ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ШАРОВОЙ ОПОРЫ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОБУСА

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).

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.

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

avto1.tif

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

Усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу Pрк 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 σа 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 Kσ/Kdσ по чертежу ГОСТ 25.504-82 приложение 2.

Тогда общий коэффициент снижения предела выносливости будет равен:

avt1.wmf

где KА – коэффициент влияния анизотропии, при σВ имеющей значение до 600 МПа KА = 0,9; Kυ – коэффициент влияния поверхностного упрочнения поверхности пальца на предел выносливости. Принимаем Kυ = 1; Kfσ – коэффициент влияния качества обработки (шероховатости), для σВ = 300 МПа Kfσ = 0,9…0,95.

Коэффициент запаса прочности при изгибе в сечении А-А:

avt2.wmf

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.

https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33875

Вот такое говно делают наши… Ужас дерьмище какое…

…хотя если капнуть глубже…
Волжанин 3290 — автобус малого класса на базе индийского шасси TATA LP-613 (в девичестве мерседес 814).

Ну естественно сейчас опарыши скажут, что наши рукажопы 🙂

Наши рукажопы то посчитали, что рулевое управление в индо-мерседесе работает на пределе. А вот куда смотрели импортные конструкторы?

Сами прикиньте ситуацию, они зачем это считали пост фактум? Да потому, что это не их конструкция была. Анализ стали для чего делали? Да потому, что деталь импортная скорее всего. Иначе можно было бы просто спросить марку стали на заводе.

Но вы конечно можете поверить, что они такие тупые, что сначала на удачу сделали, а потом стали считать ) хотя опарыши наверняка так и представляют себе процесс разработки)


И ещё, полезно почитать всем:

Журнал ЗР 2001 год…

Испытать нижние шаровые опоры «классики» мы собирались давно, однако формальным предлогом послужило недовольное письмо нашего читателя (ЗР, 2001, № 7, с. 158). Присланное им изделие «Трек» износилось через 600 км пробега — мягко говоря, рановато. Надо было разобраться.

Компанию «бэушной» опоре составили еще 12 дуэтов: для чистоты эксперимента новенькие изделия мы приобретали парами. Все они подверглись испытаниям по сертификационной программе согласно требованиям РД 37.001.613-97 «Шаровые шарниры автотранспортных средств. Общие технические требования и методы испытаний». Эксперты — сотрудники специализированной лаборатории ИЦАИ НАМИ.

Приобретенные опоры (за исключением одной пары) были упакованы в фирменные коробки. Условно их можно разделить на пять групп: 1 — с металлокерамическим подшипником; 2 — с резьбовой крышкой корпуса; 3 — с завальцованной крышкой; 4 — с запорным кольцом; 5 — импортные. Именно в таком порядке приведены фото и комментарии. Там же отражен определенный разнобой в названиях одних и тех же изделий: от «опоры» до «пальца».

Общие замечания таковы. Все образцы, кроме «Трека», не имеют должной маркировки: нет ни товарного знака предприятия-изготовителя, ни знака соответствия. Правда, шарниры «БелМаг» отмечены голограммой, что хорошо, но недостаточно. А владимирский «Прогресс» удивил больше всех — его знак соответствия эксперты посчитали поддельным, хотя изделия были получены… от представителя завода! При этом отверстия под спецключ оказались разбитыми — чего только не бывает на российских конвейерах…

Теперь немножко о параметрах. Требования ВАЗа по углам качания для шарниров 2-4-й групп — более жесткие, чем для 1-й группы, хотя, если говорить о работоспособности, от них требуется одно и то же: угол не должен быть меньше допустимого, сохраняя изделию запас по «вырыванию» пальца не менее 6000 кгс. Если угол качания меньше, то шарнир бракуется. Четыре проверяемые опоры не дотянули до нормы по одному градусу — не будем к этому цепляться. Кстати, требования к «правильным» опорам 1-й группы приведены в табл. 1, а к остальным — в табл. 2.

Момент сопротивления качанию и вращению пальца фактически отражает качество рабочих трущихся поверхностей. С этой точки зрения нашу опору от импортной можно отличить мгновенно: тугие отечественные изделия с огромным трудом пытаются влезть в вазовские требования (пять опор все-таки не уложились!), а импортные, напротив, «не дотягивают» до них, поскольку излишне податливы… Можно, конечно, сказать: требования, мол, «позавчерашние», но их никто не отменял…

И еще о пальцах. У опор 1-й группы подшипники из металлокерамики, остальные используют полимерные материалы. Поэтому требования к твердости рабочей поверхности пальца отличаются очень сильно: если металлокерамика требует не менее 60 единиц по Роквеллу, то для пластика достаточно вдвое меньших величин. У всех опор с завальцованными и резьбовыми крышками применены вкладыши из полиамида или углепластика. Их износостойкость зависит от качества обработки поверхности шаровых пальцев, от защищенности шарнира к проникновению воды и грязи, а также, естественно, от количества выбоин на дорогах. Последнее обстоятельство проигнорировали все производители зарубежных шарниров. Корпуса их изделий термически не упрочняются, а усилия вырыва существенно меньше, чем по ТУ ВАЗа.

