8.3.2. Розрахунок півосей

Розрахункові схеми навантаження напіврозвантаженої і повністю розвантаженої півосей, як найбільш часто використовуваних, показані на рис. 8.3.2.

На рис. 8.3.2 показані наступні силові фактори, що діють на піввісь ведучого колеса: обертовий Т_к або гальмовий Т_t моменти, викликані ними відповідно тягова Р_к або гальмова Р_t сили, і бокова реакція R_у, що виникає під час повороту чи заносі. Причому максимальна повздовжня (тягова Р_к або гальмова Р_t ) і поперечна R_у сили можуть діяти тільки окремо, оскільки їх сумісна дія виключається із-за обмеженого значення сили зчеплення Р_j колеса з дорогою.

а

б

Рис. 8.3.2. Розрахункові схеми і епюри навантаження півосей:

а - напіврозвантаженої; б - повністю розвантаженої.

Під час розрахунку півосей розглядають три характерні режими навантаження: максимальна сила тяги або гальмування; занос автомобіля; переїзд через перешкоду.

Напіврозвантажену піввісь розраховують за всіма навантажувальними режимами. На ¾ розвантажену піввісь, що жорстко встановлена та повністю розвантажену піввісь розраховують тільки за першим навантажувальним режимом. Розрахунок ведуть по найбільш навантажених перерізах – зона установки зовнішнього підшипника та зона з’єднання з піввіссю її фланця.

В напіврозвантаженій півосі у разі першого навантажувального режиму в зоні установки зовнішнього підшипника виникають напруження згину та кручення. Еквівалентні напруження, виходячи із теорії найбільших дотичних напружень, визначають за формулою

, (8.3.1)

де с – відстань від середньої площини колеса до небезпечного перерізу;

R_z – нормальна реакція дороги на колесо;

P_к – тягова сила на ведучих колесах;

r_к - радіус колеса;

d - діаметр півосі у небезпечному перерізі.

Вертикальна реакція R_z, діюча на колесо

, (8.3.2)

де М_і – маса, що припадає на і-й ведучий міст;

m_к – коефіцієнт динамічної зміни навантаження, у разі реалізації максимальної тягової сили:

- для задньоприводного автомобіля;

- для передньоприводного автомобіля.

Визначають два значення тягової сили у разі першого навантажувальногол режиму:

- за двигуном

; (8.3.3)

• за максимальним зчепленням ведучих коліс з дорогою (при j = 0,8)

(8.3.4)

Розрахунок еквівалентних напружень ведуть за меншим із двох розрахованих значень тягової сили.

У разі другого навантажувального режиму, що відповідає заносу автомобіля, розраховують напруження згину в зоні установки зовнішнього підшипника за формулою:

(8.3.5)

де В – колія ведучого моста, ₁ - коефіцієнт зчеплення колеса з дорогою в поперечному напрямку, ₁=1,0.

Верхні знаки в формулі (8.3.5) відносяться до внутрішньої, а нижні – до зовнішньої по відношенню до напряму заносу півосі. Для зовнішньої півосі розраховане напруження буде найбільшим. Для внутрішньої півосі найбільш навантаженою під час заносу буде зона кріплення фланця, де виникають згінні напруження

, (8.3.6)

де d - діаметр півосі у місці з’єднання із фланцем.

У разі третього навантажувального режиму (переїзд через перешкоду) найбільше напруження виникає в зоні установки зовнішнього підшипника

(8.3.7)

де k_д – коефіцієнт динамічності навантаження: для легкових автомобілів і автобусів k_д =1,75, для вантажних автомобілів k_д = 2,5.

Жорстко встановлена на три четверті розвантажена і повністю розвантажена півосі сприймають тільки обертовий момент, тому їх розраховують на кручення при режимі максимальної тягової сили

(8.3.8)

Піввісь також розраховують на максимальний кут закручування

(8.3.9)

де l - довжина півосі; G - модуль пружності 2-го роду; I_к - момент інерції перетину півосей при крученні.

Допустимий кут закручування  = 8° на 1 м довжини півосі.

Півосі виготовляють з легованих сталей марок 30ХГС, 40ХМА, 40Х і піддають загартуванню СВЧ. Допустимі значення напружень згину і кручення складають відповідно = 600...750 МПа і = 500...600 МПа.

Напруження зминання і зрізу бокових поверхонь шліців півосей визначаються аналогічно напруженням у шліцах карданних валів. Допустимі значення напружень складають відповідно [s_зм] = 200 МПа і [t_зр] = 70 МПа.

Якщо у приводі використовуються карданні вали, то їх розрахунок здійснюють за методикою розрахунку карданних передач.