Файл: Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие.pdf

На автомобилях ЗИЛ (ЗИЛ-130, ЗИЛ-131 и др.) устанавли­ ваются рулевые механизмы такого же типа, но отличаются от последних совместной компоновкой с усилителем («гидроруль»). В зависимости от осббенностей компоновки и назначе­ ния автомобилей (многоос­ ные машины) рассматривае­ мый рулевой механизм может включать , дополнительный

P r f - f i i

Рис. X V I.7. Рулевой механизм типа винт— гайка— рейка— сектор

конический редуктор с шестернями 2 и 3. Регулировка конических

П 2. На машинах народнохозяйственного назначения конический редуктор не устанавливается.

436

Винт 4 в картере устанавливается на двух конических под­ шипниках, регулируемых с натягом прокладками П3. Гайка 6 в нарезке винта посажена на циркулирующие шарики, позволяю­ щие заменить трение скольжения трением качения. На нижней части гайки нарезаны зубья, образующие рейку. Сектор 5 рейки выполнен за одно целое с валом 7 сошки. Вал сошки смонтирован на удлиненных игольчатых подшипниках.

Регулировка зацепления осуществляется винтом 8. Регулиро­ вочная зона обеспечена конической формой и переменной толщиной зубьев рейки и сектора (угол конуса 6 = 7н-9°). Винты изготав­ ливаются однозаходными с постоянным шагом t — 12-т-18. Угол подъема ßl нарезки винта обычно берется 10— 15°. Количество шариков для одного рулевого механизма изменяется от 90 до 120, диаметр шариков 7—9 мм.

Высокая надежность и большой срок службы рулевых меха­ низмов обеспечиваются максимальным снижением трения (во всех звеньях — пары качения) и высоким к. п. д. (т)р м = 0,70^-0,90), точным изготовлением профиля беговых канавок с чистотой не менееѴЭ, применением шариков 2 и 3-го классов точности и селек­ тивной сборкой деталей. Для получения беззазорного соединения винта с гайкой допускается сборка деталей только одной группы. Размеры шариков, поступающих на сборку, не должны разли­ чаться более чем на 2 мкм. Зазор в винте не превышает 0 ;0 2 —• 0,03 мм.

Угловое передаточное число рулевых механизмов типа винт— гайка—рейка—сектор постоянно и равно (см. рис. XVI.7)

_ 2 яг2

Иногда на тяжелых машинах применяются рулевые механизмы типа винт—гайка—кривошип (рис. XVI.8 ). При вращении руле­ вого вала 1 гайка 2 передвигается по нарезке А винта и ведет кри­ вошип 3. Последний имеет, вильчатую форму. Гайка установлена в проушинах кривошипа на подшипниках скольжения. Поскольку кривошип при вращении рулевого колеса описывает дугу, то ниж­ ний конец вала делается безопорным (свободным): вал консольно изгибается.

Усилия, передаваемые на рулевой вал от гайки (прежде всего осевые), воспринимаются верхней опорой вала (на рисунке не показана).

Механизм не имеет регулировочных узлов. Подбором материа­ лов, снижением удельного давления в нарезке и надлежащей смазкой можно достичь желаемого срока службы такого рулевого механизма. Недостатки механизма: низкий к. п. д. и более напря­ женные условия работы рулевого вала.

437

Материалы, применяемые при изготовлении деталей рулевого механизма. Рулевые валы изготавливаются из среднеуглеродистых сталей 20, 35 и 45. Полуфабрикатом для рулевых валов служат бесшовные трубы. Глобоидные и цилиндрические червяки отко­ вываются из сталей 35Х, ЗОХНЗА; после механической обработки поверхность червяков цпаннруется на глубину 0,25—0,50 мм и за­ каливается. Твердость поверхности HRC 45—52. Для роликов применяются стадіи 12ХНЗА, 20Х, 18ХГТ. Поверхность роликов цементируется на глубину 1,2— 1,5 мм и закаливается; твердость HRC 52—56.

Винты и винтовые гайки для рулевых механизмов изготов­ ляются из сталей 18ХГТ; поверхность цементируется на глубину 1,2— 1,5 мм и закаливается, твердость HRC 58—64. Из стали 18ХГТ отковываются также секторы и валы сошки. Картеры ру­ левых механизмов отливаются из ковкого чугуна КЧ 37—12 или КЧ 35— 10.

§ 78. РУЛЕВЫЕ ПРИВОДЫ

Типовые схемы рулевых приводов и их общая оценка

Под рулевым приводом понимается система тяг и рычагов, осуществляющая передачу необходимых для поворота управляе­ мых колес (осей, тележек) усилий от рулевого механизма и уси­ лителя и обеспечивающая правильную кинематику движения автомобиля на повороте.

Типовые схемы рулевого привода автомобиля с одной парой передних управляемых колес приведены на рис. XVI.9: схема а относится к автомобилям с зависимой подвеской, а схема б — к ав­ томобилям с независимой подвеской.

