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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 163

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

машиностроения. Совсем редко применяются насосы героторного типа (ГАЗ-13 «Чайка»). Для некоторых автомобилей (БелАЗ-540, БелАЗ-548 н др.), у которых гидравлический усилитель включен параллельно гидрооборудованию самосвальных платформ, ис­ пользуются высокопроизводительные шестеренчатые насосы типа НШ-46 (производительность до 30—60 л/'мпн).

Производительность насосов гидроусилителей выбирается из условий, при которых силовой цилиндр (СЦ) должен успевать поворачивать управляемые колеса автомобиля быстрее, чем это может делать водитель. В противном случае при быстрых поворо­ тах неизбежно «утыканпе» золотника (появление по торцам кон­

тактной реакции между

золотником и корпусом), что

приводит

к утяжелению рулевого управления, быстрому

выходу

из строя

уплотнительных манжет

(см. рис. XVI. 14)

или

износу

упорных

шайб 13 (см. рис. ХѴІ.З).

 

 

 

 

Чтобы не было «утыкания» ’золотника, необходимо соблюдать

следующее неравенство:

 

 

 

 

 

С?г,об( 1 - А

) ^ £ ) 2^

,

 

(XVI.34)

где Q — производительность насоса на расчетном режиме, м3/сек;

т)об— объемный к. п. д. насоса

(по данным

ЗИЛ

г|об = 0,75-4-0,85

при р = 6 МПа = 60 кгс/с.м2);

А — коэффициент, учитывающий

утечки в золотнике (А

 

dS

 

 

 

0,05-4-0,10); -------- относительная ско­

рость поршня силового цилиндра, м/сек.

Например, для усилителя с компоновкой по четвертой схеме

(рис. XVI. 12 и XVI. 16) имеем

 

 

 

 

 

dt

= а

dQ

Й(0.

 

 

 

dt

 

При

ір м = const

со = J L

и тогда

 

 

 

 

Ір- м

 

 

 

 

 

 

dSu

а- —

=

я/іщ

(XVI.35)

 

 

- г г =

а-~-п. ш ,

 

 

dt

*р. м

 

3 0 / р . м

 

где

яш — обороты

рулевого колеса,

об/с.

 

По опытным данным, максимальная кратковременная скорость вращения рулевого колеса примерно составляет: для легковых автомобилей пш = 1,5 -4-1,7 об/с, для грузовых /гш = 0,5 -=-1,2 об/с.

На привод насосов гидроусилителей затрачивается от 2 до 4% мощности основного двигателя. Так, затраты мощности на привод насосов Л1Ф и ЛЗФ при р = 6,5 МПа (65 кгс/см2) и лн = 950 об/мин соответственно равны 3,45 кВт (4,7 л. с.) и 7,06 кВт (9,6 л. с.).

В качестве рабочих жидкостей в гидроусилителях используются масла турбинные 22 или индустриальные 20 (летом) и веретенное 2 или индустриальное 12 (зимой).

464 ■


Для районов Крайнего Севера, а также при температурах ниже

—40° С рекомендуется масло АМГ-10 или смесь, состоящая из 30% масла МТ-16п (или МС-14) и 70% масла веретенного АУ и др.

§ 80. ОСНОВЫ РАСЧЕТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

При проектировании рулевых управлений выполняется обычно два вида расчетов: 1) кинематический расчет рулевого привода; 2) прочностной расчет узлов и деталей рулевого управления.

Кинематический расчет рулевого привода

Основной задачей его является определение оптимальных пара­ метров рулевой трапеции и подбор требуемых значений передаточ­

ных чисел рулевого

привода.

 

 

 

 

Исходя из геометрии поворота имеем:

 

 

для автомобиля с одной парой передних управляемых колес

{рис. XVI. 1,

а, I)

 

 

 

 

 

 

 

ctg а — ctg ß =

-j- ,

(XVI.36)

 

для автомобилей

с двумя парами

управляемых

колес

 

 

 

ctg «і — ctg ßi =

- j —;

 

 

 

 

ctg a 2 — ctg ßo =

- f - ,

 

 

 

 

 

 

Ltо

 

где

L — база

автомоблля, а L ± и L 3— части базы относительно

мгновенного

центра

поворота;

В — расстояние между осями

шкворней управляемых колес; а

и ß — углы поворота внешнего

и внутреннего управляемых колес.

 

 

 

Для последнего случая обычно L1 — Lz = Ы2, и, следовательно,

« 1

= а 2 = а,

a ßi = ß2 = ß и

тогда

(рис. XVI. 1,

а, II)

 

 

 

ctg а — ctgß = - ^ - .

