Автомобили. Проектирование и расчет рулевых управлений: Учебно-методическое пособие

Страницы работы

Содержание работы

А. А. Енаев

Проектирование и расчет

рулевых управлений

Братск 2004

1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ РУЛЕВЫХ УПРАВЛЕНИЙ…………………………………….

2. НАЗНАЧЕНИЕ, ТРЕБОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ…

3. ВЫБОР СПОСОБА ПОВОРОТА АВТОМОБИЛЕЙ………

4. ВЫБОР СХЕМЫ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ…………….

5.1. Назначение, требования, классификация…………….

5.2. Оценочные параметры рулевого механизма…………..

5.3. Выбор типа рулевого механизма……………………….

5.4. Материалы, используемые для изготовления рулевых механизмов………………………………………………….

6.1. Назначение, требования, классификация…………….

6.2. Оценочные параметры рулевого привода……………..

6.3. Выбор типа рулевого привода………………………….

6.4. Материалы, используемые для изготовления рулевых приводов………………………………………………………

7. УСИЛИТЕЛИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ………………..

7.1. Назначение, требования, классификация…………….

7.2. Оценочные параметры усилителя рулевого управления…………………………………………………………….

7.3. Выбор схемы компоновки усилителей……………….

7.5. Материалы, используемые для изготовления усилителей насосов………………………………………………….

8. РАСЧЕТ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ…………………….

8.1. Кинематический расчет рулевого привода…………….

8.2. Передаточное число рулевого управления…………….

9. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ……….

9.1. Усилие на рулевом колесе………………………………

9.2. Усилие, развиваемое цилиндром усилителя…………..

9.3. Усилие на колесах при торможении………………….

9.4. Усилия на поперечной и продольной тягах……………

10. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ……………

11. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ..

11.1. Расчет рулевых механизмов………………………….

11.2. Расчеты рулевых приводов……………………………

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………….

1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И РАСЧЕТУ РУЛЕВЫХ УПРАВЛЕНИЙ

Проектирование и расчет рулевых управлений является одной из составных частей курсового проекта по дисциплине «Автомобили».

На первом этапе курсового проектирования необходимо выполнить тяговый расчет и исследовать эксплуатационные свойства автомобиля, используя методические указания «Автомобили. Общие положения. Тяговый расчет» и затем приступить, в соответствии с заданием, к проектированию и расчету агрегата или системы шасси автомобиля.

При проектировании и расчете рулевых управлений необходимо подобрать рекомендуемую литературу, внимательно ознакомиться с данным пособием. Последовательность работы по проектированию и расчету рулевых управлений такова:

1. Выбрать способ поворота автомобиля, схему рулевого управления, тип рулевого механизма, схему компоновки усилителя (если он необходим).

2. Выполнить кинематический расчет, силовой расчет, гидравлический расчет усилителя (если в рулевом управлении предусматривается установка усилителя).

3. Выбрать размеры деталей и выполнить прочностной расчет.

В настоящем учебно-методическом пособии подробно изложено, как выполнить все эти виды работ.

2. НАЗНАЧЕНИЕ, ТРЕБОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Рулевое управление – это совокупность устройств, служащих для поворота управляемых колес автомобиля при воздействии водителя на рулевое колесо и состоящее из рулевого механизма и привода (рис. 1).

Рулевой механизм – это часть рулевого управления от рулевого колеса до рулевой сошки, а рулевой привод включает детали от рулевой сошки до поворотной цапфы.

Рис. 1. Схема рулевого управления:

1 – рулевое колесо; 2 – рулевой вал; 3 – рулевая колонка; 4 – редуктор; 5 – рулевая сошка; 6 – продольная рулевая тяга; 7 – поворотная цапфа; 8 – рычаг поворотной цапфы; 9 – боковой рычаг; 10 – поперечная тяга

К рулевому управлению предъявляются следующие требования:

1) обеспечение высокой маневренности автотранспортных средств, при которой возможны крутые и быстрые повороты на сравнительно ограниченных площадях;

2) легкость управления, оцениваемая величиной усилия, прикладываемого к рулевому колесу.

