Первым этапом определялись динамические составляющих нагрузок, действующих на исследуемый кронштейн, посредством измерения виброускорений в местах крепления кронштейна к раме автомобиля.

Картинка 1. Вид на датчики виброускорений

Картинка 2. Система измерений в салоне транспортного средства

Были проведены измерения при езде автомобиля по участкам дороги с хорошим асфальтовым покрытием и разбитым асфальтовым покрытием.

Картинка 3 Вид на транспортное средство с установленной системой измерений




Результаты измерений:


рис.1. Измеренные виброускорения в точке при езде по участку дороги с хорошим асфальтовым покрытием



рис 2. Измеренные виброускорения в точке при езде по участку дороги с разбитым асфальтовым покрытием

• максимальные нагрузки реализуются в низкой полосе частот и не превышают:
- 1g для характерного участка дороги с хорошим асфальтовым покрытием;
- 2g для характерного участка дороги с разбитым асфальтовым покрытием;

• максимальные нагрузки реализуются в направлении осей 0X и 0Z (в соответствии со схемой расстановки датчиков)

• вся основная нагрузка сосредоточена в области низких частот 5÷15 Гц;

• присутствующие высокочастотные составляющие характеризуются в основном ударными процессами с малыми амплитудными значениями и обусловленные по всей видимости постукиванием элементов конструкции о раму автомобиля;

• для последующих расчётов использовались данные для участка дороги с разбитым асфальтовым покрытием.


В целях проведения расчётного анализа прочности конструкции кронштейна разработана конечно-элементная расчётная модель и проведены расчёты реакции исследуемой конструкции на расчётные воздействия в программном пакете конечно-элементного анализа.





Для расчётного анализа прочности конструкции кронштейна проведены расчёты реакции исследуемой конструкции (кронштейна с закреплённым на нём запасным колесом) на три типа выбранных воздействий:

- максимальные нагрузки (экстренное торможение с наездом на кочку);
- типовые нагрузки (езда по дороге с разбитым асфальтовым покрытием);
- нагрузки, соответствующие подъёму колеса лебёдкой.


В целях анализа возможного возникновения резонансных явлений, а также для формирования математической модели, с использованием которой проведены расчёты отклика исследуемой конструкции на типовые воздействия был проведён расчёт упругих динамических характеристик.

- расчёт упругих динамических характеристик (частот и форм тонов собственных упругих колебаний) исследуемой системы;
- расчёт реакции исследуемой конструкции на максимальные нагрузки;
-расчёт отклика исследуемой системы на типовые нагрузки;
- расчёт реакции исследуемой конструкции на нагрузки, соответствующие подъёму колеса лебёдкой.


рис 4. Форма 4-го тона собственных колебаний. Частота 101 Гц. (серым цветом показана недеформированная модель)

Расчёт на максимальные нагрузки выполнен в целях анализа прочности конструкции кронштейна.
В данном расчётном случае рассматривается экстренное торможение с наездом на кочку.


рис.5. Распределение эквивалентных напряжений (по Мизесу) по конструкции в случае экстренного торможения с наездом на кочку


Расчёт на нагрузки, соответствующие подъёму колеса лебёдкой.


рис.6. Распределение эквивалентных напряжений (по Мизесу) по неподвижной части конструкции

Выводы:

1. Основная нагрузка, приходящая в область крепления кронштейна, сосредоточена в низкочастотном спектре, а именно в районе 5÷15 Гц. При этом частоты первых низших тонов собственных упругих колебаний исследуемой конструкции лежат в диапазонах:
- частота первого тона 27÷39 Гц;
- частота 2-го тона 40÷51 Гц;
- частота 3-го тона 50÷62 Гц.

2. Расчётные значения максимальных эквивалентных напряжений (по Мизесу), полученные при расчёте на максимальные нагрузки, не превышают 210 МПа. Коэффициент запаса относительно расчётного сопротивления (R = σв/1.3 ≈ 377 МПа, где 1.3 - коэффициент безопасности по материалу) равен 1.8. Это говорит о том, что условие прочности при действии рассмотренных максимальных нагрузок выполняется.

3. Максимальные расчётные усилия в болтовых соединениях при действии рассмотренных максимальных нагрузок, полученные без учёта усилий от момента затяжки, не превышают 10 кН.

4. Расчётные значения максимальных эквивалентных напряжений (по Мизесу), полученные при расчёте на типовые нагрузки, не превышают 135 МПа, что значительно меньше предела выносливости для стали 09Г2С (σ-1 = 235 МПа).

5. Заказчику даны рекомендации по изменению геометрии для повышения прочности и жёсткости кронштейна.

  Первым этапом определялись динамические составляющих нагрузок, действующих на исследуемый кронштейн, посредством измерения виброускорений в местах крепления кронштейна к раме автомобиля.