КУРСОВОЙПРОЕКТ
На тему
«Расчёт на прочностькузова автомобиля ВАЗ 2108»
2006г.
Содержание
Введение
1. Обзор существующих конструкций
1.1 Моделирование конструкцийконечными элементами
1.2 Нагрузочные режимы
2. Построение математической модели
2.1 Описание кузова автомобиля ВАЗ2108(09)
2.2 Ход построения модели кузоваавтомобиля ВАЗ 2108(09)
2.3 Ход проверки на прочность кузоваавтомобиля ВАЗ 2108(09)
Литература
Введение
В соответствии с ГОСТобязательно проведение ходовых испытаний автомобиля. Сами ходовые испытания неявляются дорогостоящими, но для выбора наилучшей конструкции кузова необходиморазработать и создать несколько его вариантов (пилотные версии). Каждая детальизготавливается вручную, что приводит к потере времени и средств. Но наиболеедешёвым и быстрым является построение математическим способом модели и еёрасчётная проверка. Затем на основе проведённых исследований выбратьконструкцию. Создать её и испытания проводить лишь для доказательстваправильности выполненной работы.
В настоящее время САПР(системы автоматического проектирования) используются практически всемикомпаниями про проектированию автомобилей. К этим системам относится и такаяпрограмма, как Solid Works, которая является одним из лидеров в3D САПР. Основной задачей такихпрограмм является создание простой и приемлемой для пользователей методикипостроения расчётной модели, позволяющей заменить натурные испытания.
В начале определяютсяосновные размеры с реальной конструкции кузова: габаритные, мм (длина – 3500,ширина – 1490, высота — 1200) [1], несущих элементов, конструктивные. По нимпроисходит построение объёмной геометрической модели в программе Solid Works.
Модель строится в видецельной детали, мелкие детали, не влияющие на прочность не показываются.Материалом кузова принимаем сталь предназначенную для изготовления кузовныхдеталей – Ст3. Кузов автомобиля ВАЗ 2108 относится к оболочковым кузовам.Оболочковые кузова выполняются из крупных штампованных деталей, наружных ивнутренних панелей, соединённых точечной сваркой в замкнутую силовую системупреимущественно из стального листа, толщиной 0,6…0,8 мм.
Кузова такого типанаиболее распространены, так как обладают технологическими преимуществами — автоматическая сварка панелей может выполняться на конвейере).
Нагрузками, действующимина автомобиль являются нагрузки от дороги, максимальное значение которых будетпередаваться на кузов через подвеску при её полном сжатии. Т.о. для упрощениярасчётов принимаем допущение, что подвеска передаёт все реакции, от дорогименяя их лишь по направлению, но не по величине.
Как известно жесткостькузова обеспечивается применением лонжеронов. На основании этого действуетправило, что при разрушении или нарушения параллельности лонжероновэксплуатация автомобиля невозможна. Будет происходить неконтролируемый занос.Т. Е. из выше вышесказанного следует, что основное внимание при расчётенеобходимо уделить определению допустимых нагрузок на лонжероны.
Расчёт производим встатистике с применением коэффициента динамической нагрузки Кд =1,1…2.
Часть кузова, состоящаяиз продольных и поперечных лонжеронов, была закреплена соответствующим образоми нагружена, после чего будет выполнен расчет на прочность в программах Cosmos Works, Nastrane и др. Далее, определив расчёт лонжеронов на усталостную прочность иопределим максимальное количество циклов нагружения в период эксплуатациикузова.
1. Обзорсуществующих конструкций
Всовременных условиях перед проектировщиками машиностроительных конструкцийстоит сложная задача: в кратчайшие сроки спроектировать конструкцию, близкую коптимальной по ряду основных параметров. Высокий уровень конструкции, в томчисле рам, кузовов, кабин, обеспечивается только в том случае, если качественноспроектированная и изготовленная конструкция соответствует предъявляемым к нейтребованиям.
В этойглаве особое внимание уделено вопросам проектирования конструкций на базенакопленного в мировой и отечественной практике опыта использования современныхвысокоэффективных методов расчета, основным из которых является МКЭ, а такжерассмотрены особенности проектирования с использованием высококачественныхматериалов, в том числе нетрадиционных (алюминиевых сплавов, композиционныхматериалов и др.).
Несущейсистемой называютконструкцию, которая воспринимает все нагрузки, возникающие при ее движении, ислужит основанием для крепления узлов и агрегатов КМ (колёсная машина). Рама являетсяважнейшим элементом большинства КМ. Характерно, что в случае выхода из строярамы, как и любой другой несущей системы, невозможна эксплуатация КМ, аремонтные работы трудоемки и дорогостоящи.
