Рулевое управление

К рулевому управлению предъявляются специальные требования, в соответствии с которыми рулевое управление должно обеспечивать:

- минимальный радиус поворота для высокого маневренного автомобиля;

- лёгкость управления автомобилем;

- пропорциональность между усилием на рулевом колесе и сопротивлением повороту управляемых колёс;

- соответствие между углами поворота рулевого колеса и управляемых колёс;

- минимальную передачу толчков и ударов на рулевое колесо от дорожных неровностей;

- предотвращение автоколебаний управляемых колёс вокруг осей поворота;

- минимальное влияние на стабилизацию управляемых колёс;

- травмобезопасность, исключающую травмирование водителя при любых столкновениях автомобиля.

Минимальный радиус поворота – это расстояние от центра поворота до оси колеи переднего наружного управляемого колеса при максимальном угле поворота колеса.

Минимальный радиус поворота автомобиля можно определить по следующей формуле:

R_пmin= ,

где R_э= - радиус поворота автомобиля;

θ_max – максимальный угол поворота управляемых колёс;

δ₁, δ₂ – углы увода передних и задних колёс;

L – база автомобиля.

Центр поворота автомобиля О находится внутри его базы на некотором расстоянии С от оси задних колёс:

С =R_э tgδ₂.

Угловым передаточным числом рулевого управления называется отношение угла поворота рулевого колеса α_р.к. к углу поворота управляемых колёс θ:

u_ω= ,

где θ=(θ_н+θ_в)/2; θ_н, θ_в – углы поворота наружного и внутреннего управляемых колёс.

Это передаточное число является переменным, зависит от передаточных чисел рулевого механизма u_р.м. и рулевого привода u_р.п. и равна их произведению:

u_ω=u_р.м.u_р.п..

Угловое передаточное число называют также передаточным числом рулевого механизма, которое равно отношению угла поворота рулевого колеса α_р.к. к углу поворота вала сошки α_р.с..

Рулевые механизмы большинства автомобилей имеют постоянное передаточное число u_р.м.=13…22 для легковых автомобилей u_р.м. =20…25 для грузовых автомобилей.

Передаточным числом рулевого привода называется отношение угла поворота вала рулевой сошки α_р.с. к углу поворота управляемых колёс θ. Передаточное число рулевого привода при повороте рулевого колеса не остаётся постоянным, а изменяется, так как изменяется положение рычага и сошки. Его значение находится в пределах 0,85…1.10.

Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колёс автомобиля. Рулевые механизмы должны обеспечивать:

- высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса к управляемым колёсам для лёгкости управления автомобилем и несколько меньший КПД в обратном направлении для уменьшения толчков и ударов на рулевом колесе от дорожных неровностей;

- обратимость механизма, исключающую снижение стабилизации управляемых колёс автомобиля;

- минимальный зазор в зацеплении механизма при нейтральном положении управляемых колёс и возможность регулирования этого зазора в процессе эксплуатации;

- заданный характер изменения передаточного числа механизма.

На современных автомобилях имеют применение три типа рулевых механизмов: червячные (червячно-роликовые и червячно-секторные), винтовые (винторычажные и винтореечные) и зубчатые (шестерённые и реечные).

Червячные рулевые механизмы применяются на легковых, грузовых автомобилях и автобусах.

Винтовые рулевые механизмы используются на тяжёлых грузовых автомобилях. Наибольшее распространение получили винтореечные механизмы. Винторычажные применяются редко, так как имеют низкий КПД и значительное изнашивание.

Зубчатые рулевые механизмы применяются в основном на легковых автомобилях малого и среднего классов.

Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колёсам и для обеспечения правильного поворота колёс. В соответствии с предъявляемыми требованиями рулевой привод должен обеспечивать:

- правильное соотношение углов поворота управляемых колёс, исключающее боковое скольжение колёс автомобиля;

- отсутствие автоколебаний управляемых колёс вокруг шкворней;

- отсутствие самопроизвольного поворота управляемых колёс при колебаниях автомобиля на упругих устройствах подвески. Рулевые приводы различаются по типу рулевой трапеции(с неразрезанной рулевой трапецией и с разрезанной рулевой трапецией) и по расположению рулевой трапеции (с передней рулевой трапецией и с задней рулевой трапецией).

В рулевом управлении рассчитывают на прочность:

- детали рулевого механизма;

- детали рулевого привода.

При расчёте на прочность определяют нагрузки, действующие на детали рулевого управления, и напряжения, возникающие в деталях.

При расчёте максимального усилия на рулевом колесе по максимальному сопротивлению повороту управляемых колёс на месте момент сопротивления повороту определяется по формуле:

М_с= ,

где φ_у = 0,9…1,0 – коэффициент сцепления при повороте управляемого

колеса на месте;

G_k – нагрузка на колесо;

Р_ш – давление воздуха в шине.

Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

Р_р.к.= ,

где u_ω – угловое передаточное число рулевого управления;

R_р.к. – радиус рулевого колеса;

η_р.у – КПД рулевого управления.

Рулевой вал (обычно трубчатый) работает на кручение, нагружаясь моментом

М_р.к.Р_р.к..

Напряжения кручения трубчатого вала

τ_кр= ,

где d_н и d_в – наружный и внутренний диаметры вала.

В червячно-роликовой рулевой передаче глобоидный червяк и ролик рассчитывают на сжатие, при котором определяют контактные напряжения в зацеплении:

σ_сж= ,

где Q – осевая сила, действующая на червяк;

F_k – площадь контакта одного гребня ролика, равная сумме площадей

двух сегментов;

n – число гребней роликов.

Осевая сила Q= ,

где r₀ – начальный радиус червяка в наименьшем сечении;

β_ч – угол подъёма винтовой линии червяка.

В рулевом приводе рассчитывают вал рулевой сошки, рулевую сошку, палец рулевой сошки, продольную и поперечную тяги и рычаги поворотных цапф.

Вал рулевой сошки рассчитывают на кручение.

При отсутствии усилителя τ_кр = ;

при наличии усилителя τ_кр= ,

где d_c – диаметр вала рулевой сошки.

Расчёт сошки проводят на изгиб и кручение от максимальной силы Р_сош, действующей на шаровой палец от продольной рулевой тяги.

При отсутствии усилителя Р_сош= ,

где l₁ – расстояние между центрами головок рулевой сошки.

При наличии гидроусилителя Р_сош= .

Поиск по сайту: