ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛА УПЛОТНЕНИЯ РЕЗЕРВУАРА АМОРТИЗАТОРА
Отечественные амортизаторы, так же как и большинство европейских амортизаторов, имеют ремонтоспособную разборную конструкцию, следовательно, важно надежно уплотнить резервуар и создать одновременно гарантированный запас затяжки. При окончательной сборке и затяжке гайки резервуара возникает силовой контакт между деталями. При этом крутящий момент создает продольную силу затяжки Рпр, которая растягивает резервуар и сжимает комплект внутренних деталей. Во время работы амортизатора давление жидкости циклически действует на направляющую и создает внутреннюю силу Рав, дополнительно растягивающую трубу резервуара. В то же время сила Р^ в определенной мере разгружает трубу рабочего цилиндра и корпус клапана, но нагружает детали узла уплотнения: направляющую, обойму, гайку и уплотнительное кольцо резервуара. Кроме того, при нагреве амортизатора в результате неравенства температур и коэффициентов линейного расширения материалов деталей возникает сила Рт, действующая на эти детали так же, как и сила Рпр (рис. 83, а).
При малом сопротивлении перепускного клапана сила Рш действует на корпусные детали и узел уплотнения как при отдаче, так и при сжатии. При этом сила Ртс часто оказывается больше силы Рав0, так как давление рг действует на всю площадь направляющей. Для нормальной работы амортизатора должно выполняться условие: Рпр > Pas (при Рпр < Рад ПОД ДеЙСТВИеМ
Давления жидкости приподнимается направляющая над цилиндром, вызывается эмульсация жидкости, нарушается герметизация резервуара и т. п.). Поэтому при конструировании выбор размеров, формы и материала контактирующих деталей аморти
Затора обосновывается расчетным определением силы предварительной затяжки; суммарного усилия, приходящегося на резьбовое (сварное) соединение при максимальных усилиях сопротивления в разогретом амортизаторе; запаса прочности в наиболее опасных сечениях.
Рис. 83. Схема действия и кривые изменения внутренних сил в амортизаторе: А — основные силы — условно приложены только к верхней части; б — характер изме* нения внутренних енл в корпусных деталях амортизатора прн нагреве: it — момент Начала работы и повышения температуры; Рт тах — максимальная енла теплового рас Ширения лрн установившемся режиме: Рад max = р max* ^во |
На трубу резервуара, соединения и стыки действует сила
Рр = Рпр + Рае + Рт■ (164)
Для определения силы Рпр необходимо знать деформации деталей амортизатора, обусловленные их жесткостью:
Где Ci — жесткость детали, подвергаемой растяжению или сжатию;
Е — модуль упругости материала детали;
It — длина или высота стягиваемой детали в см;
Ft — площадь поперечного сечения стягиваемой детали в см2. Если площади поперечного сечения детали переменны по длине,
То
Где ltx, li2 — длины участков детали с различными площадями сечений; .
Fn> Fi2 — соответствующие им площади поперечных сечений.
Сила предварительной затяжки Рпр растягивает резервуар
На длину А1р = *р■, где Ср— жесткость трубы резервуара,
И сжимает рабочий цилиндр на величину А/ч, направляющую — на величину А1Н, обойму — на А10, корпус клапана — на А1К и уплотнительное кольцо резервуара — на А1С (при отсутствии металлического контакта). Величина сжатия деталей
А 1д = А1Ц + А1К + А1У = Рпр (-i — + + + +
Где А1У = AlH + Al0 — f — Alc — деформация сжатия узла уплотнения.
Сила Pag дополнительно растягивает резурвуар на величину Alp и сжимает детали узла уплотнения на величину А1У. В то же время деформации рабочего цилиндра и корпуса клапана сжатия уменьшаются на величину (А 1У 4- А1Р). Для обеспечения гарантированной плотности стыка необходимо и достаточно, чтобы
А1Ц 4- AIк AI у 4- Alp. (166)
Это неравенство уточняет смысл приведенного выше неравенства сил: Рпр> Ров — Выразим силу Рпр через силу Ров — Из последнего неравенства, если пренебречь, как и выше, деформациями гайки резервуара и донышка проушины, учитывая это коэффициентом запаса Ха = 1,1ч-1,2, найдем при ск > сц:
Pnp = KPae{ 1 +-§7+-§г+ -§-)• (167)
Когда в конструкции амортизатора достигается металлический контакт стягиваемых деталей, выражение для Рар упрощается:
Рпр = яаРое (!+-§- + -§-)• (168)
Из выражения (168) следует, что с уменьшением жесткости стягиваемых деталей нагрузка на соединения возрастает, а при увеличении Ci — снижается.
