 |
|
Расчет резиновых элементов рессорного подвешивания.
Назначение резиновых элементов рессор:
1. Обеспечение необходимой податливости;
2. Гашение колебаний.
Особенность: модуль продольной упругости резины при статической нагрузке значительно отличается от значения модуля при динамическом нагружении. Поэтому расчет резиновых элементов рессоры производится отдельно для статических и для динамических нагрузок.
Значение модуля 
определяется, как правило косвенно – по ее твердости. При этом используется формула:
, (9.17)
где 
– твердость резины по Шору, определяемая экспериментально. Формула (9.17) применима для 
единиц твердости.
Расчетный статический модуль упругости сжатия 
зависит от формы амортизатора. Соответствующий коэффициент формы определяется равенством:
, (9.18)
где 
, 
– площади нагружения и выпучивания упругого элемента.
Поясним введенные понятия примером. Рассмотрим сжатие цилиндрического резинового элемента.
Для приведенной схемы нагружения:
. (9.19)
Кривые линии на приведенном рисунке относятся к различным сортам резины, имеющим различную твердость 
.
Модуль упругости при динамическом нагружении резины увеличивается вместе с ее твердостью и рассчитываются по формуле
(9.20)
| Нр |
| 2,5 |
| 2,0 |
| 1,5 |
| 1,0 |
| kтв |
| 3,0 |
где
– коэффициент увеличивающийся с увеличением твердости резины Нр
Различают резиновые амортизаторы, работающие на сжатие (амортизаторы сжатия), на сдвиг и на сжатие-сдвиг. Для амортизатора сжатия напряжения сжатия определяются по формуле
, (9.21)
где 
– осадка амортизатора;
– исходная высота амортизатора.
Для применимости формулы (9.21) необходимо, что бы относительные деформации e не превышали 20%. При большей степени сжатия формула (9.21) требуют уточнения. Если нагрузка Р на амортизатор известна, то напряжения s по определению удовлетворяет соотношению
, (9.22)
где F – площадь поперечного сечения амортизатора.
Приравнивая правые части (9.21) и (9.22) получаем
; 
(9.23)
Отсюда можно определить жесткость амортизатора и его гибкость λ
; 
. (9.24)
Формулы (9.24) соответствует упругому элементу амортизатора, опорная часть (основание) которого закреплено в вертикальном направлении, но свободно в поперечном. В случае если это основание жестко закреплено в поперечном направлении, это может быть учтено специальным коэффициентом увеличения жесткости.
Для резиновых элементов рессор, работающих на сдвиг, угловые деформации сдвига γ считаются малыми, если выполняется соотношение:
(9.25)
Используя равенство (9.24) приходим к соотношению для касательных напряжений τ
(9.26)
Одновременно для величины τ можем записать
(9.27)
Приравнивая равные части последних равенств, получаем
; 
; 
(9.28)
| 1 – надрессорная часть упругого резинового элемента рессоры; 2 – упругий резиновый элемент рессоры; 3 – ненадрессорная часть упругого элемента рессоры. |
При расчете резиновых элементом амортизаторов, работающих на сжатие со сдвигом используется расчетная схема, представленная на рисунке.
Жесткость упругого элемента определяется в этом случае по формуле, вытекающей как и в предыдущих случаях, из условия равновесия сил упругости деформированного резинового элемента и внешней расчетной силы тяжести вагона, рассмотренных в проекции на вертикальное направление
(9.29)
где величины F, h, G, E аналогичны характеристикам, входящим в предыдущие формулы (9.17) – (9.28), а α – угол отклонения амортизатора от вертикали, соответствующий рассматриваемой схеме его деформирования. Из формулы (9.29) следует, что при α = 0 – эта формула совпадает с формулой (9.24) для деформации элемента, работающего на сжатие. При α = π/2 – соотношение (9.29) переходит в формулу (9.28) для амортизатора, работающего на сдвиг.