Диссертация (Метод расчета упругих элементов из композиционных материалов для систем подрессоривания колесных машин), страница 12

Анализ кинематического воздействия на систему подрессориванияКМ со стороны опорной поверхностиДля решения задачи определения спектра кинематического воздействияна систему подрессоривания со стороны дорожной поверхности была создана91математическая модель рассматриваемого автомобиля. В Таблице 7приведены исходные данные, используемые при работе модели движенияавтомобиля с упругим элементом из ПКМ.Таблица 7.Исходные данные, используемые в моделиПараметрПодрессоренная масса машиныМомент инерции корпуса относительно поперечнойосиМомент инерции корпуса относительно продольнойосиМомент инерции корпуса относительновертикальной осиЗначение360 кг13625 кг  м26000 кг  м220000 кг  м2Неподрессоренная масса60 кгСвободный радиус колеса0,4 мМаксимальный прогиб подвески0,18 мМаксимальный прогиб шины0,04 мКолея колес0,94 мБаза1,5 мПередаточное число главной передачиМомент инерции вращающихся частей двигателя,приведенный к коленчатому валуПродольная координата передней оси относительноцентра масс корпуса4,52,1 кг  м20,75 мВозмущающее воздействие со стороны ОП носит случайный характер,поэтому используется вышеописанный способ получения реализаций профилядорожной поверхности под колесами левого и правого борта.

В моделииспользуются заранее записанные реализации профиля ОП, которые92отличаются в зависимости от выбранного типа ОП. Для рассматриваемогообъекта характерны все типы дорог, представленных в Таблице 6.На Рис. 3.6 . 3.6изображена реализация модели «обкатки» одного колесапо дороге, имеющей случайный профиль.Рис. 3.6. Реализация модели «обкатки» колеса по дороге случайногопрофиляМодель, позволяющая определить суммарную силу в системеподрессоривания от композитной пружины и гидравлического амортизатора,изображена на Рис. 3.7.Рис. 3.7. Подсистема расчета суммарной силы в подвеске от упругогои демпфирующего элементов системы подрессориванияРазработанная модель автомобиля позволяет получить спектр прогибовсистемы подрессоривания.

В зависимости от скорости движения автомобиляамплитуды прогибов и частоты будут меняться, поэтому необходимо длявыбранного типа дороги использовать разные значения скоростей движения93КМ. Возможный диапазон скоростей движения КМ определяется отсутствиемпробоев системы подрессоривания и тягово-динамическими возможностямиКМ. Диапазоны скоростей, используемые при моделировании и характерныедля разного типа дорог приведены в Таблице 8.Таблица 8.Скорости движения КМ, используемые при моделированииТип дорогиСкорость движенияКМАсфальтовое шоссе с усовершенствованнымпокрытиемДо 100 км/чАсфальто-бетонное шоссеДо 100 км/чГрунтовая дорога хорошего качестваДо 60 км/чРазбитая грунтовая дорогаДо 25 км/чБездорожьеДо 15 км/чРассмотримпорядокопределенияамплитудно-частотныххарактеристик (АЧХ) спектра прогиба системы подрессоривания КМ напримере движения автомобиля со скоростью 25 км/ч по грунтовой дорогехорошего качества.

Такой спектр, полученный в результате моделирования,изображен на Рис. 3.8.В частотной области аналоговые импульсные сигналы можно описать спомощью спектральной функции (спектра) S ( f ) , которая связана с временнойфункцией сигналаs(t) преобразованием Фурье. Прямое преобразованиеФурье имеет вид [25, 95, 96]:S ( f )   s(t )e  j 2ft dt ,где f – частота сигнала.94ЛюбуюкомплекснуюфункциюможноS( f )представитьвпоказательной форме через модуль и аргумент:S ( f )  S ( f )  e j arg S ( f ) .Т.к. рассматриваются положительные частоты, то односторонняяспектральная функция будет равна: 2 S ( f ) .Модуль спектральной функцииS( f )называется амплитуднымспектром (АС).Рис.

3.8. Прогиб подвески в зависимости от времени движения КМ соскоростью 60 км/ч по асфальто-бетонной дорогеПоказательная и квадратурная формы спектральной функции сигналасвязаны между собой следующими соотношениями:АС  S( f )  Re2S( f )  Im2S( f ) .Для проведения эксперимента на основе полученного спектракинематического воздействия со стороны ОП необходимо провестиформализацию результатов и перейти от среднеквадратического отклонения к95амплитуде. Такой переход формально можно осуществить по формуле [30, 94,95]:А22,где А – амплитуда кинематического воздействия; – среднеквадратическое отклонение.Выполнив этот переход для каждой точки полученного спектра,получим его «амплитудно-частотную характеристику», которая изображенана Рис.

3.9.Рис. 3.9. Формализированная амплитудно-частотная характеристикаспектра кинематического воздействия со стороны ОП на системуподрессоривания при движении по асфальто-бетонной дороге со скоростью60 км/чМоделируя движение автомобиля с различными скоростями и на каждойскорости движения получая соответствующую АЧХ, построим поверхность,которая будет отражать зависимость амплитуд неровностей от скорости ичастоты. Для каждого типа дорог получим соответствующую поверхность,определив таким образом амплитудные и частотные составляющие прогибовсистемы подрессоривания, характерные для каждого типа дорог и96рассматриваемого объекта исследования. На Рис.