Рамыподразделяют на лонжеронные, хребтовые и шарнирные. Лонжеронные рамы состоят издвух лонжеронов, связанных между собой поперечинами. Места соединенийлонжеронов и поперечин называют узлами (рис. 1.1 а, б). Хребтовые рамы имеютодну центральную несущую систему, составленную из картеров трансмиссии ипатрубков. Эти рамы не распространены ввиду сложности обслуживания трансмиссий,повышенных требований к качеству материала, изготовлению и сборке по сравнениюс лонжеронными.
Шарнирныерамы применяют, какправило, на КМ, движение по криволинейной траектории которой осуществляется засчет поворота шарнирно-соединенных секций (сочлененные КМ).
/>
Рис. 1.1 Лонжеронные рамыКМ:
а — швеллерного типа; б –Z-образного профиля
Кузов КМ служит для размещения водителя,пассажиров, грузов и защиты их от внешних воздействий. Он является важнейшимконструктивным, наиболее ответственным, материалоемким и дорогостоящимэлементом КМ. К кузову крепятся все механизмы КМ. Его форма определяеткомфортабельность и внешний вид машины. На кузов приходится примерно половинаполной массы КМ (для легковых 50… 52 %) и стоимости (для легковых машин 47… 49 %), он сложен в изготовлении.
Общий,пробег КМ в эксплуатации непосредственно зависит от долговечности несущейсистемы кузова.
Кузовможет быть цельным или состоять из отдельных, элементов (кабина, моторноеотделение, грузовая платформа). Он включает в себя корпус, двери и люки,оперение (крылья, подножки, облицовки), сиденья, дополнительное оборудование(системы вентиляции и отопления). Корпус кузова КМ, как правило, являетсянесущей системой. Он может состоять из основания, боковин, передней и заднейчастей, крыши и иметь перегородки. Все остальные элементы кузова (двери, капот,крылья, облицовка и др.) не относятся к несущим. Отметим, что обычно создаюткузова с несущим корпусом, так как они имеют меньшую массу, позволяют снизить центрмасс, улучшить плавучесть КМ и т.д. Его выполняют каркасным; полукаркасным ибескаркасным (панельным или оболочковым). Облицовку кузова и элементы каркасаизготавливают из металлов (сталь, алюминий), пластмасс и древесины. Облицовкаможет быть монослойной, коробчатой и многослойной. Многослойная (чащетрехслойная) обладает важным преимуществом — высокой прочностью и жесткостьюпри малой массе.
Кузовалегковых КМ выполняют закрытыми или открытыми со съемным верхом. Для последниххарактерны малые габаритные размеры и масса, невысокая стоимость, они позволяютобеспечить хорошую обзорность экипажу и оперативность его посадки и высадки приснятом тенте. Их недостатком является плохая защита от климатических и другихвоздействий.
Кузоваавтобусов изготавливают в виде фургонов или вагонного типа. Фургоныустанавливают на шасси КМ повышенной и высокой проходимости, поскольку такиеавтобусы предназначены для бездорожья и разбитых грунтовых дорог. По сравнениюс кузовами вагонного типа (применяемыми соответственно в автобусах для дорог сасфальтобетонным покрытием) фургоны имеют на 25...30 % меньший коэффициентиспользования габаритных размеров. Однако они универсальны (их можноустанавливать на различные шасси и прицепы) и позволяют упростить ремонт иобслуживание КМ. Различают кузова типа фургонов каркасные и бескаркасные.Наиболее перспективны бескаркасные, так называемые трехслойные конструкции,обладающие высокими прочностью и жесткостью при малой массе, хорошимиакустическими и теплоизоляционными характеристиками.
Кузовагрузовых КМ подразделяют на закрытые (фургоны) и открытые со съемнымбрезентовым тентом. Закрытые кузова позволяют обеспечить защиту грузов отвнешних воздействий, но в отличие от открытых обладают большей массой истоимостью. В основном кузова представляют собой бортовую платформу сопрокидывающимися бортами (одним задним или также и боковыми).
Платформаимеет продольные и поперечные силовые балки и настил из досок, фанеры, ДСП,металлических профилей или листов, армированных пластмасс. Борта выполняют издосок, скрепленных металлическими стойками, стальных штампованных элементов илипрокатных профилей, скрепленных болтами или сваренных, а также алюминиевыхпрофилей. Размеры откидывающихся бортов обусловлены рядом требований(эргономическими, минимальной массой, высотой подъема и др.).
