Расчёт на прочность кузова автомобиля ВАЗ 2108

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему

«Расчёт на прочность кузова автомобиля ВАЗ 2108»

2006г.

Содержание

Введение

1. Обзор существующих конструкций

1.1 Моделирование конструкций конечными элементами

1.2 Нагрузочные режимы

2. Построение математической модели

2.1 Описание кузова автомобиля ВАЗ 2108(09)

2.2 Ход построения модели кузова автомобиля ВАЗ 2108(09)

2.3 Ход проверки на прочность кузова автомобиля ВАЗ 2108(09)

Литература

Введение

В соответствии с ГОСТ обязательно проведение ходовых испытаний автомобиля. Сами ходовые испытания не являются дорогостоящими, но для выбора наилучшей конструкции кузова необходимо разработать и создать несколько его вариантов (пилотные версии). Каждая деталь изготавливается вручную, что приводит к потере времени и средств. Но наиболее дешёвым и быстрым является построение математическим способом модели и её расчётная проверка. Затем на основе проведённых исследований выбрать конструкцию. Создать её и испытания проводить лишь для доказательства правильности выполненной работы.

В настоящее время САПР (системы автоматического проектирования) используются практически всеми компаниями про проектированию автомобилей. К этим системам относится и такая программа, как Solid Works, которая является одним из лидеров в 3D САПР. Основной задачей таких программ является создание простой и приемлемой для пользователей методики построения расчётной модели, позволяющей заменить натурные испытания.

В начале определяются основные размеры с реальной конструкции кузова: габаритные, мм (длина – 3500, ширина – 1490, высота - 1200) [1], несущих элементов, конструктивные. По ним происходит построение объёмной геометрической модели в программе Solid Works.

Модель строится в виде цельной детали, мелкие детали, не влияющие на прочность не показываются. Материалом кузова принимаем сталь предназначенную для изготовления кузовных деталей – Ст3. Кузов автомобиля ВАЗ 2108 относится к оболочковым кузовам. Оболочковые кузова выполняются из крупных штампованных деталей, наружных и внутренних панелей, соединённых точечной сваркой в замкнутую силовую систему преимущественно из стального листа, толщиной 0,6…0,8 мм.

Кузова такого типа наиболее распространены, так как обладают технологическими преимуществами - автоматическая сварка панелей может выполняться на конвейере).

Нагрузками, действующими на автомобиль являются нагрузки от дороги, максимальное значение которых будет передаваться на кузов через подвеску при её полном сжатии. Т.о. для упрощения расчётов принимаем допущение, что подвеска передаёт все реакции, от дороги меняя их лишь по направлению, но не по величине.

Как известно жесткость кузова обеспечивается применением лонжеронов. На основании этого действует правило, что при разрушении или нарушения параллельности лонжеронов эксплуатация автомобиля невозможна. Будет происходить неконтролируемый занос. Т. Е. из выше вышесказанного следует, что основное внимание при расчёте необходимо уделить определению допустимых нагрузок на лонжероны.

Расчёт производим в статистике с применением коэффициента динамической нагрузки К_д = 1,1…2.

Часть кузова, состоящая из продольных и поперечных лонжеронов, была закреплена соответствующим образом и нагружена, после чего будет выполнен расчет на прочность в программах Cosmos Works, Nastrane и др. Далее, определив расчёт лонжеронов на усталостную прочность и определим максимальное количество циклов нагружения в период эксплуатации кузова.

1. Обзор существующих конструкций

В современных условиях перед проектировщиками машиностроительных конструкций стоит сложная задача: в кратчайшие сроки спроектировать конструкцию, близкую к оптимальной по ряду основных параметров. Высокий уровень конструкции, в том числе рам, кузовов, кабин, обеспечивается только в том случае, если качественно спроектированная и изготовленная конструкция соответствует предъявляемым к ней требованиям.

В этой главе особое внимание уделено вопросам проектирования конструкций на базе накопленного в мировой и отечественной практике опыта использования современных высокоэффективных методов расчета, основным из которых является МКЭ, а также рассмотрены особенности проектирования с использованием высококачественных материалов, в том числе нетрадиционных (алюминиевых сплавов, композиционных материалов и др.).

Несущей системой называют конструкцию, которая воспринимает все нагрузки, возникающие при ее движении, и служит основанием для крепления узлов и агрегатов КМ (колёсная машина). Рама является важнейшим элементом большинства КМ. Характерно, что в случае выхода из строя рамы, как и любой другой несущей системы, невозможна эксплуатация КМ, а ремонтные работы трудоемки и дорогостоящи.