(XVI.36 a)

Как видно из выражений (XVI.36) и (XVI.36 а), разность ко­ тангенсов углов поворота внешнего и внутреннего управляемых колес должна быть всегда величиной постоянной, а мгновенный центр поворота автомобиля (точка 0) должен лежать на продол­ жении неуправляемой оси. Только при соблюдении этих теорети­ ческих условий все колеса автомобиля на повороте будут дви­ гаться без скольжения, т. е. иметь чистое качение.

От рулевой трапеции требуется, чтобы она обеспечивала выте­ кающие -из геометрии поворота соотношения между углами по­ ворота управляемых колес.

465


Можно показать, что устанавливаемое рулевой трапецией соот­ ношение между углами такое (рис. XVI. 1, я):

а = Ф -f- arctg

т cos (Ф -{- ß)

 

В m sin (Ф -|- ß)

 

nt + 25 sin Ф — 2m sin2 Ф В sin (Ф 4- ß)

— arcsin---------

.. ... —

— ZJLL (XVI.37)

Y B'- -(- m2 — 2Bin sin (Ф -}- ß)

где Ф — угол наклона боковых рычагов трапеции; т — длина ^боковых рычагов трапеции.

Из сравнения выражений (XV 1.36) и (XV 1.37) нетрудно уста­ новить, что они нетождественны, а следовательно, неизбежно существование разницы между теоретически необходимыми углами поворота и фактическими, задаваемыми рулевой трапецией.

Однако подбором углов Ф п длин т боковых рычагов при за­ данной величине В можно с достаточно высокой точностью при­ близить фактическую зависимость а = f (ß) к теоретически не­ обходимой. Существует ряд методик подбора параметров рулевой трапеции. Результаты их в конечном счете примерно равноценны.

При подборе параметров рулевой трапеции по уравнениям (XV 1.36) и (XVI.37) или графическим способом полезно ориен­ тироваться на статистические данные по выполненным кон­ струкциям.

Анализ показывает, что для современных грузовых автомоби­

лей отношение — = 0,14 ч-0,20, а Ф — 60 ч-75°. Большие зна-

п

чения т/п и меньшие Ф соответствуют, полноприводным маши­ нам. Кинематический расчет в окончательном виде должен уточ­ няться данными, связанными с уводом колес.

Прочностной расчет рулевого управления

Ведется с учетом конструктивных особенностей рулевого управ­ ления и варианта компоновки автомобиля. При отсутствии в руле­ вом управлении усилителя расчетная нагрузка на детали опреде­ ляется по максимально возможному окружному усилию, которое может быть приложено к ободу рулевого колеса: РШІШ1Х = 0,50-ь ч-0,60 кН (50—60 кгс). Для автомобилей, оборудованных усили­ телями, расчетная нагрузка для деталей выбирается дифференци­ рованно. Если усилитель встроен-в рулевой механизм (ЗИЛ-130, ЗИЛ-131 — рис. XVI.9, я), то на все детали рулевого .механизма (за исключением рулевого вала) и детали привода (за исключением рулевой трапеции) воздействуют усилие от рулевого колеса и уси­ лие усилителя. В худшем случае для указанных деталей эти на­ грузки могут быть весьма значительны, если дорожные условия требуют от усилителя работы на предельном режиме = ртах), а Литах = Лису max -f-АР, где АР — дополнительное усилие на рулевом колесе, которое необходимо приложить, когда усилитель

466


на предельном режиме не в состоянии преодолеть внешние сопро­ тивления. Маловероятно, но не исключено, что АР может дости­ гать 0,40—0,50 кН (40—50 кгс).

При установке усилителя в рулевой трапеции (см. рис. XVI. 12, а и б) детали рулевой трапеции рассчитываются по предельному усилию усилителя (при р = ршах), а рулевой механизм и продольная тяга с рычагами — по Рштак = РШСушах + АР (см. рис. XVI. 15).

Когда усилитель размещен в продольной тяге (см. рис. XVI.9, в),, расчетный режим нагружения рулевого механизма не отличается от только что рассмотренного. Продольная же тяга нагружена совместной нагрузкой — от усилителя и от рулевого колеса; руле­ вая трапеция — частью общей нагрузки, так как другая часть, общей нагрузки затрачивается на поворот левого управляемогоколеса.