Для легковых автомобилей без усилителя при движении это усилие составляет 50. 100 Н, а с усилителем – 10. 20 Н. Для грузовых автомобилей усилие на рулевом колесе регламентируется: 250. 500 Н – для рулевого управления без усилителя; 120 Н – для рулевого управления с усилителем;

3) качение управляемых колес с минимальным боковым уводом и скольжением при повороте автомобиля;

4) точность следящего действия, в первую очередь кинематического, при котором любому заданному положению рулевого колеса будет соответствовать вполне определенная заранее рассчитанная кривизна поворота;

Источник

Проектирование и расчет рулевого управления автомобиля

Момент сопротивления повороту управляемых колес. Усилие на рулевом колесе для поворота на месте. Силовое передаточное число рулевого управления. Усилие, передаваемое шестерней на зубчатую рейку. Крестовина карданного шарнира неравных угловых скоростей.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ижевский государственный технический университет

Чайковский технологический институт (филиал ИжГТУ)

Кафедра АТ

Курсовой проект

«Проектирование и расчет рулевого управления автомобиля»

Проверил: ст. преподаватель

1. Исходные данные для проектирования

2. Момент сопротивления повороту управляемых колес

3. Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

4. Силовое передаточное число рулевого управления

5. Усилие, передаваемое шестерней на зубчатую рейку

8. Шаровой палец рулевого наконечника

9. Крестовина карданного шарнира неравных угловых скоростей

1. Исходные данные для проектирования

колесо рулевой шестерня карданный

— Предполагаемая марка автомобиля ИЖ 2126

— Разрешенная максимальная масса автомобиля, кг =1380

— Размерность шин 175/70 R13

— Допустимый суммарный люфт рулевого колеса, 0 10

— Допустимое усилие на рулевом колесе, Н 400

— База автомобиля, мм L=2470

— Минимальный радиус поворота автомобиля,м 5,25

— Диаметр рулевого колеса, мм

Передаточное число рулевого механизма 20,3

— КПД рулевого управления

— начальный радиус шестерни, мм 11,1

— радиус шестерни, мм 15

— коэффициент сцепления при повороте колеса на месте =0,95

2 Момент сопротивления повороту управляемых колес

3. Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

4. Силовое передаточное число рулевого управления

где момент приложенный на рулевом колесе, Н м

Для управления автомобилем нет необходимости устанавливать рулевой усилитель т.к. передаточное число рулевого управления имеет не большое значение.

5. Усилие, передаваемое шестерней на зубчатую рейку

Рулевой вал (полый) нагружается моментом:

Напряжение кручения полого вала:

-внутренний диаметр вала, м

Сила вызывает напряжение сжатие и продольный изгиб тяги

Критическое напряжение при продольном изгибе

где L- длина тяги, м

E-продольный модуль упругости, МПа

— момент инерции сечения тяги

8. Шаровый палец рулевого наконечника

Напряжение среза при площади сечения шарового пальца у основания:

9. Крестовина карданного шарнира неравных угловых скоростей

Рисунок 1 Расчетная схема карданного шарнира неравных угловых скоростей

Напряжение изгиба шипа крестовины:

— условие напряжения изгиба крестовины выполняется.

Напряжение среза шипа крестовины:

— условие напряжения среза крестовины выполняется

Напряжение крестовины на разрыв в прямоугольном сечении А-А площадью F:

условие напряжения на разрыв крестовины выполняется.

1. Вахламов В.К. Техника автомобильного транспорта: Подвижной состав и эксплуатационные свойства: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: «Академия», 2004. 528 с.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для машиностроительных специальных вузов. М.: Высшая школа, 1985. 416 с., ил.

4. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкции, элементы расчета. М: Машиностроение, 1979. 557 с.