3.10 – 3.14 изображеныамплитудно-частотныехарактеристикиспектровкинематическоговоздействия со стороны ОП на систему подрессоривания в зависимости отскорости движения по дорогам различного качества.Рис. 3.10. Формализированная амплитудно-частотная характеристикаспектра прогибов системы подрессоривания в зависимости от скоростидвижения по асфальтовому шоссе97Рис. 3.11.

Формализированная амплитудно-частотная характеристикаспектра прогибов системы подрессоривания в зависимости от скоростидвижения по асфальто-бетонному шоссеРис. 3.12. Формализированная амплитудно-частотная характеристикаспектра прогибов системы подрессоривания в зависимости от скоростидвижения по грунтовой дороге98Рис. 3.13. Формализированная амплитудно-частотная характеристикаспектра прогибов системы подрессоривания в зависимости от скоростидвижения по разбитой грунтовой дорогеРис.

3.14. Формализированная амплитудно-частотная характеристикаспектра прогибов системы подрессоривания в зависимости от скоростидвижения по бездорожьюАнализируя полученные поверхности, можно сделать вывод, чтоосновное кинематическое возмущение со стороны ОП лежит в диапазонеот 0,8 Гц до 5..6 Гц , а амплитуды прогибов подвески не превышают 0,06 м.При этом максимальные прогибы происходят на частоте около 1 Гц, чтосоответствует собственной частоте продольно-угловых колебаний корпусаКМ.3.4. Выводы по третьей главе1. Рассмотрен объект исследования – мотовездеход BRP Can-AmOutlander 800R X-MR EFI.

Описаны технические характеристики вездехода.Установлены типы дорог, характерные для данного объекта исследования.2. Разработана математическая модель движения автомобиля подорогам различного типа, возмущение со стороны ОП имеет случайныйхарактер. Определены допущения, которые используются в разработанной99модели.

Модель разработана с учетом использования пружин из ПКМ всоставе системы подрессоривания.3. Получены формализированные поверхности амплитудно-частотныххарактеристик спектра кинематического воздействия со стороны ОП насистему подрессоривания в зависимости от скорости движения автомобиля подорогам различного типа. Установлено, что основное кинематическоевозмущение со стороны ОП лежит в диапазоне от 0,8 Гц до 5..6 Гц , аамплитуды прогибов подвески не превышают 0,06 м.100Глава 4. Экспериментальныеисследованияииспытания.Конструктивный облик объекта исследования4.1. Расчет конструктивных параметров пружиныНа основе полученных упругих характеристик материала пружины вовторойглаведиссертацииопределяютсяконструктивныепараметрыстеклопластиковой пружины. Для объекта исследования мотовездехода BRPCan-Am Outlander 800R X-MR EFI была разработана стеклопластиковаяпружина, которая может быть использована вместо стальной.

Были заданыконструктивные ограничения для композитной пружины и задана требуемаяжесткость пружины, чтобы композитная пружина была установлена вместостальной пружины. Таким образом, исходные данные для композитнойпружины являются:1) ход пружины   170 мм ;2) жесткость пружины cпр  25Н;мм3) внутренний диаметр пружины Dвн  55 мм ;4) длина пружины в свободном состоянии Lпр  340 мм .Диаметр прутка пружины определяется по формуле[12]:d расч  48 Fп Dср 3 nGст  ,где Fп – упругая сила в пружине при ходе пружины   170 мм ;n – число рабочих витков пружины;Dср – средний диаметр пружины.Высота пружины в свободном состоянии:H 0  t  n  d расч ,где t Fп d расч  k зап – шаг пружины;cп  n101n  n  1 – полное число витков пружины;k зап – запас, чтобы витки не соприкоснулись при работе пружины.Массовые и геометрические параметры стальной и разработаннойкомпозитной пружин одинаковой жесткости приведены в Таблице 9параметры композитной пружины определенны по вышеприведеннымзависимостям с учетом упругих параметров.Таблица 9.Параметры стальной и композитной пружинПараметр пружиныЖесткость пружиныСтальнаяКомпозитнаяпружинапружина25Нмм25НммДиаметр прутка пружины10 мм15,7 ммДлина пружины в свободном340 мм340 ммХод пружины170 мм170 ммЧисло рабочих витков пружины9,5 шт.8шт.Внутренний диаметр пружины55 мм56 ммМасса пружины1,19 кг0,86 кгсостоянииИз таблицы видно, что стеклопластиковая пружина легче стальнойпружины почти на 30%.Подбор конструктивных параметров композитной пружины состоит изследующих этапов:1) определение матрицы жесткости ортотропного материала пружины сучетом направления его армирования;2) определение модуля сдвига композитного материала;1023) расчет и определение конструктивных параметров пружины;4) окончательная проверка методом КЭ на прочность пружины покритериям разрушения композиционного материала.4.2.

Цель и объект исследованияЦельюиспытанийявляетсяопределениепараметровчетырехпараметрической модели, которая описывает упругие свойствакомпозитной пружины с учетом реологических процессов, а также сравнениерезультатов моделирования и эксперимента для композитной пружины,используемой в системе подрессоривания мотовездехода рассматриваемого втретьей главе.Для проведения испытаний было выбрано несколько объектов, которыеизображены на Рис. 4.1.Рис. 4.1.