Рамы подразделяют на лонжеронные, хребтовые и шарнирные. Лонжеронные рамы состоят из двух лонжеронов, связанных между собой поперечинами. Места соединений лонжеронов и поперечин называют узлами (рис. 1.1 а, б). Хребтовые рамы имеют одну центральную несущую систему, составленную из картеров трансмиссии и патрубков. Эти рамы не распространены ввиду сложности обслуживания трансмиссий, повышенных требований к качеству материала, изготовлению и сборке по сравнению с лонжеронными.

Шарнирные рамы применяют, как правило, на КМ, движение по криволинейной траектории которой осуществляется за счет поворота шарнирно-соединенных секций (сочлененные КМ).

Рис. 1.1 Лонжеронные рамы КМ:

а - швеллерного типа; б – Z-образного профиля

Кузов КМ служит для размещения водителя, пассажиров, грузов и защиты их от внешних воздействий. Он является важнейшим конструктивным, наиболее ответственным, материалоемким и дорогостоящим элементом КМ. К кузову крепятся все механизмы КМ. Его форма определяет комфортабельность и внешний вид машины. На кузов приходится примерно половина полной массы КМ (для легковых 50... 52 %) и стоимости (для легковых машин 47 ... 49 %), он сложен в изготовлении.

Общий, пробег КМ в эксплуатации непосредственно зависит от долговечности несущей системы кузова.

Кузов может быть цельным или состоять из отдельных, элементов (кабина, моторное отделение, грузовая платформа). Он включает в себя корпус, двери и люки, оперение (крылья, подножки, облицовки), сиденья, дополнительное оборудование (системы вентиляции и отопления). Корпус кузова КМ, как правило, является несущей системой. Он может состоять из основания, боковин, передней и задней частей, крыши и иметь перегородки. Все остальные элементы кузова (двери, капот, крылья, облицовка и др.) не относятся к несущим. Отметим, что обычно создают кузова с несущим корпусом, так как они имеют меньшую массу, позволяют снизить центр масс, улучшить плавучесть КМ и т.д. Его выполняют каркасным; полукаркасным и бескаркасным (панельным или оболочковым). Облицовку кузова и элементы каркаса изготавливают из металлов (сталь, алюминий), пластмасс и древесины. Облицовка может быть монослойной, коробчатой и многослойной. Многослойная (чаще трехслойная) обладает важным преимуществом - высокой прочностью и жесткостью при малой массе.

Кузова легковых КМ выполняют закрытыми или открытыми со съемным верхом. Для последних характерны малые габаритные размеры и масса, невысокая стоимость, они позволяют обеспечить хорошую обзорность экипажу и оперативность его посадки и высадки при снятом тенте. Их недостатком является плохая защита от климатических и других воздействий.

Кузова автобусов изготавливают в виде фургонов или вагонного типа. Фургоны устанавливают на шасси КМ повышенной и высокой проходимости, поскольку такие автобусы предназначены для бездорожья и разбитых грунтовых дорог. По сравнению с кузовами вагонного типа (применяемыми соответственно в автобусах для дорог с асфальтобетонным покрытием) фургоны имеют на 25...30 % меньший коэффициент использования габаритных размеров. Однако они универсальны (их можно устанавливать на различные шасси и прицепы) и позволяют упростить ремонт и обслуживание КМ. Различают кузова типа фургонов каркасные и бескаркасные. Наиболее перспективны бескаркасные, так называемые трехслойные конструкции, обладающие высокими прочностью и жесткостью при малой массе, хорошими акустическими и теплоизоляционными характеристиками.

Кузова грузовых КМ подразделяют на закрытые (фургоны) и открытые со съемным брезентовым тентом. Закрытые кузова позволяют обеспечить защиту грузов от внешних воздействий, но в отличие от открытых обладают большей массой и стоимостью. В основном кузова представляют собой бортовую платформу с опрокидывающимися бортами (одним задним или также и боковыми).

Платформа имеет продольные и поперечные силовые балки и настил из досок, фанеры, ДСП, металлических профилей или листов, армированных пластмасс. Борта выполняют из досок, скрепленных металлическими стойками, стальных штампованных элементов или прокатных профилей, скрепленных болтами или сваренных, а также алюминиевых профилей. Размеры откидывающихся бортов обусловлены рядом требований (эргономическими, минимальной массой, высотой подъема и др.).