Кузовгрузовой КМ закрепляют на раме в нескольких точках. Если кузов длинный, точасть опор снабжают упругими элементами (пружины или резиновые блоки).
Внастоящее время широко распространены новые типы кузовов, совмещающих функциикузова и упаковки груза, — контейнеры. При использовании контейнеров ускоряетсяи удешевляется доставка грузов, обеспечивается их сохранность и безопасность. Всоответствии с международными соглашениями приняты следующие типы контейнеров: универсальный(прямоугольный, закрытый), открытый (с брезентовым верхом), платформа состойками, изотермический (с теплоизоляцией), рефрижераторный (с холодильнымагрегатом), цистерна, составной (комбинация из нескольких малых контейнеров).Их размеры определяются нормами ИСО.
Всеконтейнеры по углам снабжены специальными фитингами для крепления, аперевозящие их КМ имеют специальные замки, смонтированные на платформе илираме.
Кабина — это рабочее место водителя илитракториста, где он проводит большую часть рабочего времени. Внутри кабинырасположены все органы управления, сиденья водителя и пассажиров, принеобходимости монтируются спальные места. Она является важным составнымэлементом грузовых КМ и тракторов.
Конструкциякабин КМ во многом определяется общим назначением машины и особенностями ееэксплуатации. Этим обусловлено большое разнообразие конструктивных схемкаркасов и кабин. Кабины классифицируют следующим образом:
поконструктивному признаку конструкции — закрытые, полуоткрытые (навесы), открытые.Закрытые кабины состоят из каркаса (в каркасных кабинах), передней, задней ибоковых стенок, крыши, пола, окон и дверей, тепло-, звуко- и виброизоляционныхустройств и элементов;
потехнологическому исполнению — каркасные (безопасные) с балками и поясамибезопасности и бескаркасные. При массовом производстве кабины изготавливают изстали бескаркасными, панельными.
Принебольшом объеме производства кабины выполняют обычно каркасными, простой формыс обшивкой из металла или из полимерных материалов;
по числумест — одно-, двух- и многоместные. Кабины грузовых КМ многоместные и могутиметь один или два ряда сидений; на тракторах одноместные кабины применяют дляклассов 6-20 Кн, двухместные — для классов 30 -150 Кн, трехместные — дляклассов 250-350 Кн;
по типудверей — с распашными и выдвижными дверями;
поспособу изоляции — кабины, выполненные с тепло- и звукоизолирующей прослойкой ибез изоляции;
покомпоновке — с отдельным отсеком для двигателя, закрытым капотом и бескапотные.В бескапотных кабинах, как правило, двигатель расположен непосредственно подкабиной. Преимуществами таких кабин является хороший обзор дороги для водителя,возможность увеличения размеров грузовой платформы и улучшения доступа кдвигателю при откидывании кабины вперед. В таком положении кабина фиксируетсяспециальным упором.
Лобовоестекло кабины может быть расположено вертикально, наклонено вперед или назад на15… 20°. При наклоне назад обеспечивается хорошая обзорность из кабины иобтекаемость ее набегающим воздухом, при наклоне вперед — отсутствуют блики настекле от подсветки приборов в темное время суток.
Цельнопластмассоваябескаркасная кабина панельно-оболоченного типа представлена на рис. 1.2. Ееконструкция полностью соответствует мелкосерийному характеру производства, рассчитанана контактный метод формования элементов из полиэфирного стеклопластикахолодного отверждения.
Ко всемэтим конструкциям предъявляют общие требования: обеспечение необходимыхзначений жесткости, прочности и долго вечности при минимальной массе, технологичности,минимальной стоимости.
Крометого, при создании кузова и кабины необходимо выполнение следующих требований:защита людей при авариях и других видах воздействий; соответствие уровнявибраций и шумов действующим нормам; свободный доступ к системам, узлам иагрегатам КМ при их обслуживании; хорошая обзорность, удобство посадки ивысадки, высокие эргономические качества; удобство погрузки и разгрузкиперевозимых грузов; герметичность и достаточная тепло- и шумоизоляция;выполнение требований эстетики; обеспечение высокой коррозионной стойкости идр.