В качестве контрольных нагрузок, действующих на детали рулевого управления, могут быть взяты нагрузки, возникающиепри наездах управляемых колес на дорожные неровности, а такженагрузки, возникающие в рулевом приводе при торможении из-за неодинаковых тормозных сил на управляемых колесах. В част­ ности, для автомобиля с одной передней управляемой осью, когда одно из управляемых колес при торможении находится на плохой дороге (срх я» 0), а другое на хорошей (ср2 = фтах), вся тормознаясила этого колеса частично гасится сопротивлением усилителя, частично — усилием на рулевом колесе. При отсутствии (выходе из строя) усилителя вся нескомпенсированная тормозная сила передается на рулевое колесо. Для последнего случая справедливо

выражение

(см. рис. XVI. 12, 6)

 

 

 

 

 

 

 

 

9 л .

^Pmax

ft “Ь фтахftg

 

Н у . р а

 

(XVI.38)'

 

Рш —

2

Р Ч" ~2 Фтах^гй

Ruiip. bift

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф п

ft Ч~ Фтахftg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R-f" ~2 ФтахЛя

 

 

где Рх—-'тормозная сила переднего управляемого

колеса; Ga— вес-

автомобиля;

Ь,

hg— стандартные

координаты

центра

тяжести

автомобиля;

I — длина

поворотной

цапфы управляемого

колеса;.

9у. р = Нм. рТ)п. р — обратный

к.

п.

д.

рулевого

управления.

Выражение (XVI.38) получено в предположении, что общая

тормозная сила

автомобиля

равна

 

 

 

 

 

 

 

РХ2 =

Фп

А

 

(Ga

 

 

 

 

 

 

2

 

 

JJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Zx — опорная реакция

передней оси.'

 

 

 

В соответствии с выражением

(XV 1.38) могут быть проведены:

дополнительные расчеты, которые позволят полнее оценить проч­ ностные характеристики рулевого управления.

4бГ


 

 

Расчет

рулевых механизмов

Рулевой вал

рассчитывается на

момент М ш = Ршгаах/?ш. Ра­

диус

R m обода

рулевых

колес

нормирован отраслевой пор­

малью

о й 025

11 ІІЗменяется в зависимости от грузоподъемности

~2b7'— 65

автомобиля в пределах 380—550 мм.

Размеры поперечного сечения вала по длине неодинаковы, неодинаков в ряде случаев и материал его составных частей (руле­ вой вал ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, «Урал-375» и др.). Напряжения круче­ ния в опасных сечениях вала для выполненных конструкций ру­

левых механизмов, подсчитанное для РШ1ШХ = 0,5

кН (50 кгс),

составляет г =

25=75 МПа (250—750 кгс/см2).

 

Как уже отмечалось ранее, наиболее сильно изнашивающимся

и наиболее сильно нагруженным местом рулевых

механизмов

является зацепление.

 

Элементы зацепления рассчитываются на прочность (по напря­

жениям изгиба

а) и износ (по контактным напряжениям сжа­

тия асж).' Кроме

того, рулевые механизмы проверяются на жест­

кость (по величине допускаемых деформаций), а отдельные сопря­ жения также на удельное давление и смятие.

- Отметим здесь, что в связи со сравнительным характером про­ ектных и поверочных расчетов к. п. д. рулевых механизмов и при­ водов принимается равным единице.

Спироидный рулевой механизм типа цилиндрический червяк — боковой сектор (рис. ХѴІ.З и XV1.4). Напряжения изгиба опреде­ ляются для сектора, который менее прочен, чем червяк

Р,

Р ш шахр ш_____

(XVI.39)

ymnbk^ cos ß0zx

y j v u b k y f ^ z ^ COS ß^ ’

 

где у — коэффициент формы зуба

сектора (см. гл. VI); т — мо­

дуль (осевой) зацепления по начальной окружности; b — радиаль­ ная длина зуба сектора; къ — коэффициент перекрытия (&2 =

=1,5=1,8).

Для выполненных конструкций червячно-спироидных рулевых

механизмов (КрАЗ-214, «Урал-375»), исправно работающих в экс­ плуатации, G = 250=350 МПа (2500—3500 кгс/см2).

Контактные напряжения сжатия для зубьев сектора

оСЖ

0,418

Р ш. тгхРщЕ COS ß2

/

1 ,

1 \

rxb sin a cos а cos ßx \

г1э

ri3 J ’

 

' ІЭ

cos!2ß1cos61 ’

Гзэ

cosz ß2cosâ2

где а — угол зацепления (для рулевых механизмов автомобилей КрАЗ-214 а = 26° 34'); Е — модуль упругости второго рода [для сталей Е = 200 ГПа (2- ІО6 кгс/см2)]; г1э, г2э — эквивалентные начальные радиусы червяка и сектора.

468