Как уже отмечалось выше, рулевое управление с усилителем является элементарной системой автоматического регулирования с жесткой обратной связью. При неблагоприятном сочетании параметров система такого типа может оказаться неустойчивой В данном случае неустойчивость системы выражается в автоколебаниях управляемых колес. Такие колебания наблюдались на некоторых экспериментальных образцах отечественных автомобилей.

Задача динамического расчета - найти условия, при которых автоколебания не могли бы возникнуть, если все необходимые параметры для расчета известны, или выявить, какие параметры следует изменить, чтобы прекратить автоколебания на экспериментальном образце, если они наблюдаются.

Предварительно рассмотрим физическую сущность процесса возникновения колебания управляемых колес. Вновь обратимся к схеме усилителя, представленной на рис. 1. Усилитель может включаться как водителем при приложении усилия к рулевому колесу, так и управляемыми колесами от толчков со стороны дороги.

Как показывают опыты , такие колебания могут возникать во время прямолинейного движения автомобиля с большой скоростью, на поворотах при движении с небольшой скоростью, а также при поворотах колес на месте.

Рассмотрим первый случай. При повороте управляемого колеса от толчков со стороны дороги или по другой какой-либо причине корпус распределителя начнет смещаться относительно золотника, и, как только будет устранен зазор Δ 1 жидкость начнет поступать в полость A силового цилиндра. Рулевое колесо и сошка рулевого управления считаются при этом неподвижными Давление в полости A станет повышаться и препятствовать продолжению поворота. Из-за эластичности резиновых шлангов гидросистемы и упругости механических связей для заполнения полости A жидкостью (для создания рабочего давления) необходимо определенное время, в течение которого управляемые колеса успеют повернуться на некоторый угол. Под действием давления в полости A колеса начнут поворачиваться в другую сторону до тех пор, пока золотник не займет нейтрального положения. Затем давление понижается. Сила инерции, а также остаточное давление в полости А повернут управляемые колеса от нейтрального положения вправо, и цикл повторится со стороны правой полости.

Этот процесс изображен на рис. 33, а и б.

Угол θ 0 соответствует такому повороту управляемых колес, при котором сила, передаваемая рулевому приводу, достигает величины, необходимой для перемещения золотника.

На рис. 33,в приведена зависимость p = f(θ), построенная по кривым рис. 33,а и б. Поскольку ход штока можно считать линейной функцией угла поворота (ввиду малости угла θ max), график (рис. 33, в) можно рассматривать как индикаторную диаграмму силового цилиндра усилителя. Площадь индикаторной диаграммы определяет работу, затрачиваемую усилителем на раскачивание управляемых колес.

Следует обратить внимание, что описанный процесс может наблюдаться только,если при колебаниях управляемых колес рулевое колесо остается неподвижным. Если рулевое колесо поворачивается, усилитель не включается. Так, например, усилители с приводом распределителей от углового смещения верхней части рулевого вала относительно нижней обычно обладают этим свойством и не вызывают автоколебаний

При повороте управляемых колес на месте или при движении автомобиля с малой скоростью колебания, вызываемые усилителем, по характеру отличаются от рассмотренных Давление во время таких колебаний повышается только в одной полости. Индикаторная диаграмма для этого случая изображена на рис. 33, г.

Такие колебания могут быть объяснены следующим образом. Если в момент, соответствующий повороту колес на некоторый угол θ r , задержать рулевое колесо, то управляемые колеса (под действием сил инерции и остаточного давления в силовом цилиндре) будут продолжать двигаться и повернутся на угол θ r + θ max . Давление в силовом цилиндре при этом упадет до 0, так как золотник будет находится в положении, соответствующем повороту колес на угол θ r . После этого сила упругости шины начнет поворачивать управляемое колесо в обратном направлении. Когда колесо вновь повернется на угол θ r , усилитель включится. Давление в системе начнет повышаться не сразу, а спустя некоторое время, за которое управляемое колесо сможет повернуться на угол θ r -θ max . Поворот влево в этот момент прекратится, поскольку силовой цилиндр вступит в работу, и цикл повторится сначала.

Обычно работа усилителя, определяемая площадью индикаторных диаграмм, незначительна по сравнению с работой трения в шкворнях, соединениях рулевых тяг и резине, и автоколебания не возможны. Когда площади индикаторных диаграмм велики, а работа, ими определяемая, сравнима с работой трения, незатухающие колебания вероятны. Такой случай исследуется ниже.