/>
Рис.1.2. Цельнопластмассовая бескаркасная кабина панельно-оболоченного типа:
1-внешняя оболочка; 2-панель топливного бака; 3-панель пола; 4-усилительоснования; 5-основание; 6-рама лобового стекла; 7-панель крыши; 8-заливнаягорловина бака; 9-задняя внутренняя панель
1.1 Моделированиеконструкций конечными элементами
Основой построениярасчетной модели служит библиотека конечных элементов. Моделирование конечнымиэлементами предполагает достижение трех целей:
моделирование геометриидеформируемого тела;
моделированиеупруго-массовых свойств конструкции;
моделирование граничныхусловий.
Геометрия конструкциимоделируется совокупностью элементов различной размерности и различных форм,представляющих три группы:
одномерные элементы,имеющие форму прямой линии или дуги окружности;
двумерные элементытреугольной и четырехугольной формы;
трехмерные элементы — тетраэдры, гексаэдры и пятигранники.
При моделированиитребуемых упруго-массовых свойств конструкции кроме геометрии конечныхэлементов учитываются их свойства, то есть способность воспринимать нагрузку ииспытывать деформацию определенного вида. Так, например, некоторая частьодномерных элементов конструкции может работать только на растяжение-сжатие, адругая может к тому же воспринимать изгиб и кручение.
Для моделированияграничных условий и массовых свойств конструкции предназначены специальныеэлементы, образующие группу «другие» (other).
Расположение элемента впространстве зависит от координат узлов, принадлежащих элементу. В узлахопределяются обобщенные узловые смещения. Узловыми смещениями могут бытькомпоненты вектора перемещений вдоль осей координат и углы поворота элемента вузлах вокруг осей координат. Обобщенные узловые смещения обозначаются термином степенисвободы или сокращенно DOF (degrees of freedom).
Набор или список степенейсвободы модели зависит от типа элементов, используемых при моделировании.
Так, в узлах элементовработающих на изгиб и кручение (элементы балки и оболочки) определены все шестькомпонентов смещений, а в узлах трехмерных элементов — только перемещения вдольосей координат. Если в модели нет элементов, работающих на изгиб, то списокстепеней свобод не будет содержать углы поворота элементов в узлах. Это неозначает, что их нет, просто углы поворота не оказывают влияние на величинуполной потенциальной энергии конструкции.
1.2Нагрузочные режимы
Впроцессе эксплуатации на КМ действуют нагрузки, возникающие при ее движении подорожной поверхности, которые обычно носят случайный характер. Их можноподразделить на случайные и детерминированные. Эти нагрузки действуют нанесущую систему КМ и образуют пространственную систему. Определение величин инаправлений нагрузок — достаточно сложная задача, поэтому при расчетах из всейсовокупности учитывают нагрузки, которые возникают в экстремальных условияхэксплуатации (предельные нагрузки) (рис. 1.2.1).
Рассмотримэкстремальные детерминированные нагрузки и соответствующие им режимыэксплуатации. Статические расчеты несущих систем КМ выполняют для симметричных(изгиб), кососимметричных (кручение) и боковых (в горизонтальной плоскости)нагрузок.
Вертикальнуюсимметричную нагрузку RZ (рис.1.2.1, а) можно вычислить, используя выражение
/>
где GHj — вес i-го неподрессоренного узла или агрегата КМ, kД -коэффициент динамичности, принимаемый в зависимости от типа КМ: для грузовых
kД = 3,0; для КМ высокой проходимости kД = 3,5...4,0; для легковых КМ и автобусов kД =2,0...2,5; п — число колес, взаимодействующих с опорной поверхностью.
Вертикальнаянесимметричная нагрузка возникает при наезде колесом на препятствие и при вывешиванииколеса (или колес) (рис. 1.2.1, б). В первом случае вертикальную несимметричнуюнагрузку можно определить по приведенной выше формуле, учитывая, что kД = 1,5 для грузовых КМ;
kД = 1,8 для автомобилей высокой проходимости; kД = 1,3 для легковых КМ и автобусов.
/>
Рис.1.2.1. Расчетные режимы нагружения:а — вертикальная симметричная нагрузка; б — наезд колесом на препятствие ивывешивание колеса; в — горизонтальная нагрузка при движении по криволинейнойтраектории; г — наезд колесом на ступенчатое препятствие; д — движение КМ поводе
Момент,закручивающий несущую систему, равен
/>
Здесь RПР, RЛ — нагрузки на правом (R1) и левом (R2) передних колесах соответственно, В — колея.
Прирасчете несущей системы на изгиб от действия вертикальных нагрузок необходимоучитывать координаты точек их приложения. Динамические нагрузки в этом случаехарактеризуются эмпирическими коэффициентами (например, коэффициентомдинамичности).