Кузов грузовой КМ закрепляют на раме в нескольких точках. Если кузов длинный, то часть опор снабжают упругими элементами (пружины или резиновые блоки).

В настоящее время широко распространены новые типы кузовов, совмещающих функции кузова и упаковки груза, - контейнеры. При использовании контейнеров ускоряется и удешевляется доставка грузов, обеспечивается их сохранность и безопасность. В соответствии с международными соглашениями приняты следующие типы контейнеров: универсальный (прямоугольный, закрытый), открытый (с брезентовым верхом), платформа со стойками, изотермический (с теплоизоляцией), рефрижераторный (с холодильным агрегатом), цистерна, составной (комбинация из нескольких малых контейнеров). Их размеры определяются нормами ИСО.

Все контейнеры по углам снабжены специальными фитингами для крепления, а перевозящие их КМ имеют специальные замки, смонтированные на платформе или раме.

Кабина - это рабочее место водителя или тракториста, где он проводит большую часть рабочего времени. Внутри кабины расположены все органы управления, сиденья водителя и пассажиров, при необходимости монтируются спальные места. Она является важным составным элементом грузовых КМ и тракторов.

Конструкция кабин КМ во многом определяется общим назначением машины и особенностями ее эксплуатации. Этим обусловлено большое разнообразие конструктивных схем каркасов и кабин. Кабины классифицируют следующим образом:

по конструктивному признаку конструкции - закрытые, полуоткрытые (навесы), открытые. Закрытые кабины состоят из каркаса (в каркасных кабинах), передней, задней и боковых стенок, крыши, пола, окон и дверей, тепло-, звуко- и виброизоляционных устройств и элементов;

по технологическому исполнению - каркасные (безопасные) с балками и поясами безопасности и бескаркасные. При массовом производстве кабины изготавливают из стали бескаркасными, панельными.

При небольшом объеме производства кабины выполняют обычно каркасными, простой формы с обшивкой из металла или из полимерных материалов;

по числу мест - одно-, двух- и многоместные. Кабины грузовых КМ многоместные и могут иметь один или два ряда сидений; на тракторах одноместные кабины применяют для классов 6-20 Кн, двухместные - для классов 30 -150 Кн, трехместные - для классов 250-350 Кн;

по типу дверей - с распашными и выдвижными дверями;

по способу изоляции - кабины, выполненные с тепло- и звукоизолирующей прослойкой и без изоляции;

по компоновке - с отдельным отсеком для двигателя, закрытым капотом и бескапотные. В бескапотных кабинах, как правило, двигатель расположен непосредственно под кабиной. Преимуществами таких кабин является хороший обзор дороги для водителя, возможность увеличения размеров грузовой платформы и улучшения доступа к двигателю при откидывании кабины вперед. В таком положении кабина фиксируется специальным упором.

Лобовое стекло кабины может быть расположено вертикально, наклонено вперед или назад на 15... 20°. При наклоне назад обеспечивается хорошая обзорность из кабины и обтекаемость ее набегающим воздухом, при наклоне вперед - отсутствуют блики на стекле от подсветки приборов в темное время суток.

Цельнопластмассовая бескаркасная кабина панельно-оболоченного типа представлена на рис. 1.2. Ее конструкция полностью соответствует мелкосерийному характеру производства, рассчитана на контактный метод формования элементов из полиэфирного стеклопластика холодного отверждения.

Ко всем этим конструкциям предъявляют общие требования: обеспечение необходимых значений жесткости, прочности и долго вечности при минимальной массе, технологичности, минимальной стоимости.

Кроме того, при создании кузова и кабины необходимо выполнение следующих требований: защита людей при авариях и других видах воздействий; соответствие уровня вибраций и шумов действующим нормам; свободный доступ к системам, узлам и агрегатам КМ при их обслуживании; хорошая обзорность, удобство посадки и высадки, высокие эргономические качества; удобство погрузки и разгрузки перевозимых грузов; герметичность и достаточная тепло- и шумоизоляция; выполнение требований эстетики; обеспечение высокой коррозионной стойкости и др.

Рис. 1.2. Цельнопластмассовая бескаркасная кабина панельно-оболоченного типа:

1- внешняя оболочка; 2-панель топливного бака; 3-панель пола; 4-усилитель основания; 5-основание; 6-рама лобового стекла; 7-панель крыши; 8-заливная горловина бака; 9-задняя внутренняя панель