Для нахождения условий устойчивости системы наложим на нее ограничения:

1. Управляемые колеса имеют одну степень свободы и могут поворачиваться только вокруг шкворней в пределах зазора в распределителе усилителя.
2. Рулевое колесо жестко закреплено в нейтральном положении.
3. Связь между колесами абсолютно жесткая.
4. Масса золотника и деталей, связывающих его с управляющими колесами, пренебрежимо мала.
5. Силы трения в системе пропорциональны первым степеням угловых скоростей.
6. Жесткости элементов системы постоянны и не зависят от величины соответствующих перемещений или деформаций.

Остальные принятые при анализе допущения оговариваются в процессе изложения.

Ниже исследуются устойчивость рулевых управлений с гидроусилителями, смонтированными по двум возможным вариантам: с длинной обратной связью и короткой.

Структурная и расчетная схемы первого варианта изображены на рис. 34 и 35 сплошными линиями, второго - штриховыми. При первом варианте обратная связь воздействует на распределитель после того, как силовой цилиндр осуществил поворот управляемых колес. При втором варианте корпус распределителя перемещается, выключая усилитель, одновременно со штоком силового цилиндра.

Вначале рассмотрим каждый элемент схемы с длинной обратной связью.

Рулевой механизм (на структурной схеме не показан). Поворот рулевого колеса на некоторый небольшой угол а вызывает усилие T c в продольной тяге

T c = c 1 (αi р.м l c - x 1), (26)

где c 1 - приведенная к продольной тяге жесткость рулевого вала и продольной тяги; l c - длина сошки; x 1 - перемещение золотника.

Привод распределителя. Для привода управления распределителем входной величиной является усилие T c , выходной - смещение золотника x 1 . Уравнение привода с учетом обратной связи по углу поворота управляемых колес θ и по давлению в системе p имеет следующий вид при T c >T n:

(27)

где K о.с - коэффициент усилия обратной связи по углу поворота управляемых колес; c n - жесткость центрирующих пружин.

Распределитель. Колебания, вызываемые усилителем движущегося автомобиля, связаны с поочередным включением то одной, то другой полостей силового цилиндра. Уравнение распределителя в этом случае имеет вид

где Q - количество жидкости, поступающей в трубопроводы силового цилиндра; x 1 -θl з K о.с = Δx - смещение золотника в корпусе.

Функция f(Δx) нелинейна и зависит от конструкции золотника распределителя и производительности насоса. В общем случае при заданных характеристике насоса и конструкции распределителя количество жидкости Q, поступающей в силовой цилиндр, зависит как от хода Δx золотника в корпусе, так и от разности давлений Δp на входе в распределитель и выходе из него.

Распределители усилителей конструируют так, чтобы, с одной стороны, при относительно больших технологических допусках на линейные размеры иметь минимальное давление в системе при нейтральном положении золотника, а с другой - минимальное смещение золотника для приведения усилителя в действие. В результате золотниковый распределитель усилителя по характеристике Q = f(Δx, Δp) близок к клапанному, т. е. величина Q не зависит от давления Δp и является только функцией смещения золотника. С учетом направления действия силового цилиндра она будет выглядеть, как изображено на рис. 36, а. Такая характеристика свойственна релейным звеньям систем автоматического регулирования. Линеаризация этих функций проведена по методу гармонической линеаризации . В результате получаем для первой схемы (рис. 36, а)

где Δx 0 - смещение золотника в корпусе, при котором начинается резкий рост давления; Q 0 - количество жидкости, поступающей в напорную магистраль при перекрытых рабочих щелях; a - максимальный ход золотника в корпусе, определяемый амплитудой колебаний управляемых колес.

Трубопроводы. Давление в системе определяется количеством, поступившей в напорную магистраль жидкости и упругостью магистрали:

где x 2 - ход поршня силового цилиндра, положительное направление в сторону действия давления; c 2 - объемная жесткость гидросистемы; c г = dp / dV г (V г = объем напорной магистрали гидросистемы).

Силовой цилиндр. В свою очередь, ход штока силового цилиндра определяется углом поворота управляемых колес и деформацией деталей связи силового цилиндра с управляемыми колесами и с точкой опоры

(31)

где l 2 - плечо приложения усилия силового цилиндра относительно осей шкворней колес; c 2 - жесткость крепления силового цилиндра, приведенная к ходу штока силового цилиндра.

Управляемые колеса. Уравнение поворота управляемых колес относительно шкворней имеет второй порядок и, вообще говоря, нелинейно. Учитывая, что колебания управляемых колес происходят с относительно малыми амплитудами (до 3-4°), можно принять, что стабилизирующие моменты, вызванные упругостью резины и наклоном шкворней, пропорциональны первой степени угла поворота управляемых колес, а трение в системе зависит от первой степени угловой скорости поворота колес. Уравнение в линеаризованном виде выглядит следующим образом:

где J - момент инерции управляемых колес и деталей, жестко с ними связанных относительно осей шкворней; Г - коэффициент, характеризующий потери на трение в рулевом приводе, гидросистеме и в шинах колес; N - коэффициент, характеризующий действие стабилизирующего момента, возникающего вследствие наклонов шкворней и упругости резины шин.

