки, возникающие при поворотах и движении по уклонам. Роликовые

радиальные подшипники воспринимают большую часть радиальных нагрузок. В катках легких машин могут использоваться два шариковых подшипника (приложение рис. 1.2), а в катках машин средней и тяжелой категорий — шариковый и роликовый подшипники, имеющие близкий наружный диаметр. Конструкция катка должна предусматривать возможность установки двух роликовых подшипников вместо одного в усиленных катках передних подвесок (приложение рис. 1.10). Наружные кольца подшипников устанавливаются в ступицу по посадке с натягом, фиксируются крышками, притягиваемыми 6^-8 болтами с резьбой М8 + М10. Внутренние кольца подшипников при монтаже катка устанавливаются на оси балансира по посадке с зазором (для облегчения сборки и более равномерного износа подшипников в процессе эксплуатации) распираются втулкой и фиксируются на сои гайкой или резьбовой пробкой, вворачиваемой в отверстие оси. От отворачивания гайка стопорится шплинтом или отгибной шайбой.

Смазывание подшипников катка может осуществляться консистентной или жидкой смазкой. В случае использования консистентной смазки предусматриваются два канала (а приложение рис. 1.8) для запрессовки смазки в полость катка, которые закрываются болтами, крепящими крышку ступицы. При использовании жидкой смазки в центре крышки предусматривается контрольно-заливочное отверстие с пробкой 12 (приложение рис. 1.3).

Уплотнительные устройства катка могут включать самоподжимные манжеты и лабиринтные уплотнения. Самоподжимные манжеты могут иметь одну или несколько рабочих кромок и устанавливаются таким образом, чтобы предотвратить вытекание смазки из катка, а также попадание воды и абразива в полость катка. Крышки катка уплотняются резиновыми кольцами или паронитовыми прокладками.

1.2. Балансиры

Балансир представляет собой рычаг, преобразующий вертикальное движение катка во вращательное движение головки торсиона. Балансир состоит из рычага балансира и двух осей: верхней, устанавливающейся в корпус, и нижней - оси катка. Исключение составляет балансиры танков Т-80 и Т-64 (приложение рис. 1.9 и 1.11), которые вместо верхних осей имеют цилиндрические корпус-обоймы. В качестве верхних осей балансиров в Т-80 и Т-64 используются кронштейны, установленные в корпус ГМ.

Балансиры изготавливаются ковкой или штамповкой как цельными, так и составными. Например, ось балансира ГМ-569 (приложение рис. 1.7) изготовляется отдельно и соединяется с телом балансира посадкой с натягом и сваркой. На легких машинах гражданского назначения используется также конструкция, в которой ось катка, ось балансира и тело балансира изготавливаются отдельно из проката и соединяются посадками и сваркой.

Ось катка имеет посадочные места под внутренние кольца подшипников катка. Для снижения массы конструкции в оси катка выполняется отверстие, закрываемое заглушкой для предотвращения излишнего расхода смазки. Из соображений технологичности ремонта и восстановления рабочую поверхность манжетных уплотнений изготавливают в виде напрессованной на ось катка втулки 31 (приложение рис. 1.11). При ремонте изношенная, с выработками от манжет, втулка срезается и заменяется новой. В противном случае необходимо восстанавливать ось катка наплавкой с последующей механообработкой и термоупрочнением.

Рычаг балансира может иметь постоянное (например, круглое) сечение или переменное, обеспечивающее равнопрочность. Для облегчения конструкции в теле балансира может выполняться сверление, не влияющее на изгибную прочность балансира. Также на балансире

предусматривается специальная площадка или палец, запрессованный в отверстие оси катка, для упора в ограничитель хода (отбойник). Палец также используется для установки домкрата при вывешивании опорного катка.

Для соединения с телескопическим амортизатором на балансире крепится сваркой кронштейн в виде двух проушин (а приложение рис. 1.2) или запрессовывается цапфа 5 (приложение рис. 1.9). Если амортизатор рычажно-лопастной, то его тяга крепится к пальцу 32 (приложение рис. 1.10), запрессованному в отверстие в оси катка.

Верхняя ось балансира на современных ГМ (кроме Т-64, Т-80) имеет две шейки, которые являются, в зависимости от конструкции, цапфами подшипников скольжения или внутренними кольцами игольчатых подшипников. Подшипники скольжения применяются на БГМ легкой категории (БМП-2, ПТ-76, МТ-ЛБ), игольчатые подшипники — на средних и тяжелых машинах.

