- MSC Software
реклама
ОЦЕНКА УСИЛИЯ НА РУЛЕВОМ КОЛЕСЕ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ В СРЕДЕ MSC.ADAMS Харитончик С.В., Выгонный А.Г., Колесникович А.Н., Калинин А.А. Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси РУП Минский автомобильный завод Взаимосвязь критериев проектирования и оценки эксплуатационных свойств автомобиля Нормативные требования к оценке усилия на рулевом колесе Выписка из правила ЕЭК ООН №79 (категория N2) Скорость выполнения маневра – 10 км/час Исправный механизм Максималь ное усилие, даН 25 Неисправный механизм Время, с Радиус поворота, м Максимальное усилие, даН Время, с Радиус поворота, м 4 12 40 4 20 Выписка из ГОСТ 21398-89 Согласно ГОСТ 21398-89 усилие на рулевом колесе движущегося автомобиля не должно превышать: 245 Н (25 кгс) – для рулевого управления без усилителя; 118 Н (12 кгс) – для рулевого управления с усилителем; 490 Н (50 кгс) – для рулевого управления с усилителем в случае прекращения действия усилителя. Выписка из ОСТ 37.001.487-89 Испытания проводятся как для неподвижного автомобиля, так и для движущегося со скоростью 10 км/час Предельные усилия на рулевом колесе, Н Неподвижный автомобиль Движущийся автомобиль Без рулевого усилителя С рулевым усилителем С исправным рулевым управлением 350 180 250 При отказе усилителя 400 Особенности расчетной модели, учитываемые в MSC.ADAMS : •распределение масс и учет инерционности деталей привода; •силы трения и преднатяга в шарнирах рулевого привода; •переменное передаточное число рулевого механизма; •углы установки управляемых колес; •кинематику рулевой трапеции; •возможность получения реального момента сопротивления колес повороту: – в движении; – на месте. Объект исследования Среднетоннажный автомобиль-самосвал Тип А Кинематическая схема рулевого управления Анализ результатов расчета Расчетные схемы Тип Б Тип А - распределитель встроен в рулевой механизм, силовой цилиндр в виде отдельного агрегата, устанавливаемого в рулевом приводе Тип Б - силовой цилиндр и распределитель встроен в рулевой механизм Элементы модели рулевого управления Углы установки управляемых колес Наименование развал колёс ( ), град Значение 0,5-1 схождение колёс (А-В), мм - поперечный наклон шкворня (), град 7 продольный наклон шкворня (), град 2,5 Модель шины Параметр Обозначение в файле свойств шины Масса шины, кг Значение 40 Моменты инерции колеса, Ixx, Iyy, Izz, кгмм4 2800, 2800, 700 Ширина беговой дорожки шины, мм 235 Свободный радиус шины, мм R1 405,5 Радиус тороидального каркаса шины, мм R2 117,5 Радиальная жесткость шины, Н/мм CNORMAL 920 Коэффициент продольной силы, Н CSLIP 30000 Коэффициент увода колеса, Н/град CALPHA 335368 Смещение радиальной реакции на шину в пятне контакта, мм CRR 40 Относительный коэффициент затухания колебаний шины RDR 0,7 Коэффициента сцепления шины с опорной поверхностью при отсутствии скольжения U0 0,99 Коэффициента сцепления шины с опорной поверхностью при полном скольжении U1 0,74 Расчет момента сопротивления повороту 1. формула для расчета суммарного момента на цапфах: M M f M M M — момент сопротивления перекатыванию управляемых колес при их повороте вокруг шкворней; — момент сопротивления деформации шин и трения в контакте с опорной поверхностью M вследствие проскальзывания шины; M и M — моменты, обусловленные поперечным и продольным наклонами шкворней. Mf 2. формула Гуха В.Е.: 10 3 G13 M 3 pш рш – давление в шине, МПа; - коэффициент трения шины с дорогой: =0.7…0.9 /3/. 3. формула Лысова М.