Расчетные нагрузки в рулевом управлении

В силовом расчете рулевого управления определяются следующие усилия: необходимое для поворота управляемых колес на месте, развиваемое цилиндром усилителя при его наличии, на рулевом колесе при работающем и неработающем усилителе, на рулевом колесе со стороны реактивных элементов распределителя, на управляемых колесах при торможении. на отдельных деталях рулевого управления.

Наибольшие значения усилий достигаюся при повороте управляемых колес неподвижного автомобиля. В движении эти усилия значительно меньше. Поэтому расчет ведется для режима поворота управляемых колес для автомобиля, стоящего на горизонтальном сухом асфальто-бетонном покрытии. Расчетная схема к определению момента сопротивления повороту приведена на рис. 9.24.

Рис. 9.24. Расчетная схема к определению момента сопротивления повороту

Усилие, необходимое для поворота автомобиля для вышеизложенного расчетного условия, определяется исходя из суммарного момента М_∑ на цапфах управляемых колес:

М_∑ = М_f + М_φ + М_β + М_γ , (9.31)

где М_f – момент сопротивления перекатыванию колес при их повороте вокруг оси шкворня;

М_φ – момент сопротивления боковому скольжению шин при повороте колес;

М_β , М_γ - мометы сил, затрачиваемых на подъем передней части автомобиля при повороте колес вокруг оси шкворня с учетом углов его продольного γ и поперечного β наклона.

Эти силы определятся из следующих выражений:

М_f = f G₁ r_f = f G₁ [l – πr₀(λ + β)/180]; (9.32)

М_φ = φ₀ G₁r_φ; (9.33)

М_β = 0,5 G₁ r_f sinβ(sinθ_Н + sinθ_В) ≈ G₁ r_f sinβ sinθ (9.34)

М_γ ≈ - G₁r₀sin²γ sinθ, (9.35)

где G₁ – нагрузка на передние колеса;

f – коэффициент сопротивления качению; принимается f = 0,018;

φ₀ - коэффициент сцепления при повороте колеса на месте; принимается в расчетах φ = 0,8…0,9;

r₀ – расчетный радиус колеса;

r_f – радиус обкатки колеса вокруг оси шкворня (рис. 9.24);

r_φ – плечо силы трения скольжения относительно центра отпечатка колеса; значение этого радиуса может быть определено из выражения: r_φ = 0,5 ;

r_c – свободный радиус колеса; при r₀ = 0,96 r_c можно принять r_φ = 0,14 r_c;

l – длина цапфы;

λ – угол развала колес;

γ – угол продольного наклона шкворня (оси поворота);

β - угол поперечного наклона шкворня (оси поворота);

θн и θ_В – углы поворота наружного и внутреннего колес в град;

θ – средний угол поворота колес; θ = .

С большой степенью точности суммарный момент сопротивления повороту управляемых колес может быть определен с помощью эмпирической зависимости:

М_∑ = 10^-3φ₀ /3 , (9.36)

где p_ш – давление воздуха в шине.

Усилие на рулевом колесе, необходимое для поворота автомобиля в данных условиях, определится из зависимости:

Р_рк = М_∑/(R_ркu_руη_ру), (9.37)

где R_рк – радиус рулевого колеса.

Полученное значение Р_рк сравниваетс с допустимым на рулевом колесе, которое принимаетсяравным [P_рк] = 250Н. Если расчетное значение Р_рк> [P_рк]. то на автомобиле непременно устанавливается рулевой усилитель. Расчетные усилия для расчета деталей рулевого управления на прочность принимаются для легковых автомобилей Р_рк = 400Н, для грузовых автомобилей Р_рк = 700Н.

В существующих конструкциях рулевых управлений с усилителем поворот управляемых колес на месте осуществляется без особых усилий на рулевом колесе. Уилие на штоке гидроцилиндра может быть определено из формулы:

P_шт = М_∑/(l_рu_р), (9.38)

где l_р – плечо рычага гидроцилиндра;

u_р- передаточное число рычагов, расположенных между штоком цилиндра и управляемыми колесами.

При торможении автомобиля на переднее колесо может действовать максимальная тормозная сила

Р_Т = 0,5G₁k_Zφ, (9.39)

где k_Z - коэффициент динамического перераспределения нагрузки между мостами; k_Z = 1,15…1,2.

Нагрузки, действующие на детали рулевого управления, зависят от места установки гидроцилиндра. детали, расположенные между рулевым колесом и гидроцилиндром, нагружаются силой Р_рк, приложенной водителем к рулевому колесу. Детали, расположенные между гидроцилиндром и управляемыми колесами, рассчитываются по усилию P_шт.