Жесткость рулевого привода в уравнении не учитывается, так как считается, что колебания малы и происходят в интервале углов, при которых корпус золотника перемещается на расстояние, меньшее полного хода или равное ему. Произведение Fl 2 p определяет величину момента, создаваемого силовым цилиндром относительно шкворня, а произведение f рэ l э K о.с p - силу реакции со стороны обратной связи на величину стабилизирующего момента. Влиянием момента, создаваемого центрирующими пружинами, можно пренебречь из-за его малости по сравнению со стабилизирующим.

Таким образом, кроме указанных выше допущений, на систему накладываются следующие ограничения:

1. усилия в продольной тяге линейно зависят от поворота вала сошки, трение в шарнирах продольной тяги и в приводе к золотнику отсутствует;
2. распределитель является звеном с релейной характеристикой, т. е. до определенного смещения Δx 0 золотника в корпусе, жидкость из насоса не поступает в силовой цилиндр;
3. давление в напорной магистрали и силовом цилиндре прямо пропорционально избыточному объему жидкости, поступившей в магистраль, т. е. объемная жесткость гидросистемы c г постоянна.

Рассмотренная схема рулевого управления с гидравлическим усилителем описывается системой из семи уравнений (26) - (32).

Исследование устойчивости системы проведено с помощью алгебраического критерия Рауса-Гурвица .

Для этого произведено несколько преобразований. Найдено характеристическое уравнение системы и условие ее устойчивости, которое определяется следующим неравенством:

(33)

Из неравенства (33) следует, что при a≤Δx 0 колебания невозможны, так как отрицательный член неравенства равен 0.

Амплитуда перемещения золотника в корпусе при заданной постоянной амплитуде колебаний управляемых колес θ max находится из следующего соотношения:

(34)

Если при угле θ max давление p = p max , то перемещение a зависит от соотношения жесткостей центрирующих пружин и продольной тяги c n / c 1 , площади реактивных плунжеров f р.э, силы предварительного сжатия центрирующих пружин T n и коэффициента обратной связи K ос. Чем больше отношение c n / c 1 и площадь реактивных элементов, тем более вероятно, что значение a окажется меньше величины Δx 0 , а автоколебания невозможными.

Однако этот путь устранения автоколебаний не всегда возможен, так как увеличение жесткости центрирующих пружин и размера реактивных элементов, повышая усилия на рулевом колесе, влияют на управляемость автомобиля, а уменьшение жесткости продольной тяги может способствовать возникновению колебаний типа шимми.

В четыре из пяти положительных членов неравенства (33) входит в качестве сомножителя параметр Г, характеризующий трение в рулевом управлении, резине шин и демпфирование вследствие перетеканий жидкости в усилителе. Обычно конструктору сложно варьировать этим параметром. В качестве сомножителей в отрицательный член входят расход жидкости Q 0 и коэффициент обратной связи K о.с. С понижением их значений склонность к автоколебаниям уменьшается. Величина Q 0 близка к производительности насоса. Итак, для устранения автоколебаний, вызываемых усилителем во время движения автомобиля, требуется:

1. Повышение жесткости центрирующих пружин или увеличение площади реактивных плунжеров, если это возможно по условиям легкости рулевого управления.
2. Уменьшение производительности насоса без понижения скорости поворота управляемых колес ниже минимально допустимой.
3. Уменьшение коэффициента усиления обратной связи K о.с, т. е. сокращение хода корпуса золотника (или золотника), вызываемого поворотом управляемых колес.

Если этими способами нельзя устранить автоколебания, то необходимо изменить компоновку рулевого управления или ввести специальный гаситель колебаний (жидкостной или сухого трения демпфер) в систему рулевого управления с усилителем. Рассмотрим другой возможный вариант компоновки усилителя на автомобиле, обладающий меньшей склонностью к возбуждению автоколебаний. Он отличается от предыдущего более короткой обратной связью (см. штриховую линию на рис. 34 и 35).

Уравнения распределителя и привода к нему отличаются от соответствующих уравнений предыдущей схемы.

Уравнение привода к распределителю имеет вид при T c >T n:

(35)

2 уравнение распределителя

(36)

где i э - кинематическое передаточное отношение между перемещением золотника распределителя и соответствующим ему перемещением штока силового цилиндра.

