8.3. Расчет полуосей

Расчет полуосей производят на статическую прочность и усталость.

Полуразгруженная полуось обычно разрушается в опасном сечениие под подшипником. При расчете на прочность полуразгруженной полуоси определяют приведенные напряжения изгиба и кручения σ и угол закручивания Θ.

При расчете напряжений учитывают следующие характерные режимы нагружения:

1. передача максимальной силы тяги;

2. экстренное торможение;

3. занос (отдельно для внешней и внутренней полуоси);

4. переезд через неровности с учетом динамических нагрузок.

На режиме передачи максимальной силы тяги учитывают следующие нагрузки.

Максимальный момент по двигателю определяют по формуле:

, (8.1)

где – передаточное число дополнительной коробки на низшей ступени (учитывается в том случае, если в трансмиссии установлена дополнительная коробка);– коэффициент блокировки дифференциала; – число симметричных дифференциалов в трансмиссии.

Максимальный момент по сцеплению определяют по формуле:

, (8.2)

где – сцепная масса (масса, приходящаяся на ведущий мост); коэффициент динамического изменения нормальных реакций на ведущих колесах.

Из двух определенных моментов для дальнейших расчетов принимается меньший.

Нормальную реакцию рассчитывают по формуле:

. (8.3)

Продольную реакцию определяют по формулам:

; (8.4)

. (8.5)

Из двух определенных продольных реакций для дальнейших расчетов принимается меньшая.

Приведенные напряжения изгиба и кручения определяют по формуле:

, (8.6)

где b – плечо изгиба, определяемое как расстояние между плоскостями, проходящими через центр опорной площадки колеса и через центр опорного подшипника; – диаметр полуоси.

На режиме экстренного торможения учитывается нормальная и продольная реакции.

Нормальную реакцию рассчитывают по формуле:

, (8.7)

где индекс «» означает, что данный параметр используется при экстренном торможении; – коэффициент динамического изменения нормальных реакций на задних ведущих колесах в режиме экстренного торможения.

Продольные реакции определяют по формуле:

. (8.8)

Приведенные напряжения изгиба и кручения рассчитывают по формуле:

. (8.9)

На режиме заноса нормальную реакцию определяют по формуле:

, (8.10)

где – высота центра масс;– поперечный коэффициент сцепления;В – колея ведущих колес; «+» – для внутренней по отношению к направлению заноса полуоси, «–» – для внешней полуоси.

Боковую реакцию определяют по формуле:

. (8.11)

Приведенные напряжения изгиба и кручения рассчитывают по формуле:

. (8.12)

На режиме переезда через неровности с учетом динамических нагрузок динамическую реакцию рассчитывают по формуле:

, (8.13)

где – коэффициент динамичности.

Приведенные напряжения изгиба и кручения определяют по формуле:

. (8.14)

Допустимые приведенные напряжения изгиба и кручения – [] = 600 800 МПа.

На жесткость полуось рассчитывают по углу закручивания:

. (8.15)

Полярный момент инерции при этом определяют по формуле (5.26).

Допустимый угол закручивания – [] = 9  15 на один метр длины полуоси. Меньшее значение угла закручивания характеризует повышенную жесткость, большее значение – склонность к колебаниям и резонансным явлениям.

При расчете на прочность полностью разгруженной полуоси определяют напряжения кручения и угол закручивания.

Напряжения кручения определяют по формуле

. (8.16)

Допустимые напряжения кручения – [] = 500 600 МПа.

Расчет по углу закручивания полностью разгруженной полуоси ведется аналогично рассмотренному.

Размеры полуосей выбирают исходя из наиболее опасного случая нагружения. Обычно их выполняют с утолщениями по концам, чтобы внутренний диаметр шлицев был не меньше основного диаметра полуоси. Для снижения концентрации напряжений стремятся увеличить радиусы переходов от одного диаметра к другому, уменьшить глубину шлицев, что вызывает необходимость увеличения их числа (от 10 для грузовых автомобилей, до 18 – у легковых). Значительно уменьшается концентрация напряжений при переходе на эвольвентные шлицы.

Шлицы полуосей рассчитывают на срез и смятие.

Выбор размеров подшипников полуосей производят для случая прямолинейного движения с учетом преобладающих эксплуатационных нагрузок. В качестве расчетного принимают усилие, соответствующее массе, приходящейся на колесо. Нагрузками на подшипник от тягового усилия (тормозной силы) и боковой силы пренебрегают, так как в условиях эксплуатации эти силы либо весьма невелики (), либо действуют кратковременно (,). Расчетное число оборотов подшипников определяют исходя из средней скорости движения автомобиля.