VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В данной статье производился расчет шарового пальца сошки на примере автобуса «Волжанин-32901. В начале исследования с помощью оптико-эмульсионного метода было определено содержание различных элементов в сплаве, из которого выполнен исследуемый палец и установлен материал. Это конструкционная углеродистая сталь ВСт6пс (таблица 1).

Таблица 1 – Результаты оптико-эмульсионного метода

Fe	C	Si	Mn	Cr	Ni	Al	Cu	V	W
98,45	0,4929	0,0959	0,7111	0,0744	0,0193	0,0415	0,0331	0,0122	0,0377

Существующие методики предлагают производить расчёт деталей по максимальным напряжениям без учета переменного характера нагрузки. Расчет на усталость проведен по ГОСТ 25.504-82 «Расчеты и испытания на прочность» и представлен на примере рулевого управления автобуса «Волжанин-32901». Опасные сечения – А-А и Б-Б.

Рисунок 1 - Расчетная схема сошки, шарового пальца рулевого механизма и результаты статического расчета

Усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу P_рк равно 294 Н согласно ГОСТ Р 52302-2004 «Автотранспортные средства. Управляемость и устойчивость».

Момент на выходе рулевого механизма составил 1436 Н·м. Усилие на шаровом пальце сошки – 7762 Н. Максимальное напряжение изгиба пальца в сечениях А-А и Б-Б составило 205 и 234 МПа при допустимых в 170 МПа. При расчете принимаем, что напряжения от изгиба шарового пальца изменяются по симметричному циклу. Амплитудное напряжение σ_а равно максимальному напряжению от изгиба, поэтому произведен расчет шарового пальца сошки на усталостную прочность. В сечении В-В для концентрации напряжений от напрессованной детали при изгибе принимаем K_σ/K_dσ по чертежу ГОСТ 25.504-82 приложение 2.

_{Тогда общий коэффициент снижения предела выносливости будет равен:}

где K_А - коэффициент влияния анизотропии, при σ_В имеющей значение до 600 МПа K_А = 0,9; K_υ - коэффициент влияния поверхностного упрочнения поверхности пальца на предел выносливости. Принимаем K_υ= 1; K_fσ - коэффициент влияния качества обработки (шероховатости), для σ_В = 300 МПа K_fσ= 0,9…0,95.

Коэффициент запаса прочности при изгибе в сечении А-А:

где σ_-1= 245 МПа - предел выносливости ВСт6пс.

Проводим аналогичный расчет для сечения Б-Б и получаем коэффициент запаса прочности при изгибе в сечении Б-Б равным 0,88. Условие прочности не выполняется.

Согласно полученным усилиям на пальце в системе прочностного анализа APM FEM для КОМПАС-3D был произведен статический расчет и определено максимальное эквивалентное напряжение. Оно составило 233 Н. Полученные данные практически совпадают с напряжениями изгиба, рассчитанными ранее, и подтверждают что опасными сечением для «Волжанин – 32901» является сечение А-А. Анализ показал, что максимальное напряжение изгиба и коэффициент запаса прочности при изгибе шарового пальца больше допустимого; сталь 6 для не позволяет достичь допустимого уровня надежности.

Предложениями в данном случае может являться увеличение диаметра пальца в опасных сечениях. Или использовать сталь для шарового пальца другой марки с более высоким допустимым напряжением изгиба и выполнить термообработку. Также можно рекомендовать вести журнал учета замены шаровых опор в зависимости от пробега и времени эксплуатации. Это позволить снизить риск выхода из строя автобусов из-за неисправности шаровых опор во время работы на линии.

Библиографический список

1) Чернова, Г.А. Расчёт сошки рулевого управления автобуса «Волжанин-4298» / Чернова Г.А., Бадиков К.А., Щипцова Т.А. // Современные наукоёмкие технологии. - 2013. - № 8 (ч. 1). - C. 12-13.

Код для цитирования: Скопировать