Аналогичное исследование новой системы уравнений приводит к следующему условию отсутствия автоколебаний в системе с короткой обратной связью

(37)

Полученное неравенство отличается от неравенства (33) увеличенным значением положительных членов. В результате все положительные слагаемые больше отрицательных при реальных значениях входящих в них параметров, поэтому система с короткой обратной связью практически всегда устойчива. Трение в системе, характеризуемое параметром Г, может быть уменьшено до нуля, так как четвертый положительный член неравенства не содержит этого параметра.

На рис. 37 представлены кривые зависимости величины трения, необходимого для гашения колебаний в системе (параметр Г) от производительности насоса, рассчитанные по формулам (33) и (37).

Зона устойчивости для каждого из усилителей находится между осью ординат и соответствующей кривой. При расчетах амплитуда колебаний золотника в корпусе принималась минимально возможной из условия включения усилителя: a≥Δx 0 = 0,05 см.

Остальные параметры, входящие в уравнения (33) и (37), имели следующие значения (что приблизительно соответствует рулевому управлению грузового автомобиля грузоподъемностью 8-12 т ): J = 600 кг*см*сек 2 / рад; N = 40 000 кг*см / рад; Q = 200 см 3 / сек; F = 40 см 2 ; l 2 = 20 см; l 3 = 20 см; c г = 2 кГ / см 5 ; c 1 = 500 кГ / см; c 2 = 500 кГ / см; c n = 100 кГ / см; f р.э = 3 см 2 .

У усилителя с длинной обратной связью зона неустойчивости лежит в диапазоне реальных значений параметра Г, у усилителя с короткой обратной связью - в диапазоне не-встречающихся значений параметра.

Рассмотрим колебания управляемых колес, возникающие при поворотах на месте. Индикаторная диаграмма силового цилиндра во время таких колебаний показана на рис. 33, г. Зависимость количества поступающей в силовой цилиндр жидкости от перемещения золотника в корпусе распределителя имеет вид, показанный на рис. 36, б. Во время таких колебаний зазор Δx 0 в золотнике уже устранен поворотом рулевого колеса и при малейшем смещении золотника вызывает поток жидкости в силовой цилиндр и рост давления в нем.

Линеаризация функции (см. рис. 36, в) дает уравнение

(38)

Коэффициент N в уравнении (32) будет определяться в данном случае не действием стабилизирующего момента, а жестокостью шин на скручивание в контакте. Он может быть принят для рассмотренной в качестве примера системы равным N = 400 000 кГ*см / рад.

Условие устойчивости для системы с длинной обратной связью может быть получено из уравнения (33) путем подстановки в него вместо выражения выражения (2Q 0 / πa).

В результате получим

(39)

Члены неравенства (39), содержащие параметр a в числителе, уменьшаются с уменьшением амплитуды колебаний и, начиная с каких-то достаточно малых значений a, ими можно пренебречь. Тогда условие устойчивости выражается в более простой форме:

(40)

При реальных соотношениях параметров неравенство не соблюдается и усилители, скомпонованные по схеме с длинной обратной связью, практически всегда вызывают автоколебания управляемых колес при поворотах на месте с той или иной амплитудой.

Устранить эти колебания без изменения вида обратной связи (и, следовательно, компоновки усилителя) удается в какой-то мере лишь изменением формы характеристики Q = f(Δx), придав ей наклон (см. рис. 36, г), или существенным увеличением демпфирования в системе (параметр Г). Технически для изменения формы характеристики делают специальные скосы на рабочих кромках золотников . Расчет системы на устойчивость с таким распределителем гораздо более сложен, так как допущение о том, что количество жидкости Q, поступающей в силовой цилиндр, зависит только от смещения золотника Δx, уже не может быть принято, ибо рабочий участок перекрытия рабочих щелей растягивается и количество поступающей жидкости Q на этом участке зависит также от перепада давлений в системе до золотника и после него. Метод увеличения демпфирования рассмотрен ниже.

Рассмотрим, что происходит при поворотах на месте, если осуществляется короткая обратная связь. В уравнении (37) выражение [(4π) (Q 0 / a)]√ следует заменить выражением (2 / π)*(Q 0 / a). В результате получим неравенство

(41)

Исключив, как и в предыдущем случае, члены, содержащие величину а в числителе, получим

(42)

В неравенстве (42) отрицательный член примерно на порядок меньше, чем в предыдущем, и поэтому в системе с короткой обратной связью при реально возможных сочетаниях параметров автоколебания не возникают.