Боковыесилы действуют на КМ при ее движении по криволинейной траектории (рис. 1.2.1,в), в случае появления несимметричных нагрузок при тяговом и тормозном режимах,а также при боковом столкновении с препятствием.
Максимальновозможная центробежная сила Fy до переворота прикриволинейном движении определяется следующим выражением (см. рис. 1.2.1. в)
/>
где Ry – реакция от дороги на колёса, zM – расстояние от опорной поверхностидо центра масс КМ. При этом
/>
lЗ, lП – расстояние соответственно от задней и передней осей доцентра масс. Для случая на рис. 1.2.1, г
/>
RZ0 — статическая нагрузка на переднюю ось; в = arctg[l — H/rd], где rd — динамическийрадиус колеса; Н — высота препятствия.
Наибольшиегоризонтальные нагрузки возникают при повороте и боковом ударе о препятствие имогут составлять до 80 % от веса КМ, приходящегося на ось; в случаенесимметричных нагрузок при тяговом и тормозном режимах — порядка 8 % от весаКМ.
Прибоковом ударе передним колесом о препятствие на КМ действуют нагрузки,наибольшая из которых изгибает несущую систему в горизонтальной плоскости. Вслучае экстремального режима боковая нагрузка пропорциональна весу КМ икоэффициенту kσсцепления колеса с поверхностьюдороги (с учетом коэффициента динамичности):
/>
Принаезде КМ передним колесом на препятствие на колесо действует сила, которуюможно разложить на продольную Rx ивертикальную Rz(рис. 1.2.1, г). Вертикальнаянагрузка может приводить к закручиванию несущей системы. Причем в этом случаекрутящий момент, как правило, меньше, чем в режиме вывешивания колес. Поэтомупри расчете несущей системы КМ воспользуемся силой Rx, приводящей к изгибу и сдвигу элементов несущей системы в горизонтальнойплоскости
/>
Дляплавающих КМ следует учитывать выталкивающую силу воды и давления встречногопотока (рис. 1.2.1, д).
Израссмотренных выше режимов наихудшим по параметрам прочности и жесткостинесущих систем является режим преодоления коротких препятствий (углублений,выступов) косым курсом. В этом случае на несущую систему действуютпреимущественно кососимметричные нагрузки, вызывающие ее кручение относительнопродольной оси КМ. Этот режим принимают как квазистатический в связи с тем, чтодвижение осуществляется с минимальной скоростью и, следовательно, инерционныминагрузками пренебрегают.
Впредельном случае при преодолении препятствий косым курсом возможен отрывколеса (колес) от дороги. При этом нагрузки можно определить, исходя из условиястатического равновесия: при lп > 0,5LM (см. рис. 1.2.1, б)
/>
при lп
/>
Привывешивании колес левого борта расчетные выражения для R3 и R4 аналогичны полученным для R1 и R2.
Совокупностьэтих нагрузок можно заменить суммой симметричных и кососимметричных сил,вызывающих изгиб и кручение несущей системы относительно продольной оси.Следует учитывать, что для КМ с числом осей больше двух возможно вывешиваниенескольких колес в различных сочетаниях. Подобным этому режиму является режимподдомкрачивания КМ.
Длясамосвалов к числу предельных режимов следует также отнести момент началавысыпания груза из грузовой платформы в двух вариантах: самосвал стоит нагоризонтальной и наклонной поверхностях.
Наряду сквазистатическими нагрузками к категории предельных можно отнести идинамические нагрузки, возникающие при ударе и низкочастотном резонансе.
Нагрузки,возникающие при ударе, как правило, имеют короткое (импульсное) воздействие.Поэтому в наибольшей степени последствия такого воздействия проявляются влокальной зоне (удара).
В связис этим данный режим рекомендуется использовать при уточненных расчетах и преждевсего расчете локальных зон.
Взависимости от микропрофиля дорожной поверхности, а также условий движения КМмогут возникать колебания с частотами, близкими к резонансным. Особенно опасныэти явления для несущих систем при частотах 0… 5 Гц. Если возникаетрезонанс, то возможны поломки элементов КМ, и в том числе несущей системы,вследствие чрезмерных (предельных) динамических нагрузок. Поэтому с цельюпредотвращения поломок важно исследовать возможность появления таких режимов.
