Исследование на прочность шарового пальца рулевой сошки автобуса | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 августа, печатный экземпляр отправим 16 сентября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №25 (315) июнь 2020 г.

Дата публикации: 18.06.2020

Статья просмотрена: 5 раз

Библиографическое описание:

Бадиков, К. А. Исследование на прочность шарового пальца рулевой сошки автобуса / К. А. Бадиков, В. П. Пелипенко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 25 (315). — С. 11-14. — URL: https://moluch.ru/archive/315/71806/ (дата обращения: 15.08.2020).



В статье анализируется шаровой палец сошки рулевого управления автобуса с использованием расчета на статическую прочность, учитывающего конкретные условия и режимы эксплуатации. Прочностные расчеты проводились с помощью метода конечных элементов, реализуемого системой автоматизированного проектирования SolidWorks Simulation.

Ключевые слова: рулевое управление; шаровой палец; прочностной расчет; твердотельная модель.

Ужесточение требований по обеспечению безопасности движения вызывает необходимость дальнейшего совершенствования конструкций и систем автомобилей. В значительной части это касается узлов, агрегатов и систем, нарушение работоспособности которых может привести к аварийным ситуациям, зачастую с тяжелыми последствиями.

Рулевое управление и тормозная система являются основными системами, обеспечивающими управление транспортным средством, любая неисправность в них полностью исключает выпуск в рейс. Именно поэтому проведение прочностных расчетов данной детали, относящейся к системе рулевого управления, является актуальным и направлено на выявление возможного недостатка прочности, которое может угрожать жизни и здоровью не только пассажиров, но и других участников движения.

В данной статье рассматривается анализ прочности шарового пальца рулевой сошки автобуса, эксплуатирующего на одной из автоколонн Волгоградской области. Прочностной анализ был выполнен с помощью программного комплекса SolidWorks.

Шаровой палец сошки рассчитывают на изгиб и срез в опасных сечениях А-А и Б-Б и на смятие. Схема для расчета пальца показана на рис. 1. В случае возникновения излома в этих сечениях или вылета пальца из кожуха может произойти потеря управляемости транспортного средства и в результате произойти аварийное столкновение, что повлечет серьезные последствия для пассажиров автобуса.

Расчетная схема шарового пальца рулевого управления

Рис. 1. Расчетная схема шарового пальца рулевого управления

Необходимость и целесообразность прочностных расчетов становится очевидной при применении систем автоматизированного проектирования и инженерного анализа, например, SolidWorks Simulation, реализующих численные методы решения задач механики деформируемого твердого тела, в частности, метод конечных элементов, не ограниченные ни формой конструкции, ни способом приложения нагрузки.

Моделирование осуществлялось с учетом рассчитанного усилия, которое испытывает шаровой палец сошки для автобуса, оно составило 3105 Н [1]. Для обеспечения возможности выполнения расчетов был проведен анализ сплава, из которого изготовлены пальца при помощи оптико-эмульсионного метода. В результате анализа было установлено, что рулевой палец изготовлен стали, которая по своему химической составу близка к конструкционной легированной стали 18ХГТ, максимальное напряжение изгиба которой составляет 170 МПа. Учет возможного поверхностного упрочнения при расчете не производился. Согласно аналитическому расчету максимальное напряжение изгиба составило в сечении А-А — 44,6 МПа, а в Б-Б — 41,31 МПа.

На рис. 2а показан внешний вид пальца, на рис 2б представлена твердотельная модель рассчитываемой детали, а на рис. 2в — конечно-элементная. Конечно-элементная модель содержит 44641 элементов (65165 узлов).

а) Внешний вид пальца; б) Твердотельная модель; в) Конечно-элементная модель а) Внешний вид пальца; б) Твердотельная модель; в) Конечно-элементная модель а) Внешний вид пальца; б) Твердотельная модель; в) Конечно-элементная модель

Рис. 2. а) Внешний вид пальца; б) Твердотельная модель; в) Конечно-элементная модель

Расчет на статическую прочность шарового пальца является одним из ключевых этапов проектирования и изучения рациональной конструкции детали с учетом конкретных условий и режимов его эксплуатации.