Таким образом, для получения заведомо устойчивой системы рулевого управления с гидроусилителем обратная связь должна охватывать только практически безынерционные звенья системы (обычно силовой цилиндр и связанные с ним непосредственно соединительные детали). В наиболее сложных случаях, когда не удается скомпоновать силовой цилиндр и распределитель в непосредственной близости один от другого для гашения автоколебаний в систему вводят гидродемпферы (амортизаторы) или гидрозамки - устройства, пропускающие жидкость в силовой цилиндр или обратно только при действии давления со стороны распределителя.

Расчет элементов рулевого управления

Нагрузки в элементах рулевого управления и рулевого привода определяются на основании следующих двух расчетных случаев˸

По заданному расчетному усилию на рулевом колесе;

По максимальному сопротивлению повороту управляемых колес на месте.

При движении автомобиля по дорогам с неровной поверхностью или при торможении с различными коэффициентами сцепления под управляемыми колесами ряд деталей рулевого управления воспринимает динамические нагрузки, которые лимитируют прочность и надежность рулевого управления. Динамическое воздействие учитывается введением коэффициента динамичности к д = 1,5...3,0 .

Расчетное усилие на рулевом колесе для легковых автомобилей P PK = 700 H . Для определения усилия на рулевом колесе по максимальному сопротивлению повороту управляемых колес на месте 166 Рулевое управление необходимо рассчитать момент сопротивления повороту по следующей эмпирической формуле

M c = (2р о /3)VО ъ к / р ш ,

где р о - коэффициент сцепления при повороте колеса на месте ((р о = 0,9...1,0), G k - нагрузка на управляемое колесо, р ш - давление воздуха в шине.

Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

Р ш = Mc /(u a R PK nPp y ),

где u a - угловое передаточное число.

Если вычисленное значение усилия на рулевом колесе превосходит указанное выше условное расчетное усилие, то на автомобиле требуется установка рулевого усилителя. Рулевой вал. В большинстве конструкций ᴇᴦο выполняют полым. Рулевой вал нагружается моментом

М РК = P PK R PK .

Напряжение кручения полого вала

т = M PK D/. (8.4)

Допускаемое напряжение [т] = 100 МПа.

Проверяется также угол закрутки рулевогого вала, который допускается в пределах 5...8° на один метр длины вала.

Рулевой механизм. Для механизма, включающего глобоидный червяк и ролик, определяется контактное напряжение в зацеплении

о= Px /(Fn) , (8.5)

P x - осевое усилие, воспринимаемое червяком; F - площадь контакта одного гребня ролика с червяком (сумма площадей двух сегментов, рис. 8.4), и-число гребней ролика.

Осевая сила

Px = Мрк /(r wo tgP),

Материал червяка-цианируемая сталь ЗОХ, 35Х, 40Х, ЗОХН; материал ролика- цементуемая сталь 12ХНЗА, 15ХН.

Допускаемое напряжение [а] = 7...8МПа.

Для винтореечного механизма в звене "винт-шариковая гайка" определяют условную радиальную нагрузку P 0 на один шарик

Р ш = 5P x /(mz COs -$кон) ,

где m - число рабочих витков, z - число шариков на одном витке, 8 кон - угол контакта шариков с канавками (д кон = 45 o).

Контактное напряжение, определяющее прочность шарика

где Е - модуль упругости, d m - диаметр шарика, d k - диаметр канавки, к кр - коэффициент, зависящий от

кривизны контактирующих поверхностей (к кр = 0,6...0,8).

Допускаемое напряжение [а (Ж ] = 2500..3500 МПа исходя из диаметра шарика. По ГОСТ 3722-81 должна быть определена разрушающая нагрузка, действующая на один шарик.

Расчет элементов рулевого управления - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Расчет элементов рулевого управления" 2015, 2017-2018.

А. А. Енаев

Автомобили.

Проектирование и расчет

рулевых управлений

Учебно-методическое пособие

Братск 2004

Проектирование и расчет рулевых управлений является одной из составных частей курсового проекта по дисциплине "Автомобили".

На первом этапе курсового проектирования необходимо выполнить тяговый расчет и исследовать эксплуатационные свойства автомобиля, используя методические указания «Автомобили. Общие положения. Тяговый расчет» и затем приступить, в соответствии с заданием, к проектированию и расчету агрегата или системы шасси автомобиля.

При проектировании и расчете рулевых управлений необходимо подобрать рекомендуемую литературу, внимательно ознакомиться с данным пособием. Последовательность работы по проектированию и расчету рулевых управлений такова:

1. Выбрать способ поворота автомобиля, схему рулевого управления, тип рулевого механизма, схему компоновки усилителя (если он необходим).