Внешнеевозмущение зададим в виде синусоиды, поскольку задачи определениянапряженно-деформированного состояния несущих систем КМ решаются, как правило,в линейной постановке. Амплитуды возмущения и период колебаний должнысоответствовать эксплуатационным (возможным неровностям дороги и скоростидвижения КМ).
Дляупрощения расчетов примем, что неровности по обоим бортам одинаковые, контактколеса с дорогой точечный, колеса движутся без пробуксовки и отрыва от дороги.Расстояние l между двумя максимумами зададимравным расстоянию между передней и задней осью (при этом можно добитьсянаибольшего эффекта воздействия на КМ), что не противоречит статистическимданным. Эквивалентную скорость (км/ч) движения КМ по дороге с указаннымипараметрами определяем по формуле
/>
где f — собственная частота колебанийагрегата, Гц. Расчетным путем можно моделировать движение КМ по дороге сослучайным характером микропрофиля и вычислять при этом динамические нагрузки,действующие на несущую систему.
Возмущениеот микропрофиля можно задавать как ряд случайных нормально распределенных чиселс математическим ожиданием М = 0 и средним квадратическим отклонением,обусловленным определенным типом дороги. В результате можно определитьнагрузки, действующие на несущую систему и соответствующие реальным(случайным).
кузовавтомобиль конструкция моделирование
2. Построениематематической модели
2.1 Описание кузоваавтомобиля ВАЗ 2108(09)
Особенностиконструкции. Присоздании кузова легковой КМ основными факторами являются ее форма и компоновка.Конструкция агрегатов шасси определяет нижние детали нижней части кузова(детали пола), предназначенные для крепления элементов подвески, трансмиссии,выхлопной системы и топливного бака. С целью увеличения жесткости несущейсистемы пол кузова выполняют в виде пространственной рамоподобной конструкции,образуемой передними и задним лонжеронами, порогами, которые связаны междусобой поперечинами. В рассматриваемом на рис. 2.1.1. примере этими поперечинамиявляются:
передняяпоперечная балка;
усилителипола в зоне перехода пола к щитку моторного отсека;
поперечнаябалка переднего сиденья;
поперечнаябалка заднего сиденья;
П-образныеусилители пола в зоне задних колесных ниш;
поперечнаябалка заднего моста;
поперечныйусилитель задней части кузова.
/>
Рис.2.1.1. Корпус кузова легковой КМ:
а –общий вид; б – основные сечения
Тоннельдля размещения коробки передач и выхлопной системы, который выполнен каквыштамповка пола, несколько смещен вправо, что обусловливает несимметричностькузова относительно продольной оси. Топливный бак и глушитель размещены подзадним сиденьем, что позволяет решить проблему пожаробезопасности, уменьшитьвибрации от элементов выхлопной системы. Форма пола и арок задних колесопределяется максимальными перемещениями последних с учетом поперечного сдвига,возможного при одностороннем ходе подвески.
Дляулучшения технологического процесса сборки КМ двигатель, переднюю независимуюподвеску (обычно типа Макферсон) с упругими элементами, передний мост и коробкупередач можно агрегатировать как один сборочный узел, монтируемый на поперечнойбалке корытообразного вида с помощью специальных упругих опор.
Поперечинусилового агрегата болтовым соединением с помощью упругих элементов крепят кпередним лонжеронам, заднюю опору — к кронштейну в районе тоннеля, аамортизационную стойку с упругим элементом — к чашкам переднего брызговика. Вэтом случае нагрузки от подвески на кузов передаются непосредственно черезсистему «лонжерон — передний брызговик — балка верхнего пояса передней частикузова». Лонжерон коробчатого сечения, имеющий изогнутую форму впродольной плоскости, обладает достаточной жесткостью и является деформируемымэлементом, воспринимающим энергию фронтального удара при столкновении. Формабрызговика должна способствовать хорошему омыванию потоком холодного воздухадвигательного отсека и обеспечивать удобный монтаж и демонтаж агрегатов.
Переднийщит служит разделительной перегородкой между салоном и отсеком двигателя, атакже является важнейшим поперечным элементом каркаса салона, в значительнойстепени определяющим его жесткость при кручении.
В нижнейчасти, где осуществляется присоединение силового агрегата, щит имеет усиление,а в средней части щита выполнен проем, необходимый для установки системыкондиционирования и отопления. Усиления в виде короба также выполнены в местахкрепления элементов рулевого механизма.