И.: - нагрузк на переднюю ось, Gа Н f - коэффициент сопротивления качению rf - радиус обкатки,м - коэффициент трения шины rст - статический радиус колеса, м М Gа ( f rf 0,14 rст ) Результаты компьютерного моделирования Оценка усилия на рулевом колесе автомобиля в движении со скоростью 10 км/час Оценка усилия на рулевом колесе автомобиля в движении со скоростью 10 км/час Оценка усилия на рулевом колесе автомобиля, стоящего на месте Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу А и движущегося со скоростью 10 км/час Наименование параметра Значение Угол поворота внутреннего колеса при Rmin=20 м, град 11,43 Угол поворота внешнего колеса при Rmin=20 м, град 10,66 Угол поворота рулевого колеса при повороте влево, град 177 Угол поворота рулевого колеса при повороте вправо, град 182 Время входа в поворот Rmin=20 м, с 4 Усилие на рулевом колесе, даН поворот влево поворот вправо 16,1 16,9 Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу А, стоящего на месте Формула суммарного момента поворот влево поворот вправо Формула Гуха поворот влево поворот вправо Формула Лысова поворот влево Момент сопротивления на цапфе, Нм 2065 2581 1217 Сила сопротивления повороты на продольной тяге, Н 9306 11470 5407 Сила сопротивления повороту на руле, даН 55,6 54,2 68,2 66,4 32,9 поворот вправо 32,3 Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу Б и движущегося со скоростью 10 км/час Наименование параметра Значение Угол поворота внутреннего колеса при Rmin=20 м, град 11,43 Угол поворота внешнего колеса при Rmin=20 м, град 10,66 Угол поворота рулевого колеса при повороте влево, град 210 Угол поворота рулевого колеса при повороте вправо, град 216 Время входа в поворот Rmin=20 м, с 6 Усилие на рулевом колесе, даН поворот влево поворот вправо 13,3 13,5 Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу Б, стоящего на месте Формула суммарного момента поворот влево поворот вправо Формула Гуха поворот влево поворот вправо Формула Лысова поворот влево Момент сопротивления на цапфе, Нм 2065 2581 1217 Сила сопротивления повороты на продольной тяге, Н 7245 9055 4269 Сила сопротивления повороту на руле, даН 48,5 47,1 60,2 58,4 29,3 поворот вправо 28,5 Сравнение результатов моделирования с результатами натурных испытаний Натурные испытания поворот влево Расчет в среде MSC.ADAMS поворот вправо усилие, даН время, с усилие, даН время, с 13,2 5,9 13,6 5,8 13,0 6,0 13,7 5,9 13,0 6,0 13,6 6,0 Среднее значение 13,0 6,0 13,6 5,9 поворот влево поворот вправо усилие, даН время, с усилие, даН время, с 13,3 6 13,5 6 Выводы: 1. Разработаны математические модели среднетоннажного автомобиля-самосвала для различных вариантов компоновки рулевого управления : а) тип А – распределитель встроен в рулевой механизм, силовой цилиндр в виде отдельного агрегата, устанавливаемого в рулевом приводе; б) тип Б – силовой цилиндр и распределитель встроен в рулевой механизм. 2. Методом моделирования в MSC.ADAMS проведена оценка усилия на рулевом колесе для четырех вариантов расчетных схем (компоновка рулевого управления по типу А или Б и автомобиль стоящий на месте или в движении) в соответствии с нормативными требованиями. 3. В результате выполнения работы установлено, что принятая для расчета модель шины <FIALA> дает неадекватные результаты в расчетах усилия на рулевом колесе при нулевой скорости автомобиля, т.е. «автомобиль стоящий на месте», поэтому для данного случая расчета применена методика расчета суммарного момента сопротивления на цапфах автомобиля . В связи с этим в таких расчетах рекомендуется использовать другие модели шин пакета MSC.ADAMS, поддерживающих нулевую скорость автомобиля. 4. Для компоновки рулевого управления по типу Б при движении автомобиля со скоростью 10 км/час проведено сравнение результатов расчета в пакете ADAMS с результатами натурных испытаний. Полученное расхождение не превышает 3%, что говорит о высокой точности результатов моделирования. Спасибо за внимание !