2. Выполнить кинематический расчет, силовой расчет, гидравлический расчет усилителя (если в рулевом управлении предусматривается установка усилителя).

3. Выбрать размеры деталей и выполнить прочностной расчет.

В настоящем учебно-методическом пособии подробно изложено, как выполнить все эти виды работ.

2. НАЗНАЧЕНИЕ, ТРЕБОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Рулевое управление – это совокупность устройств, служащих для поворота управляемых колес автомобиля при воздействии водителя на рулевое колесо и состоящее из рулевого механизма и привода (рис. 1).

Рулевой механизм – это часть рулевого управления от рулевого колеса до рулевой сошки, а рулевой привод включает детали от рулевой сошки до поворотной цапфы.

Рис. 1. Схема рулевого управления:

1 – рулевое колесо; 2 – рулевой вал; 3 – рулевая колонка; 4 – редуктор; 5 – рулевая сошка; 6 – продольная рулевая тяга; 7 – поворотная цапфа; 8 – рычаг поворотной цапфы; 9 – боковой рычаг; 10 – поперечная тяга

К рулевому управлению предъявляются следующие требования:

1) обеспечение высокой маневренности автотранспортных средств, при которой возможны крутые и быстрые повороты на сравнительно ограниченных площадях;

2) легкость управления, оцениваемая величиной усилия, прикладываемого к рулевому колесу.

Для легковых автомобилей без усилителя при движении это усилие составляет 50...100 Н, а с усилителем – 10...20 Н. Для грузовых автомобилей усилие на рулевом колесе регламентируется: 250...500 Н – для рулевого управления без усилителя; 120 Н – для рулевого управления с усилителем;

3) качение управляемых колес с минимальным боковым уводом и скольжением при повороте автомобиля;

4) точность следящего действия, в первую очередь кинематического, при котором любому заданному положению рулевого колеса будет соответствовать вполне определенная заранее рассчитанная кривизна поворота;

ВВЕдение

Дисциплине «Основы расчета конструкции и агрегатов автомобилей» является продолжением дисциплины «Конструкция автомобилей и тракторов» и целью курсовой работы является закрепление знаний, полученных студентом при изучении этих дисциплин.

Курсовая работа выполняется студентом самостоятельно с использованием учебников, учебных пособий, справочников, ГОСТов, ОСТов и других материалов (монографий, научных журналов и отчетов, интернета).

Курсовой работа включает расчет систем управления автомобиля: рулевого (нечетная цифра шифра студента) или тормозного (четная цифра шифра студента). Прототип автомобиля и исходные данные выбирается по двум последним цифрам шифра студента. Коэффициент сцепления колес с дорогой = 0,9.

По рулевому управлению в графической должны быть: 1) схема поворота автомобиля с указанием радиуса и углов управляемых колес, 2) схема рулевой трапеции с расчетными формулами ее параметров, 3) схема рулевой трапеции в по определению зависимости углов поворота наружного и внутреннего управляемых колес графическим способом, 4) графики зависимостей углов поворота наружного и внутреннего управляемых колес, 5) общая схема рулевого управления, 6) схема по расчету напряжений в рулевой сошке.

Графическая часть по тормозной системе должна содержать: 1) схему тормозного механизма с расчетными формулами тормозного момента, 2) статическую характеристику тормозного механизма, 3) общую схему тормозной системы, 4) схему тормозного крана или главного тормозного цилиндра с гидровакуумным усилителем.

Исходные данные к тяговому, динамическому и экономическому расчету автомобиля.

Расчет рулевого управления автомобиля

Основные технические параметры

Минимальный радиус поворота (по внешнему колесу).

где L - база автомобиля;

Нmax - максимальный угол поворота наружного управляемого колеса.

При заданном значении минимального радиуса и базы автомобиля определяют максимальный угол поворота наружного колеса.

В соответствии со схемой поворота автомобиля (которую необходимо составить) определяют максимальный угол поворота внутреннего колеса

где М - расстояние между осями шкворней.

Геометрические параметры рулевой трапеции.

Для определения геометрических параметров рулевой трапеции используют графические методы (необходимо составить схему в масштабе).

Длину поперечной тяги и боковых сторон трапеции определяют, исходя из следующих соображений.

Пересечение продолжения осей боковых рычагов трапеции находится на расстоянии 0,7L от передней оси, если трапеция задняя, и на расстоянии L, если трапеция передняя (определяется по прототипу).

Оптимальное отношение длины m бокового рычага трапеции к длине n поперечной тяги m = (0,12…0,16)n.

Численные значения m и n можно найти из подобия треугольников

где -расстояние от шкворня до точки пересечения продолжения осей боковых рычагов рулевой трапеции.

