Прочность и долговечность дисков колес из перспективных материалов современных легковых автомобилей и мотоциклов

• Автор: Карташов, Николай Сергеевич
• Шифр специальности: 05.05.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Анализ существующих методов расчета колес

1.2. Основные соотношения теории тонких оболочек вращения

1.3. Жесткостные характеристики оболочек сложного профиля

с отверстиями

1.4. Вариационное уравнение равновесия

1.5. Методические основы расчета числа циклов нагружения

до разрушения колеса и пробега колеса

Выводы
Глава 2. Применение модели конечных элементов оболочечного типа и метода Фурье к определению напряженно-деформированного состояния колес при двумерных нагрузках

2.1. Выбор конечного элемента и дискретизация конструкции

2.2. Представление неосесимметричных нагрузок и определяющих функций напряженно-деформированного состояния рядами Фурье
2.3. Дискретный аналог вариационного уравнения равновесия :4,
в методе конечных элементов
2.4. Метод расчета напряженно-деформированного состояния
Выводы
Глава 3. Методическое обоснование расчетов колес при реальных
нагрузках
3.1. Алгоритм и описание программы
3.2. Тестовые примеры расчетов при осесимметричных нагрузках
3.2.1. Расчет полусферы при внешнем давлении
3.2.2. Расчет полусферической оболочки с жестким
центром на сосредоточенную нагрузку
3.3. Расчет круглой пластины с жестким центром, неосесимметрично нагруженной моментом
Выводы
Глава 4. Расчетно-экспериментальный анализ колес при реальном
нагружении
4.1. Расчетно-экспериментальное исследование прочности и долговечности современного колеса легкового автомобиля
4.1.1. Описание конструкции колеса
4.1.2. Описание эксперимента и условий нестационарного нагружения
4.1.3. Расчет напряженного состояния и сравнение с результатами испытания
4.1.4. Расчет ресурса и пробега колеса
4.2. Исследование прочности и долговечности мотоциклетного
колеса из новых перспективных материалов
4.2.1. Описание конструкции колеса и силового воздействия
4.2.2. Расчет неосесимметричной нагрузки на подшипник
4.2.3. Результаты расчета напряженного состояния колеса
4.2.4. Оценка долговечности
4.2.5. Сравнение с экспериментальными данными
4.3. Экспериментально-теоретическое исследование напряженного состояния и долговечности колеса легкового автомобиля
4.3.1. Описание конструкции колеса и нагрузки
4.3.2. Статический эксперимент и анализ напряженного состояния колеса при нагружении моментом
4.3.3. Экспериментальное и расчетное исследование долговечности и характера разрушения колеса при ! циклическом приложении моментной нагрузки
Выводы
Основные результаты и выводы
Список литературы
Приложение 1. Расчет автомобильного колеса 5,51х13Н2
«Снежинка»
Приложение 2. Расчет мотоциклетного колеса СО
Приложение 3. Акты внедрения

Колесо является универсальным движителем современных наиболее массовых транспортных средств. Колеса применяются на легковых и грузовых автомобилях, мотоциклах, велосипедах, самолетах, самоходных погрузчиках, тракторах и комбайнах, на железнодорожном транспорте и т.д. В подавляющем большинстве колеса работают вместе с пневматической шиной. Колесо вследствие специфики своего функционирования является телом вращения. Практически все колеса состоят из ступицы, диска и обода. Ступица является массивной деталью. Диск и обод выполняются тонкостенными со сложным профилем и переменными по толщине. К тому же на диске выполняются крепежные и вентиляционные или ручные отверстия, а промежутки между ними называются спицами. Спицы могут занимать практически всю длину диска. Из приведенной характеристики следует, что колесо является весьма сложной конструкцией.
Объектом исследования настоящей работы являются колеса легковых автомобилей и мотоциклов с диском сложного профиля при наличии-регулярной системы спиц. Рассматривается наиболее напряженный режим работы - это движение на поворотах.
Актуальность проблемы связана с тем, что в последнее время в колесное
производство внедряются легкие сплавы взамен конструкционной колесной

стали. Обладая достаточной прочностью и жесткостью, легкосплавные колеса значительно легче стальных и обладают значительно меньшим моментом инерции, что является их преимуществом во многих отношениях, в частности по динамике разгона и торможения, по плавности хода и управляемости, по воздействию на подвеску и т.д. К прочности и надежности таких колес предъявляются повышенные требования.
Однако до настоящего времени не существует надежного и быстрого метода расчета напряженно-деформированного состояния колеса при реально

Свободный радиус гс . Это радиус накачанной номинальным давлением шины на экваторе.
Статический радиус г ст . Это расстояние от центра колеса до опорной поверхности при стоящем транспортном средстве.
Динамический радиус, г д . Это расстояние от центра колеса до опорной поверхности при движении.
Вводится также понятие эффективного радиуса качения гк [19, 76].
С учетом того, что «нагрузочная характеристика и вертикальная жесткость катящегося колеса определяются так же, как и для неподвижного» [19] и разрушающее число циклов имеет значительный разброс [73, 80], будем считать
Гст ~ гд ~ Гк.
Это можно видеть и в справочных данных.
Возьмем для примера шину 175/70R13 . Проведенными расчетными [92, 98] и экспериментальными [16] исследованиями получен прогиб при действии номинальной нагрузки h г - 23 мм. Эта шина имеет г с = 290 мм. Значит
i~cw - г с - hz = 290 мм - 23 мм = 267 мм
Введем коэффициент к ш для оценки относительного уменьшения размера шины при движении
кш ~ гст /Rm =267 мм/290 мм = 0,92 . |
Близкое значение такого коэффициента получилось также в работе [77].
Примем этот коэффициент для всех шин, тем более он хорошо коррелирует со справочными данными [19].
Как известно, 1 дюйм равен 25,4 миллиметров
Если известно число циклов до разрушения N или ресурс колеса, то ресурс по пробегу колеса с шиной определится формулой