Боковиныизготавливают из трех отдельных штампованных деталей: наружной, простирающейсяот передней стойки до задней части КМ (по всей длине), включая проемы дверей ибоковых окон, внутренней и усилителя. При этом размеры детали должны быть оченьточными, что позволяет облегчить подгонку и размещение дверей. Крышу с заднимоконным проемом изготавливают из одного цельного листа металла, в этом случаепроем получается достаточно точным.
Переднийщит и задняя панель кузова, крыша, боковины и пол образуют салон КМ, которыйсобирают в главном кондукторе после того, как предварительно подсобранывнутренние панели боковин и внутренняя рама крыши.
Передниекрылья в целях упрощения их замены при повреждениях можно выполнять съемными. Задниекрылья для получения требуемой жесткости присоединены к кузову с помощьюсварки, в результате чего крылья являются частью боковины.
Кузовавтомобиля ВАЗ 2108(09) — цельнометаллический, сварной, несущей конструкции (рис. 2.1.1.). Элементы кузовасоединены между собой контактной сваркой, а в труднодоступных местах —электросваркой (полуавтоматом в среде инертного газа). Стыки панелей и сварныешвы герметизированы мастикой. Съемные детали кузова: двери, крышка багажника наВАЗ-21099, дверь задка на ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109, капот, передние крылья, переднийи задний бамперы.
/>
Рис.2.1.2. Детали каркаса кузова: 1 – панель рамки радиатора; 2 – кронштейнкрепления блок-фары; 3 – верхняя поперечина рамки радиатора; 4 правый переднийлонжерон; 5 – правый брызговик переднего крыла; 6 – правое переднее крыло; 7 –соединитель рамы ветрового окна и боковины; 8 капот; 9 – правая наружная панельбоковины; 10 – рама ветрового окна; 11 – панель крыши; 12 – арка заднегоколеса; 13 – внутренняя стойка рамы ветрового окна; 14 – дверь задка; 15 –левая наружная панель боковины; 16 – желобок проема двери задка; 17 – панельзадка; 18 – передняя дверь; 19 – задняя дверь; 20 – задний лонжерон пола; 21задний пол; 22 – средний пол; 23 – нижняя накладка боковины; 24 – усилительпола под установку домкрата; 25 – передняя поперечина пола; 26 – передний пол;27 – левое переднее крыло; 28 – левый брызговик переднего крыла; 29 – щитокпередка; 30 – левый передний лонжерон; 31 – стойка рамки радиатора; 32 – нижняяпоперечина рамки радиатора
/>
Рис.2.1.3 Основные сечения кузова автомобиля ВАЗ 2108
Применяемыематериалы. Способы соединения элементов кузова. Чтобы улучшить потребительские свойства КМ (топливнуюэкономичность, коррозионную стойкость, экологичность), необходимо применятьпомимо традиционных (стали) новые материалы в несущих конструкциях КМ.Требования, предъявляемые к экономическим показателям эксплуатации КМобусловлены последствиями топливно-экономических кризисов, для ихудовлетворения необходимо искать новые подходы в вопросах снижения расходатоплива. Экологические требования связаны с полной переработкой, утилизациейустаревших КМ, поэтому при проектировании КМ необходимо учитывать, чтобыматериалы, из которых они изготовлены, впоследствии можно было утилизировать иповторно использовать.
Длямногих несущих систем, в частности легковых КМ, которые изготавливают из тонкихстальных листов (0,6...1,6 мм), актуальна проблема коррозионной стойкости,особенно в наших климатических условиях.
Материалдолжен хорошо свариваться, так как точечная сварка является основным способомсоединения металлических элементов кузова. Шаг точечной сварки обычноизменяется в пределах 30… 65 мм и зависит от требований, предъявляемых кпрочности и герметичности соединения. Минимальный шаг принимают равным тремдиаметрам сварной точки. Характеристики сварного соединения представлены втабл. 2.1.1.
Таблица2.1.1 Характеристикисварных соединенийТолщина свариваемых стальных панелей, мм Диаметр сварной точки, мм Среднее значение сдвигающей силы, Н 0,90 4,6 6280 1,22 5,6 7970 1,60 6,4 8770
Вообщеговоря, способ соединения играет существенную роль во взаимодействии частей иэлементов корпусов. Например, крепление обшивки к каркасу с помощьюсамонарезающих шурупов или завальцовки не гарантирует надежную работу обшивки,так как при этом могут передаваться лишь незначительные нагрузки вследствиеограниченной локальной прочности панели под шурупом и взаимного трения панелей.К способам соединения, обеспечивающим передачу достаточно больших нагрузок,можно отнести сварку, клепку, склейку, соединение болтами (с небольшим шагом). Всечасти и элементы, соединенные такими способами, составляют несущую конструкцию.