По полученным данным выполняют в масштабе графическое построение рулевой трапеции. Затем, построив через равные угловые промежутки положение цапфы внутреннего колеса графически находят соответствующие положения наружного колеса и строят график зависимости, которую называют фактической. Далее по уравнению (2.5.2) строят теоретическую зависимость. Если максимальная разница между теоретическим и фактическим значениями не превышает 1,50 при максимальном угле поворота внутреннего колеса, то считается, что трапеция подобрана правильно.

Угловое передаточное число рулевого управления-это отношение элементарного угла поворота рулевого колеса к полусумме элементарных углов поворота наружного и внутреннего колес. Оно переменно и зависит от передаточных чисел рулевого механизма Uрм и рулевого привода U рп

Передаточное число рулевого механизма -это отношение элементарного угла поворота рулевого колеса к элементарному углу поворота вала сошки. Максимальное значение должно соответствовать нейтральному положению рулевого колеса для легковых автомобилей и крайним положением рулевого колеса для грузовых автомобилей без рулевых усилителей.

Передаточное число рулевого привода -это отношение плеч рычагов привода. Поскольку положение рычагов в процессе поворота рулевого колеса изменяется, то передаточное число рулевого привода переменно: Uрп=0,85…2,0.

Силовое передаточное число рулевого управления

где -момент, приложенный к рулевому колесу;

Момент сопротивления повороту управляемых колес.

При проектировании автомобилей ограничивается как минимальное (60Н), так и максимальное (120Н) усилие.

По ГОСТ 21398-75 для поворота на месте на бетонной поверхности усилие не должно превышать для легковых автомобилей 400 Н, для грузовых автомобилей 700 Н.

Момент сопротивления повороту управляемых колес рассчитывают по эмпирической формуле:

где -коэффициент сцепления при повороте колеса на месте (=0,9…1,0);

Рш -давление воздуха в шине, МПа.

Параметры рулевого колеса.

Максимальный угол поворота рулевого колеса в каждую сторону находится в пределах 540…10800 (1,5…3 оборота).

Диаметр рулевого колеса нормирован: для легковых и грузовых малой грузоподъемности автомобилей он составляет 380…425 мм, а для грузовых автомобилей 440…550 мм.

Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

Рр.к =Мс / (), (1.8)

где Rpк -радиус рулевого колеса;

КПД рулевого механизма.

КПД рулевого механизма. Прямой КПД -при передаче усилия от рулевого колеса к сошке

рм = 1 - (Мтр1 / Мр.к) (1.9)

где Мтр1 -момент трения рулевого механизма, приведенный к рулевому колесу.

Обратный КПД характеризует передачу усилия от сошки к рулевому колесу:

рм = 1 - (Мтр2 / Мв.с) (1.10)

где Мтр2 - момент трения рулевого механизма, приведенный к валу сошки;

Мв.с -момент на валу сошки, подведенный от управляемых колес.

КПД как прямой, так и обратный зависят от конструкции рулевого механизма и имеют следующие значения:

рм =0,6…0,95; рм =0,55…0,85

Механизмы управления автомобиля - это механизмы, которые предназначены обеспечивать движение автомобиля в нужном направлении, и его замедление или остановку в случае необходимости. К механизмам управления относятся рулевое управление и тормозная система автомобиля .

Р улевое управление автомобиля - это совокупность механизмов, служащих, для поворота управляемых колес, обеспечивает движение автомобиля в заданном направлении. Передачу усилия поворота рулевого колеса к управляемым колесам обеспечивает рулевой привод . Для облегчения управления автомобилем применяют усилители руля , которыеделают поворот руля легким и комфортным.

1 - поперечная тяга; 2 - нижний рычаг; 3 - поворотная цапфа; 4 - верхний рычаг; 5 - продольная тяга; 6 - сошка рулевого привода; 7 - рулевая передача; 8 - рулевой вал; 9 - рулевое колесо.

Принцип работы рулевого управления

Каждое управляемое колесо установлено на поворотном кулаке, соединенном с передней осью посредством шкворня, который неподвижно крепится в передней оси. При вращении водителем рулевого колеса усилие передается посредством тяг и рычагов на поворотные кулаки, которые поворачиваются на определенный угол (задает водитель), изменяя направление движения автомобиля.

Механизмы управления, устройство

Рулевое управление состоит из следующих механизмов:

1. Рулевой механизм - замедляющая передача, преобразовывающая вращение вала рулевого колеса во вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
2. Рулевой привод - система тяг и рычагов, осуществляющая в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля.
3. Усилитель рулевого привода (не на всех автомобилях) - применяется для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса.