438

Основными элементами привода являются сошка, продольная тяга, рычаг поворотной цапфы и трапеция, образованная боко­ выми рычагами и поперечной тягой. Длина поперечной тяги может изменяться (имеется резьбовое соединение), что позволяет регу­ лировать схождение колес.

Штриховыми линиями на рис. XVI.9, а показано положение рулевого привода при повороте рулевого колеса налево на угол Ѳ. Сошка при этом повернулась на угол Q, а управляемые колеса по­ вернулись: внутреннее— на угол ß, внешнее— на угол а. От­ резки 0 Х1, 0 г2, О Д 0 34, OJS, Оф представляют плечи сил, дей­ ствующих в приводе, которые относительно центров вращения создают нагружающие моменты. У автомобилей с зависимой под­ веской поперечная тяга выполняется неразрезной. Для легковых

Шарниры 1 и 2 поперечной тяги лежат на продолжениях осей качания колес. Сошка 3 и рычаг 4 определяют правильную ки­ нематику перемещения среднего звена 5 поперечной тяги.

При проектировании рулевого привода обращается внимание па согласование его кинематики с кинематикой подвески. Центры качания продольной тяги (точка 6, рис. XVI.9, а) и рессоры (не­ подвижное относительно рамы ушко рессоры) должны лежать возможно ближе друг к другу. Несоблюдение этого условия при­ ведет к вилянию управляемых колес (особенно при движении по ухабистым дорогам).

Основные элементы рулевого привода автомобиля (транспор­ тера) с управляемой осью (тележкой) показаны на рис. XVI.9, в. Приведенная схема является типовой: в ней показано все суще­ ственно важное, что характерно для этого способа поворота авто­ мобиля (см. рис. XVI. 1 , 6 , / и II). К этой схеме может быть сведен и оппозитный способ поворота, если ш арнир/// (см. рис. XVI. 1, б) совместить с центром ходовой оси поворачивающегося звена.

Продольная тяга стандартного рулевого механизма шарнирно оперта на поворотную ось в точке О. Рулевой механизм в таком рулевом приводе служит только для включения в работу распре­ делителя РУ и осуществления слежения. Поворот же самой оси вокруг шарнира III осуществляется гидравлическими силовыми цилиндрами СЦ, к которым подводится высокое давление от на­ соса Я. Насос питается из бака Б.

Основными оценочными параметрами рулевого привода яв­ ляются угловое передаточное число ір. п, коэффициент полезного действия т)р п и жесткость привода.

Определим г'р п, для чего рассмотрим схему рулевого привода (рис. XVI.9, а). Элементарная работа на сошке равна

d A a — M a d Q . (XVI.9)

439

В свою очередь, элементарная работа, выполненная поворот­ ными колесами, будет

где — момент сопротивления повороту одного колеса (для левого и правого колес моменты сопротивления принимаются одинаковыми и независящими от угла поворота); %— коэффи­ циент, учитывающий увеличение момента сопротивления за счетвлияния стабилизирующего (от подъема передней части автомо­ биля) момента, % — 1 ,07н-1 , 1 5; da и d ß — элементарные углы поворота управляемых колес (внешнего н внутреннего).

Кроме того, запишем уравнение баланса работ

откуда

сіАц

11р-п -

С учетом уравнений (XVI.9) и (XVI. 10) окончательно получим

Для выполненных конструкций рулевых приводов народно­ хозяйственных автомобилей к. п. д. составляет т)рп = 0,85 -г-0,90.

Обозначим 2%Мц через М s и назовем эту величину суммарным моментом сопротивления повороту управляемых колес (осей).

В уравнении (XVI. 12) первый сомножитель представляет в принципе коэффициент трансформации (в терминологии, при­ меняемой в теории трансмиссии), называемый здесь силовым передаточным числом kp п привода, второй сомножитель — угло­ вое передаточное отношение привода, обратное передаточному числу. Тогда можем записать:

и_ 2 хМц . 1

р- п — м й ’

4-11

Сравнивая уравнения (XVI. 12) и (XVI. 14), приходим к заключе­ нию, что

b' — b = Оф и тогда

Ь_

а

Ж е с т к о с т ь рулевого привода должна быть наибольшей. При недостаточной его жесткости рулевое управление машины обращается в колебательный контур, что приводит к вилянию колес и плохой устойчивости движения автомобиля. Из-за малой жесткости будет нарушаться сходимость колес, а это отрицательно сказывается на работе шин и расходе топлива.

Жесткость рулевого привода у автомобилей с независимой под­ веской в 1,5—2,0 раза меньше, чем у автомобилей с зависимой подвеской. Например, у автомобиля М-21 «Волга» жесткость привода составляет 2,16 Н-м/рад (12,5 кГ м/град), а у ГАЗ-69 она равна 4,32 Н-м/рад (25 кГ м/град). Жесткость рычажного привода уменьшается с увеличением числа управляемых колес (осей).

Оценочные параметры рулевого управления

К ним относятся общий к. п. д. рулевого управления г|р у, силовое передаточное число kp у и передаточное число ір у. К. п. д. рулевого управления равно

442