В оси балансира выполняется отверстие, в котором предусматриваются шлицы треугольного профиля для соединения с торсионным валом. В балансирах машин с пневмогидравлическими рессорами (ПГР) такое отверстие тоже выполняется для облегчения конструкции. На наружной поверхности верхней оси балансира ГМ-569 изготовлены шлицы для установки рычага 12 (приложение рис. 1.7) телескопического гидроамортизатора или ПГР.

В конструкции балансиров Т-64 и Т-80 внешней опорой игольчатых подшипников является корпус-обойма балансира, а внутренней -кронштейн, установленный в корпусе машины. Для передачи крутящего момента на торсион в корпусе-обойме предусматриваются внутренние шлицы.

1.3. Крепление балансира в корпусе

Конструкции узлов крепления балансира в корпусе отличаются наибольшим разнообразием по типу используемых подшипников, принципу осевой фиксации балансира и регулировке положения катков. Рассмотрим подробнее наиболее различающиеся конструкции.

Балансир БМП-1 (БМП-2) (приложение рис. 1.4) установлен в корпусе на двух подшипниках скольжения с бронзовыми вкладышами 10 и 11. Осевая фиксация балансира обеспечивается креплением его при помощи болта 20 к торсиону 17. Торсион, в свою очередь, на противоположном конце болтом 4 соединен с крышкой 5. Эта крышка, упираясь в торец шлицев в отверстии, препятствует движению торсиона и балансира «наружу». Сдвигу балансира «внутрь» корпуса препятствуют прокладки 15, установленные между торцом кольца лабиринтного уплотнения, приваренного к балансиру, и корпусом машины. Смазка подшипников скольжения производится консистентной смазкой через пробку, выведенную на борт машины и полость (трабку), подводящую смазку к внутренней полости опоры балансира. Уплотнение обеспечивается лабиринтным уплотнением, манжетами и уплотнительными кольцами.

Конструкции узлов крепления балансира ПТ-76, МТ-ЛБ БМД-1 подобны использованной на БМП-1 (БМП-2). Здесь также используются подшипники скольжения, но с неметаллическими вкладышами. Осевая фиксация балансира ПТ-76 (приложение рис. 1.5) обеспечивается специальным захватом 13, который крепится к борту, а его выступ входит в ответный паз на балансире. На БМД-1 осевая фиксация балансира осуществляется с помощью шариков 26 (приложение рис. 1.1). Способ такой фиксации описан ниже на примере ГМ-569.

Балансир ГМ-569 (приложение рис. 1.7) установлен в корпусе на двух игольчатых подшипниках 10 и 15. Наружные кольца подшипников установлены в расточках корпуса и имеют места под уплотнительные

манжеты и каналы для подвода смазки. Кольцо внешнего подшипника, кроме того, имеет канавку для шариков и паз для фиксатора. На оси балансира также имеется канавка, так что после сборки подшипника и оси балансира канавки балансира и кольца подшипника образуют кольцевой канал круглого сечения, который заполняется шариками через отверстие, закрываемое пробкой. Шарики образуют упорный шарикоподшипник, который фиксирует в осевом направлении балансир относительного наружного кольца подшипника. Сам подшипник стопориться относительно корпуса фиксатором 24, который входит в паз на наружной поверхности подшипника. Фиксатор находится в прямоугольном отверстии корпуса машины и удерживается от выпадения крышкой. Кольцо внутреннего подшипника установлено в расточке корпуса по посадке с зазором и с помощью стопорных колец зафиксировано в осевом направлении относительно оси балансира. Уплотнение обеспечивается манжетами и лабиринтными уплотнениям.

Узел крепления балансира Т-80 в корпус (приложение рис. 1.11) является развитием конструкции, использованной на Т-64, и имеет с ней ряд общих черт. Балансир в этих конструкциях вместо верхней оси имеет цилиндрический корпус-обойму, в котором устанавливаются игольчатые подшипники. Внутренние кольца подшипников устанавливаются на закрепленном в борту кронштейне-оси 22. Ось через отверстие в борту вворачивается в бонку (гайку) 23, приваренною к борту машины. Для вворачивания оси в бонку предусматриваются внутренние шлицы под спецключ. От самоотворачивания ось фиксируется стопором 27 в виде зубчатого сектора, который входит в зацепление с зубчатым венцом, приваренным к оси.