Допускаемоенапряжение в элементах конструкции (например, 120 МПа) задают с учетомпрочностных свойств выбранного материала, изменения структуры металла листовойстали при штамповке и гибке, действующих на кузов нагрузок, а также исходя изпринятых в автомобилестроении подходов.
2.2 Ход построения моделикузова автомобиля ВАЗ 2108(09)
За основу при построениимодели используется твёрдое тело. Оно создаётся методом добавления материаламежду двумя или более профилями, в нашем случае используется девять профилей(эскизов). Получаем внешнюю форму, приближённую к форме кузова, но только привиде сверху (снизу) и спереди (сзади). Вид сбоку достигается вырезом твёрдотельноймодели путём вытягивания профиля в одном или нескольких направлениях (отсредней поверхности). Размеры полученной фигуры немного больше габаритныхразмеров модели. Получив внешнюю форму кузова, приступаем к созданиюнеобходимых габаритных деталей модели (лонжеронов, крыльев, усилителей, стоек ит.д.) и вырезов (оконных и дверных проёмов; внутренних объемов: багажника,салона, подкапотное пространство). Для этого применяются методы «вытянутойбобышки», т.е. вытяжка эскиза или контура эскиза для создания твёрдотельногоэлемента, и «вытянутого выреза». Построение сложных поверхностей выполняетсядвумя путями:
первый путь заключается взамене сложных криволинейных поверхностей плоскими, при этом кривизнаповерхности может быть достигнута скруглениями или гладкой стыковкой граней;
второй путь – этоиспользование «бобышки по сечениям» с последующим «вырезом по сечениям», причёмпри вырезе, сечения одной плоскости выполняются эквидистантными к сечениям тойже плоскости бобышки;
Также можно использовать«вытянутую бобышку» — это вытяжка замкнутого профиля вдоль разомкнутой илисомкнутой траектории для создания твёрдотельного элемента, с последующим«вытянутым вырезом» (аналогично «вырезу по сечениям»).
Так как кузов практическисимметричный относительно продольной оси, то для симметричного отображениянекоторых элементов модели используем «зеркальное отражение» элементов, граней,тел вокруг грани или плоскости. «Зеркальное отражение» создает копию элементаили (нескольких элементов), которые зеркально отражаются относительноплоскости.
После построения основныхэлементов модели, начинаем строить более мелкие элементы: фаски, скругления,некоторые усилители кузова, размеры которых не значительны, т.е. не оказываютбольшое воздействие на прочность кузова. Построение проводится теми жеметодами, что и основных элементов.
При конструировании неучитываются части кузова, предназначенные для крепления навесного оборудования,панелей, декоративные, либо части, связанные только с аэродинамикой автомобиля,а также крышка багажника, капот и т.д., т.к. влияние этих элементов напрочность конструкции незначительно.
2.3 Ход проверки напрочность кузова автомобиля ВАЗ 2108(09)
Проверка на прочностьпроводится в программе Cosmos Works. Определяемнаиболее нагруженные точки: точки крепления двигателя, приложения силы тяжестипассажиров, водителя, груза. Прикладываем к этим точкам соответствующиенагрузки, увеличивая их на коэффициент динамичности k = 2.5.
Принимаем условия длярасчёта:
закрепляем кузов в местахкрепления стоек к чашкам;
нагрузка, действующая отмассы двигателя – 1500 Н, от массы одного человека – 1750 Н, от массы груза –1125 Н;
материал кузова –оцинкованная сталь
модуль упругости Е = 2·1011Н/м,
плотность ρ = 7870кг/м3,
предел прочности прирастяжении σВ = 3,6 · 107 Н/м2,
предел текучести σТ= 2,04 · 107 Н/м2.
Так как конструкциямодели сложна, стало невозможным произвести расчёт, используя вычислительнуютехнику, в связи с малой её мощностью.
Литература
1. Проектирование полноприводныхколёсных машин: В 2-т. Т.2. Учеб. для вузов Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф.Жеглов и др.; Под общ. ред. А.А. Полунгяна. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,2000. – 640 с.
2. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К.Автомобиль: анализ конструкции, элементы расчёта: Учебник для студентов вузовпо специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение,1989. – 340 с.: ил.
3. Ашмаров А.В. Крупный ремонт ВАЗ 2108.Руководство к действию: иллюстрированное издание. – М.: Третий Рим, 2000.