Расчет рулевого привода

В рулевом приводе производится расчет вала сошки,сошки, продольной и поперечной тяг, поворотный рычаг и рычаги поворотных цапф.

Вал рулевой сошки рассчитывается на напряжение кручения:

- при отсутствия усилителя руля-

τ_кр = ; (9.51)

- при совмещении гидроцилиндра усилителя и рулевого механизма-

τ_кр = . (9.52)

Вал рулевой сошки изготавливают из легированной стали марок 30, 18ХГТ, 20ХН3А. Допускаемые напряжения на кручение [τ_кр] = 300…350Мпа.

Рулевая сошка рассчитывается на изгиб и кручение в опасном сечении А-А.

Рис. 9.26. Расчетная схема рулевой сошки: А-А, Б-Б-опасные сечения; 1 – палец продольной тяги, 2 - сошка

Максимальное усилие на шаровом пальце от действия продольной тяги при отсутствии гидроусилителя руля равно

P_сош = (9.53)

максимальное усилие на шаровом пальце от действия продольной тяги при совмещении гидроцилиндра усилителя и рулевого механизма, равно

P_сош = + . (9.54)

Напряжение изгиба и кручения в сечении А-А:

- напряжение изгиба при отсутствии гидроусилителя руля-

σ_из = = ; (9.55)

- напряжение изгиба при совмещении гидроцилиндра усилителя и рулевого механизма –

σ_из = = + ; (9.56)

- напряжение кручения в сечении А-А при отсутствии гидроусилителя руля-

τ_кр = = ; (9.57)

- напряжение изгиба в сечении А-А при наличии усилителя, совмещенного цилиндра и рулевого механизма –

τ_кр = = + ; (9.58)

где l₁ – расстояние между осями вала сошки и шарового пальца (рис.9.26);

l₂, l₃ – плечи действия силы при изгибе и кручении (рис.9.26).

Рулевые сошки изготавливаются из сталей марок 30, 18ХГТ. Допускаемые напряжения изгиба [σ_из] = 150…200МПа, допускаемые напряжения кручения [τ_кр] = 60…80МПа.

Шаровый палец 1 крепления продольной тяги к рулевой сошке 2 (рис.9.26) рассчитывается на изгиб и срез в опасном сечении Б-Б и на смятие поверхности контакта с сухарями.

Напряжение изгиба

σ_из = ; (9.59)

напряжение среза

σ_ср = ; (9.60)

напряжение смятия

σ_см = , (9.61)

где е – плечо изгиба пальца;

d_п, d_г – диаметры пальца и головки.

Шаровые пальцы продольной и поперечной тяг рассчитываются аналогично с учетом действующих на каждую из них нагрузок и размеров.

Шаровые пальцы изготавливают из стали марок 40Х, 20ХН№А. Допускаемы напряжения изгиба [σ_из] = 300...400МПа, среза [σ_ср]= 25…35МПа и смятия [σ_см]= 25…35МПа.

Продольная рулевая тяга рассчитывается на сжатие и прдольный изгиб по усилию P_сош (9.53) и (9.54). Напряжение сжатия определяется выражением

σ_сж = = , (9.62)

где F_T - площадь сечения рулевой тяги;

d_Tн, d_Tв – наружный и внутренний диаметры трубы продольной тяги.

Критическое напряжение при продольном изгибе можно определить по формуле:

σ_кр = , (9.63)

где Е – модуль упругости 1-го рода;

I = π( - момент инерции сечения тяги;

l_T – длина продольной тяги.

Размеры рулевой тяги должны быть выбраны так, чтобы запас устойчивости

δ_уст = = (9.64)

не был меньше допустимого значения [δ_уст] =1,5…2,5.

Продольные рулевые тяги изготавливают из стали марок 20 и 35.

Поперечная рулевая тяга рассчитывается на сжатие и продольный изгиб (9.62). (9.63) и (9.64) по силе нагрузки

P_пт = , (9.65)

где l_пр, l_р – длины плеч поворотного рычага и рычага поворотного кулака (рис. 9.27).

Поворотный рычаг рассчитывается на изгиб и кручение по моментам: изгибающему

M_из = P_сош l_пр и крутящему М_кр = P_сош l_р.

Напряжения изгиба и кручения

σ_из = и τ_кр = .

Поворотный рычаг изготавливают из стали марок 30, 35, 40. Допускаемые значения изгиба и кручения состаляют [σ_из] =150МПа, [τ_кр] = 60…80МПа.

Рис. 9.27. Схема для расчета поперечной тяги и рулевых рычагов

Рычаги поворотных цапф(рис. 9.27) рассчитывают по силеP_ПТ (9.65) на изгиб и кручение с определением напряжений:

σ_из = и τ_кр = .

Рычаги поворотных цапф также изготавливают из стали марок 30, 35, 40. Допускаемые значения изгиба и кручения состаляют [σ_из] =150МПа, [τ_кр] = 60…80МПа.

Вопросы для самопроверки.

1. Назначение рулевого управления, его механизма и рулевого привода.

2. Какие требования предъявляются к рулевому управлению?

3. Какими параметрами оценивают рулевое управление автомобилей?

4. Что такое силовое и кинематическое передаточные числа рулевого управления?

5. Что такое прямой и обратный КПД рулевого управления?

6. Что такое предел обратимости привода?

7. Почему значение обратного КПД должно быть выше предела обратимости?

8. Почему зазор в кинематических звеньях рулевого управления при нейтральном положении управляемых колёс должен быть минимальным?

9. Какие нормативные требования заложены в расчёт сопротивления повороту управляемых колёс?

10. Почёму центр шарового пальца сошки должен перемещаться в плоскости, параллельной продольной плоскости автомобиля, и при нейтральном положении сошки должен совпадать с центром качания колеса на упругом элементе подвески?

11. Как связана конструкция рулевой трапеции с типом подвески управляемой оси?

12. Из каких материалов изготавливают основные детали рулевого привода?

13. Какие бывают конструкции рулевых механизмов?

14. Какую характеристику должен иметь рулевой механизм, чтобы обеспечивалась высокая точность вождения автомобилей на прямолинейных участках пути?

15. Чем вызывается необходимость установки усилителя в рулевом приводе?

16. Порядок расчёта рулевого управления.

17. Какие параметры выбираются для рулевых управлений по нормативным требованиям, а какие должны быть получены расчётом?

18. Какими конструктивными способами повышают безопасность элементов рулевого управления?

19. Какие нормативные требования предъявляются к рулевым управлениям повышенной безопасности?