Обратите внимание: для опор с завальцованной крышкой корпуса проверялась не только сила вырыва пальца из корпуса, но и сила его выдавливания. Первое определяло прочность и, косвенным образом, износостойкость шаровой опоры, а второе — «персонально» качество завальцовки. Что касается геометрии, то она, в общем-то, не имеет директивного значения: если сферическая головка меньшего размера успешно справляется со своими обязанностями, то зачем подгонять ее под общую гребенку?

Итоги испытаний выразили так: «Гран-при» побережем до лучших времен. На общем безрадостном фоне лучше других выглядели изделия магнитогорского «БелМага» (1В) и миасского «Трека» (1А). Остальные «нашенские» опоры, к сожалению… впрочем, сами видите. Что касается опор, прибывших из дальнего зарубежья, то процитируем соответствующую строку протокола: «…возможность их использования на дорогах РФ сомнительна и требует проверки длительными дорожными испытаниями». Желающие есть?

Изготовитель / ПО «Трек», Миасс, Россия

Наименование / Палец шаровой нижний

Цена / 95 руб.

По части упаковок, маркировок и знаков соответствия «Трек» — абсолютный лидер, к нему претензий нет. Силы, моменты и углы также в порядке, а вот по твердости одна из проверяемых опор немного не уложилась в требования.

Любопытно, что скандально известная «трековская» опора также подверглась аналогичным измерениям — отклонений не обнаружено… Отсюда вывод — виноват изношенный металлокерамический подшипник, состарившийся значительно раньше срока. Эксперты предположили, что фирма «Трек», получающая эти подшипники с другого предприятия, не проводит систематического входного контроля — отсюда и результат.

Чтобы проверить правильность догадки, подшипники с раздолбанной опоры подвергли отдельной проверке. Оказалось, что в местах, не подверженных износу, цементированный слой очень тонок — меньше 0,1 мм, а твердость не превышает HRC 40. В изношенных же местах поверхность подшипника оказалась просто «сырой». Неудивительно, что при радиальном усилии 1100 кгс подшипник разрушился, хотя должен был выдержать 1200… Кстати, поверхностная твердость нормального подшипника должна быть не хуже HRC 55. У новой опоры твердость оказалась именно такой, а усилие, приведшее к разрушению подшипника, составило 1400 кгс. Оценка — «хорошо».

Изготовитель / Предположительно, Белоруссия

Наименование / Неизвестно

Цена / 45 руб.

В былые времена все шаровые опоры выглядели примерно так же — ни упаковки, ни маркировки. Продавец уверенно заявил, что изделие прибыло из Белоруссии — поверим работнику прилавка.

Размеры изделий оказались «правильными», а момент сопротивления при вращении одной из опор — чуть выше нормы. Та же «тугая» опора позволила вырвать свой палец при усилии 5500 кгс — непорядок. Однако настоящий провал был впереди: твердость рабочей поверхности оказалась равной всего лишь 18-24 единичкам — это при норме 60! Сердцевина также проявила мягкотелость — от 18 до 23 при норме 28-34. В общем — брак.

Изготовитель / ПО ВОС «Прогресс», Владимир, Россия

Наименование / Палец шаровой передней подвески

Цена / 70 руб.

Владимирские изделия не порадовали. Моменты сопротивления — на пределе допуска, силы вырыва пальцев отличаются на двух экземплярах на 600 кгс, причем одна из опор при этом не уложилась в требования. То же с углом качания — одно изделие не дотянуло до нормы один градус. С геометрией проблем не возникло, зато твердость рабочей поверхности оказалась вдвое ниже нормы.

Самое смешное — эксперты уверенно определили представленные опоры как подделку: маркировки нет, термообработка — никакая. Между тем, как уже было сказано, изделия для испытаний предоставил… представитель завода! Что тут скажешь…

Изготовитель / ЗАО НПО «Белмаг», Магнитогорск, Россия

Наименование / Палец шаровой нижний

Цена / 70 руб.

Магнитогорские опоры не показали каких-либо выдающихся результатов, но подвигов от них никто и не ждал. Покупатель ищет надежное и недорогое изделие — похоже, что это именно то, что нужно. Правда, один из пальцев покинул свой «пост» при усилии на 200 кгс ниже нормы, но все остальные параметры оказались в полном порядке. Остается надеяться, что магнитогорцы начнут должным образом маркировать свои изделия и создадут достаточный технологический запас по вырыву пальцев. Оценка — «хорошо».