Наличие нестальных стягиваемых деталей и неравномерней нагрев амортизатора вызывают появление дополнительной силыРт. Обозначим тепловые деформации деталей через А1т1 (аналогично С() и определим их связь с конструктивными параметрами, а также с температурами нагрева резервуара Тр и внутренних деталей Тв
A lmp = aс1р (Тр — Тс), А 1тц = ссс1ц (Тв — Тс)]
AL» = (Т„ — Тс) и т. д.
У//////. |
Где Тс = 20° С — температура, при которой производится сборка; ас и ац — коэффициенты линейного расширения стали и цинковых сплавов. Сумма тепловых деформаций внутренних деталей больше, чем тепловая деформация наружной трубы резервуара, а величина возникающей в результате этого силы Рт прямо пропорциональна разности деформаций стягиваемых деталей и резервуара и обратно пропорциональна приведенной жесткости всех деталей: |
, (169) |
У &1ті — Д/тр 1___________ Т) |
Ш)- 1 + |
1 Со |
|
Рис. 84. Телескопический амортизатор с оребренным резервуаром для повышения теплоотдачи и уменьшения нагрева в тяжелых Эксплуатационных условиях (патент ФРГ № 936184, 1955 г.): |
1 — рабочий цилиндр; 2 — резервуар; 3 — поршень со штоком в сборе; 4—нижняя часть резервуара; 5—ребро; 6 — монтажная проушина |
Из формулы следует, что чем меньше число стягиваемых деталей из цинкового сплава, чем меньше их длина и жесткость, тем меньше сила Рт, и наоборот. Сила Рт может достигать значительных величин, сопоставимых ‘6 С силой Рад. В связи с этим попытки уменьшить нагрев амортизаторов за счет оребрения (рис. 84) представляются на первый взгляд правильными. Однако таким способом нельзя существенно уменьшить силу Рт. Более того, в результате оребрения толстостенного стакана 4 сила Рт увеличивается по сравнению с силой при обычной |
1 |
Ск |
![]() |
||
![]() |
||
|
||
|
||
|
||
![]() |
||
![]() |
|
|
![]() |
Конструкции и резервуаре, выполненном целиком из трубы. Это связано с тем, что максимальные величины Рт возникают при неустановившихся тепловых режимах амортизатора, когда разность температур Тр — Тв может достигать 40° С и более (в начале движения, при съезде автомобиля с асфальта на булыжник и т. п.). Сила Рт зависит также от абсолютных разностей температур (Тр — Тс) и (Т„ — Тс), поэтому амортизаторы на юге страны и особенно в летнее время разбалтываются и выходят из строя чаще, чем при работе в зоне с умеренным климатом.
Максимальную расчетную силу, действующую на стыки и соединения, учитывая выражения (164)—(169), напишем в следующем виде:
Рр шах = Ров шах [йэК (1 + ^+ 1 ] + Рп, (170)
Где q3 — коэффициент запаса затяжки (q3 = 2-ь4).
Минимальная сила будет равна силе Рпв или сумме сил (Рпр +
+ Рт):
Рр min = Рае maxЗaK ( 1 4" 4" ^т’
Величина отношения Ppmln и Рртах, которую обозначим г’, позволяет дать оценку коэффициенту асимметрии цикла (г’ < 1),
А обратная величина определяет динамическую нагрузку.
Относительная величина динамической нагрузки увеличивается при увеличении Рдапи* и уменьшается при уменьшении Рт и увеличении коэффициента q3. Последний учитывает ослабление затяжки вследствие действия следующих факторов: 1) обмятия опорных поверхностей стягиваемых деталей; 2) текучести уплотнительного кольца резервуара и других прокладок; 3) возникновения в стенках резервуара и резьбовом соединении (первые «нитки» резьбы) остаточных деформаций при случайных перегрузках; 4) увеличения диаметра резьбового участка трубы резервуара (при затяжке); 5) действия ударных и вибрационных внешних нагрузок и т. п.
По величинам Рртах и Ррт1п определяют величины деформаций и запасы прочности в наиболее напряженных деталях. Обычно самым опасным местом является или само резьбовое соединение, или место сварки с проушиной; поэтому для повышения надежности конструкции необходимо, чтобы длина и шаг резьбы имели соответствующие величины, а сечение трубы на участке сварки было достаточным.