Результаты проведенного статического анализа представлены в виде карты напряжений, максимальное значение равно 84,398 МПа (рис. 3а) и находится в сечении Б-Б. Расхождение полученных данных с аналитическим расчетом связано с учетом в аналитическом расчете только геометрических размеров пальца, тогда как в SolidWorks учитываются и свойства материала.

а) Прочностной анализ (статический расчет); б) Коэффициент запаса прочности а) Прочностной анализ (статический расчет); б) Коэффициент запаса прочности

Рис. 3. а) Прочностной анализ (статический расчет); б) Коэффициент запаса прочности

Коэффициент запаса прочности показывает способность конструкции выдерживать прилагаемые к ней нагрузки выше расчетных. Наличие минимального запаса в 25–50 % обеспечивает надежность детали. Для исследуемой детали данный коэффициент был определен и его минимальное значение составило 4,8 (рис. 3б), что обеспечивает прочность при возможных перегрузках.

Повторяющиеся операции приложения нагрузки и разгрузки со временем приводят к ослаблению объектов, данное явление называется усталостью материалов. Каждый цикл колебания напряжений в некоторой степени ослабляет объект. После некоторого количества циклов объект становится таким непрочным, что он разрушается. Согласно техническим требованиям рулевой палец должен обеспечивать не менее 1 млн циклов нагружения, поэтому был произведен анализ усталостной прочности детали, выраженный в циклах. Полученные результаты представлены на рис. 4. При расчете на усталость в программе SolidWorks принималось, что напряжения от изгиба шарового пальца изменяются по симметричному циклу (R=-1).

Срок службы (усталостный анализ в циклах)

Рис. 4. Срок службы (усталостный анализ в циклах)

Таким образом, проведенный анализ прочности показал, что рассчитываемая деталь, выдерживает расчетные нагрузки. Однако расчет на усталость выявил, что ресурс в 1 млн. циклов выдержан не будет. Опасным сечением является Б-Б, где d =31 мм, поэтому рекомендательными мероприятиями будет предложение увеличить диаметр пальца в данном сечении. Увеличение диаметра сечения до 34 мм позволит повысить усталостную прочность до назначенного 1 млн. цикла, что положительно скажется на общей прочности детали.

Литература:

  1. Волков В. С. Основы расчета систем автомобилей, обеспечивающих безопасность движения [Текст]: учебное пособие / В. С. Волков. — Воронеж, 2014. — 111 с.
  2. Бадиков К. А. Анализ надёжности рулевого управления автобусов / К. А. Бадиков, М. В. Полуэктов, Т. А. Сторчилова // Мир транспорта и технологических машин. — 2015. — № 2. — C. 3–10.
Основные термины (генерируются автоматически): шаровой палец, рулевое управление, аналитический расчет, Твердотельная модель, шаровой палец сошки, Конечно-элементная модель, Прочностной анализ, рулевой палец, статическая прочность, транспортное средство.


Ключевые слова

рулевое управление, шаровой палец, прочностной расчет, твердотельная модель

Похожие статьи

Общий анализ неисправностей рулевого управления...

Повышение показателей надежности рулевого управления является важной задачей.

Рулевое управление является одной из важнейших систем, влияющих на безотказность дорожного движения.

Ослабление затяжки гаек крепления шаровых пальцев рулевых тяг.

Анализ повреждений рулевого управления современного...

Рулевое управление является одной из важнейших систем автомобиля, обеспечивающих его активную безопасность. В предлагаемой работе проведен анализ повреждений деталей рулевого управления при ДТП с позиции их влияния на дальнейшую эксплуатацию...

Исследование управляемости транспортного средства при...

В статье приводится схема подвески передних управляемых колес с дополнительным упругим элементом, введенным в рулевое управление, и обеспечивающим улучшенные показатели управляемости.

Анализ конструктивных схем активного рулевого управления

Рулевое управление — это система управления направлением движения транспортного средства с помощью рулевого колеса, оно

В 2014 году произошёл «психологический прорыв» в проектировании рулевого управления транспортных средств, связанный с отказом от...

Сравнение расчетных схем для оценки... | Молодой ученый

В работе рассмотрена прочностная надежность одного из главных элементов поршневого двигателя, поршневого пальца. Проведено сравнение расчетных схем для оценки напряженно-деформированного состояния поршневого пальца.

Оценка коэффициента запаса циклической прочности прицепного...