Изготовитель / ПК «Надежда», Миасс, Россия

Наименование / Палец шаровой передней подвески разборный

Цена / 83 руб.

Обе опоры очень тугие — одна на грани допуска, другая — за его пределами. Пальцы вылетели досрочно — один при усилии 5000 кгс, другой — при 5800. А зачем изготовители использовали материал с твердостью от 10 до 18 единиц, можно только гадать.

В общем — не подходит по всем статьям.

Изготовитель / ПО ВОС «Прогресс»

Наименование / Палец шаровой передней подвески. Опора шаровая усиленная нижняя

Цена / 85 руб.

Усиленные владимирские опоры выглядели лучше «ослабленных». Одно изделие уложилось в требования, второе не дотянуло 100 кгс до заветных 6000… Но уж больно они неповоротливые — моменты сопротивления при вращении у одной — 0,6, у другой — вообще 0,8 кгс.м. Самая емкая оценка — на безрыбье сойдет…

Изготовитель / ЗАО «Кедр», Миасс, Россия

Наименование / Палец шаровой передней подвески

Цена / 85 руб.

Завальцованные корпуса подверглись «персональной пытке» на выдавливание шарового пальца. Одна опора сдалась как раз при требуемых 3000 кгс, вторая — при 3300: нормально. Однако при вырыве пальцев опоры поменялись местами: первая показала 6600 кгс, а вторая — только 5800. А в целом, при невысоком уровне окружения, «кедры» выглядят не так уж и плохо (про маркировку не говорим)… Оценка — «четверка с минусом».

Изготовитель / ПО «Трек», Миасс, Россия

Наименование / Палец шаровой нижний

с комплектом крепежа «Чемпион»

Цена / 110 руб.

«Трековские» опоры имеют хороший потенциал, но почему-то никак не реализуют его до конца. «Трек-Чемпион» позволил вырвать свои пальцы только при усилиях соответственно 8500 и 8800 кгс — очень хорошо! Моменты сопротивления — в норме. Головка чуть меньше нормы, но если с нагрузками все в порядке, то почему бы и нет? А вот твердость рабочей поверхности у обеих опор неоднородна и местами на пару единичек ниже нормы… Посему оценка «чемпиону» — «четверка с минусом».

Изготовитель / «Локхид»,

страна не указана

Наименование / Ball Joint NB 13A

Цена / 195 руб.

У иностранцев — свои причуды. Наши опоры слишком тугие, а эти — наоборот. Моменты сопротивления — от 0,15 до 0,20 кгс.м: не разболтаются ли пальчики на наших ухабах? Сила выдавливания пальца из корпуса значительно превышает норму — соответственно 4000 и 4200 кгс, а вот сила вырыва ниже требуемой почти вдвое! 3300 и 3400 кгс вместо 6000 — это не для наших нагрузок! Твердость тоже не ахти — на пару единичек ниже требуемой. В общем, рекомендовать такое на «жигули» немного боязно. Оценка — не аттестован.

Изготовитель / «Федерал Могул», Швейцария

Наименование / BJ TRW

Цена / 225 руб.

Миниатюрный «швейцарец» (головка 27 мм вместо 30) практически полностью повторил показатели «Локхида»: моменты сопротивления — ниже нормы, сила выдавливания — более 4 тонн, сила вырыва — вдвое ниже требуемой, твердость — ниже желаемой. Итог: не аттестован.

Изготовитель / «Лемфордер», Германия

Наименование / Ball Joint

Цена / 200 руб.

Руль должен крутиться легко: момент сопротивления составляет от 0,15 до 0,20 кгс.м вместо наших 0,3-0,6. Нет, все иностранцы одинаковые: похоже, что у них другие стандарты. Палец невозможно выдавить, но легко вырвать, твердость — всего 26-28 единиц по Роквеллу. Тот же итог — «не аттестован»…

Изготовитель / «Окап», Италия

Наименование / Не указано

Цена / 170 руб.

Итальянцы проявили большее уважение к вазовским требованиям, чем остальные иноземцы: их моменты вращения попали в нижнюю границу допуска! А дальше — то же самое, плюс твердость на уровне 23-25 единиц. Нет — «не аттестован»


Говорите рулевая рейка Весты из Малайзии не может поломаться?)) 4 тонны надо?

Ещё 20лет назад немецкие шаровые не соответствовали требованиям ВАЗ. В 2 раза отставали от норматива. Причём 20 лет назад это скорее всего были всё ещё немецкие шаровые, не все Китай как сейчас. Скорее всего это была попытка конкурировать с Китаем… экономить как и они.
В любом случае импортное качество… есть импортное качество. Одни лозунги и реклама, а на поверку пшик.

Реклама