1 – Рулевое колесо; 2 – корпус подшипников вала; 3 - подшипник; 4 – вал колеса рулевого управления; 5 – карданный вал рулевого управления; 6 – тяга рулевой трапеции; 7 - наконечник; 8 - шайба; 9 – палец шарнирный; 10 – крестовина карданного вала; 11 – вилка скользящая; 12 – наконечник цилиндра; 13 – кольцо уплотнительное; 14 – гайка наконечника; 15 - цилиндр; 16 –поршень со штоком; 17 – кольцо уплотнительное; 18 – кольцо опорное; 19 - манжета; 20 – кольцо нажимное; 21 - гайка; 22 – муфта защитная; 23 – тяга рулевой трапеции; 24 - масленка; 25 – наконечник штока; 26 – кольцо стопорное; 27 - заглушка; 28 – пружина; 29 – обойма пружины; 30 – кольцо уплотнительное; 31 – вкладыш верхний; 32 – палец шаровый; 33 – вкладыш нижний; 34 - накладка; 35 – муфта защитная; 36 – рычаг поворотного кулака; 37 – корпус поворотного кулака.

Устройство рулевого привода:

1 – корпус золотника; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – кольцо плунжеров подвижное; 4 - манжета; 5 – картер рулевого механизма; 6 - сектор; 7 – пробка заливного отверстия; 8 - червяк; 9 – боковая крышка картера; 10 - крышка; 11 – пробка сливного отверстия; 12 – втулка распорная; 13 – игольчатый подшипник; 14 – сошка рулевого управления; 15 – тяга сошки рулевого управления; 16 – вал рулевого механизма; 17 - золотник; 18 - пружина; 19 - плунжер; 20 – крышка корпуса золотника.

Бак масляный. 1 – Корпус бачка; 2 - фильтр; 3 – корпус фильтра; 4 – клапан перепускной; 5 - крышка; 6 - сапун; 7 – пробка заливной горловины; 8 - кольцо; 9 – шланг всасывающий.

Насос усилительного механизма. 1 – крышка насоса; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - корпус; 5 – игольчатый подшипник; 6 - проставка; 7 - шкив; 8 - валик; 9 - коллектор; 10 – диск распределительный.

Принципиальная схема. 1 – трубопроводы високого давления; 2 – механизм рулевой; 3 – насос усилительного механизма; 4 – шланг сливной; 5 – бак масляный; 6 – шланг всасывающий; 7 – шланг нагнетательный; 8 – механизм усилительный; 9 – шланги.

Рулевое управление автомобиля КамАЗ

1 - корпус клапана управления гидроусилителем; 2 - радиатор; 3 - карданный вал; 4 - рулевая колонка; 5 - трубопровод низкого давления; 6 - трубопровод высокого давления; 7- бачок гидросистемы; 8- насос гидроусилителя; 9 - сошка; 10 - продольная тяга; 11 - рулевой механизм с гидроусилителем; 12 - корпус углового редуктора.

Механизм рулевого управления автомобиля КамАЗ:

1 - реактивный плунжер; 2- корпус клапана управления; 3 - ведущее зубчатое колесо; 4 - ведомое зубчатое колесо; 5, 22 и 29- стопорные кольца; 6 - втулка; 7 и 31 - упорные колы к», 8 - уплотнительное кольцо; 9 и 15 - бинты; 10 - перепускной клапан; 11 и 28 - крышки; 12 - картер; 13 - поршень-рейка; 14 - пробка; 16 и 20- гайки; 17 - желоб; 18 - шарик; 19 - сектор; 21 - стопорная шайба; 23 - корпус; 24 - упорный подшипник; 25 - плунжер; 26 - золотник; 27- регулировочный винт; 30- регулировочная шайба; 32- зубчатый сектор вала сошки.

Рулевое управление автомобиля ЗИЛ;

1 - насос гидроусилителя; 2 - бачок насоса; 3 - шланг низкого давления; 4 - шланг высокого давления; 5 колонка; 6 - контактное устройство сигнала; 7 - переключатель указателей поворота; 8 карданный шарнир; 9 - карданный вал; 10 - рулевой механизм; 11 - сошка.

Рулевое управление автомобиля МАЗ-5335:

1 - продольная рулевая тяга; 2- гидроусилитель рулевого привода; 3 - сошка; 4 - рулевой механизм; 5- карданный шарнир привода рулевого управления; 6 - рулевой вал; 7- рулевое колесо; 8 - поперечная рулевая тяга; 9- левый рычаг поперечной рулевой тяги; 10 - поворотный рычаг.