В работе рассмотрена прочностная надежность прицепного шатуна перспективного авиационного

Расчетная модель (рис.1б) представляет собой сборку прицепного шатуна (1), прицепного

Конечно-элементная сетка включает 158000 элементов и приведена на рис. 2б.

Моделирование напряженного состояния главного шатуна...

В зонах сопряжения пальцев с главным шатуном, шатуна с шатунной шейкой КВ выполнено сгущение сетки для повышения точности решения

Конечно-элементная сетка включает 77627 элементов (рис. 8а). В зонах сопряжения поршневого пальца с главным шатуном, шатуна с...

Анализ лопастей турбины ГТД из карбида титана в пакете Ansys

В пункт «Geometry» вводятся твердотельная модель лопатки, которая была построена в пакете SolidWorks, а в пункт «Model» импортируется конечноэлементная сетка, построенная в пакете ICEM CFD из 22901 элементов что удовлетворяет качественным условиям расчета

Анализ конструктивных схем поворота колесных машин

Анализ повреждений рулевого управления современного... Во-первых, время запаздывания поворота управляемых колес после поворота рулевого колеса оказывается различным, при разных. рулевое управление, рулевое колесо, дорожное покрытие, шаровой шарнир...

Конструктивный анализ усилителей рулевого управления

Статья раскрывает сущность усилителей рулевого управления, принцип работы, преимущества и недостатки его применения, проводится анализ и сравнение усилителей рулевого управления, работающим по разным принципам.

Похожие статьи

Общий анализ неисправностей рулевого управления...

Повышение показателей надежности рулевого управления является важной задачей.

Рулевое управление является одной из важнейших систем, влияющих на безотказность дорожного движения.

Ослабление затяжки гаек крепления шаровых пальцев рулевых тяг.

Анализ повреждений рулевого управления современного...

Рулевое управление является одной из важнейших систем автомобиля, обеспечивающих его активную безопасность. В предлагаемой работе проведен анализ повреждений деталей рулевого управления при ДТП с позиции их влияния на дальнейшую эксплуатацию...

Исследование управляемости транспортного средства при...

В статье приводится схема подвески передних управляемых колес с дополнительным упругим элементом, введенным в рулевое управление, и обеспечивающим улучшенные показатели управляемости.

Анализ конструктивных схем активного рулевого управления

Рулевое управление — это система управления направлением движения транспортного средства с помощью рулевого колеса, оно

В 2014 году произошёл «психологический прорыв» в проектировании рулевого управления транспортных средств, связанный с отказом от...

Сравнение расчетных схем для оценки... | Молодой ученый

В работе рассмотрена прочностная надежность одного из главных элементов поршневого двигателя, поршневого пальца. Проведено сравнение расчетных схем для оценки напряженно-деформированного состояния поршневого пальца.

Оценка коэффициента запаса циклической прочности прицепного...

В работе рассмотрена прочностная надежность прицепного шатуна перспективного авиационного

Расчетная модель (рис.1б) представляет собой сборку прицепного шатуна (1), прицепного

Конечно-элементная сетка включает 158000 элементов и приведена на рис. 2б.

Моделирование напряженного состояния главного шатуна...

В зонах сопряжения пальцев с главным шатуном, шатуна с шатунной шейкой КВ выполнено сгущение сетки для повышения точности решения

Конечно-элементная сетка включает 77627 элементов (рис. 8а). В зонах сопряжения поршневого пальца с главным шатуном, шатуна с...

Анализ лопастей турбины ГТД из карбида титана в пакете Ansys

В пункт «Geometry» вводятся твердотельная модель лопатки, которая была построена в пакете SolidWorks, а в пункт «Model» импортируется конечноэлементная сетка, построенная в пакете ICEM CFD из 22901 элементов что удовлетворяет качественным условиям расчета

Анализ конструктивных схем поворота колесных машин

Анализ повреждений рулевого управления современного... Во-первых, время запаздывания поворота управляемых колес после поворота рулевого колеса оказывается различным, при разных. рулевое управление, рулевое колесо, дорожное покрытие, шаровой шарнир...

Конструктивный анализ усилителей рулевого управления

Статья раскрывает сущность усилителей рулевого управления, принцип работы, преимущества и недостатки его применения, проводится анализ и сравнение усилителей рулевого управления, работающим по разным принципам.

Задать вопрос