Для нормальных напряжений коэффициент запаса определяют по формулам (162) и (163). Допустимые напряжения — при п3 ^ 1,5. Стягиваемые детали работают на смятие и срез. Сила смятия на стыках равна (P„pmax +Pmmах) — для корпуса клапана сжатия и Рршах — для остальных деталей.
Для ориентировочного определения момента затяжки гайки резервуара можно пользоваться полуэмпирической формулой
М: |
Где М — крутящий момент, приложенный к гайке;
Яср — средний радиус резьбы гайки резервуара в см. Надежное уплотнение резервуара достигается выбором рациональной конструкции уплотняющих и сопряженных деталей.
|
Рис. 85. Конструкции узла уплотнения резервуара и поперечные I сечения уплотнительных колец:
А — гнездо уплотнительного кольца амортизатора МКЗ; 6 — то же, нового амортизатора автомобилей ГАЗ; I — круглое (О — кольцо); II — квадратное (обычно неформовое кольцо); III— трапециевидное; IV —трапециевидное с компенсирующей каиавкой иа цилиндрической поверхности; V — трапециевидное с компенсирующей каиавкой на конической поверхности (наиболее технологичный вариант); 1 — резервуар; 2 — гайка резервуара;
3 — обойма сальников; 4 — уплотнительное кольцо; 5 — направляющая; 6 — нажимное кольцо; 7 — второе уплотнительное кольцо
Большинство телескопических амортизаторов двухтрубной кон* струкции имеют резиновое уплотнительное кольцо резервуара, которое при затяжке деформируется и заполняет объем гнезда целиком или частично (рис. 85). Различают конструкции с гарантированным металлическим контактом между деталями узла уплотнения и без гарантированного контакта. Особое место занимают конструкции, в которых уплотнение резервуара достигается без включения резинового уплотнительного кольца в цепочку стягиваемых деталей (рис. 86). При такой конструкции к технологии изготовления корпусных деталей предъявляют более высокие требования: перпендикулярность торцов и оси, соосность и т. п.
На уплотнительное кольцо при отсутствии металлического контакта между направляющей и обоймой передается полная сила затяжки Рпр. Поэтому, когда объем резинового кольца значительно превышает объем гнезда, возможны выпучивания трубы резервуара в месте установки кольца и деформация стенок обоймы и направляющей, их разрушение. При затяжке и во время работы амортизатора резина «течет» (под действием силы Рр) в зазоры
между деталями, входящими в конструкцию гнезда, и трубой резервуара (рис. 85, а). Этому способствует и тепловое расширение резины, которое в 10—15 раз превышает тепловое расширение металлических деталей.
Опыт показывает, что в случаях применения колец типа II и III надежность уплотнения обеспечивается при
^ к т! п ^ 1 1У г тах> ^ тах ^ 1 >ЗУг т|П,
Где Ук и Уг — соответственно объемы кольца и гнезда с учетом допускаемых отклонений размеров.
Рнс. 86. Схемы оригинальных конструктивных решений уплотнения резервуара амортизаторов зарубежных фирм: А — Габриэль, США (неразборный амортизатор); б — РИВ, Италия; в — КОНИ, Голландия; / — грязеотражатель; 2 н 4 — поджимные гайкн; 3 — сальник нз набора рези-« новых колец; 5 — сальник резервуара; 6 — обойма сальников; 7 — резервуар; 8 — рабочий цилиндр |
Металлический контакт на стыках при выполнении указанных условий не может быть гарантирован, и если он достигается, то только вследствие выдавливания резины в зазоры между деталями гнезда под действием силы затяжки. Для уменьшения неизбежных остаточных деформаций и сохранения упругих свойств резины при нагреве в напряженном состоянии и в условиях воздействия амор- тизаторной жидкости применяют кольца с различными формами поперечного сечения — типов III—V (рис. 85). При наличии компенсационной канавки в кольцах типов IV и V обеспечивается металлической контакт деталей и эффект самоуплотнения, обусловленный сжатием воздуха в объеме канавки. Однако в этом случае требуется более высокая стабильность технологического процесса, чем при использовании колец типа III. Последнее еще в большей мере относится к уплотнению по типу ГАЗа с двумя
О — кольцами (V* ^ Уг), которое обладает требуемой надежностью (герметичность по воздуху) при условии выполнения поверхности трубы и других уплотняемых поверхностей деталей с высокой чистотой. К недостатку уплотнения с двумя кольцами следует отнести уменьшение возможной длины резьбы в резервуаре (уменьшение высоты гайки), что несколько ограничивает требуемое усилие затяжки.