5. Оформление пояснительной записки и графической части курсовых и дипломных проектов. Методические указания. В.М. Пономарёв, О.И. Горбунова, г. Чайковский. ЧТИ (филиал) ИжГТУ, 2003. 99 с.

6. В.Ф. Яркеев. Методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» по дисциплине «Автомобили» Часть 2.

1. Объект и время исследования

Наша группа проводила исследование нерегулируемого перекрестка улицы Карла Маркса и улицы Кабалевского на территории города Чайковский

Сема перекрестка представлена на рисунке 1. Для исследования были выбраны 4 направления.

Рисунок 1 Схема перекрестка улицы Карла Маркса и улицы Кабалевского

Исследования проводились в интервале следующих часов наблюдения:

Исследования занесены в таблицу 1

Таблица практических данных за 1 час наблюдения

Вид транспортных средств

Число легковых автомобилей NЛ

Число грузовых автомобилей NГ (массой до 3,5 тонн)

Источник

Как отмечалось выше, изменение направления движения поворотом управляемых колес наиболее распространенно поэтому в данном пособии рассматривается расчет рулевого управления именно этим способом. При выполнении расчета рулевых управлений, осуществляющих изменение направления движения другими вышеперечисленными способами, необходимо обращаться к литературным источникам.

4. ВЫБОР СХЕМЫ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Схемы рулевых управлений с управляемыми колесами одной передней оси (рис. 6) сравнительно просты. Некоторое усложнение их связано с увеличением числа сборочных единиц в рулевом приводе с целью согласования поворотов и перемещений колес с кинематическими характеристиками подвесок. При использовании независимых подвесок количество сборочных единиц в рулевом управлении по сравнению с рулевым управлением простейшей схемы (см. рис. 6, а) возрастает на 10. 15 %, а шарнирных соединений – в 1,1. 2 раза.

Схема рулевого управления выбирается исходя из компоновочной схемы автомобиля; типа передней подвески; колесной формулы; размеров базы, колеи; нагрузки, приходящейся на управляемые колеса.

При выборе схемы рулевого управления необходимо также провести сопоставительный анализ рулевых управлений автомобилей данного класса и уже затем окончательно принимать решение по выбору схемы рулевого управления.

Рис. 6. Схемы рулевых управлений:

а – с задней неразрезной трапецией; б – с разрезной трапецией и маятниковым рычагом; в – с реечным рулевым механизмом; г – с разрезной трапецией и двумя маятниковыми рычагами; д – с расчлененным рулевым валом; е – с передней неразрезной трапецией; ж – с разрезной трапецией и двумя маятниковыми рычагами, направленными назад; з – с разрезной трапецией и одним маятниковым рычагом; и – с неразрезной трапецией и объединенным рулевым усилителем; к – с неразрезной трапецией и раздельным рулевым усилителем

5. РУЛЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ

5.1. Назначение, требования, классификация

Рулевой механизм предназначен для увеличения крутящего момента, прикладываемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу. Он состоит в общем случае из рулевого колеса 1, рулевого вала 2, рулевой колонки 3 и редуктора 4 (см. рис. 1).

Рулевой механизм должен отвечать следующим требованиям:

1) быть обратимым, чтобы не препятствовать стабилизации управляемых колес;

2) иметь высокий КПД для облегчения поворота;

3) иметь минимальное число регулировок;

4) обеспечивать минимальный зазор в среднем положении вала сошки, соответствующем прямолинейному движению автомобиля;

5) обеспечивать необходимый характер изменения передаточного числа.

Рулевые механизмы классифицируются по следующим основным признакам:

1) по передаточному числу (с постоянным передаточным числом, с переменным передаточным числом);

2) по числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые);

3) по обратимости (обратимые, на пределе обратимые);

4) по конструктивным параметрам (червячные, винтовые, кривошипные, шестеренчатые).

5.2. Оценочные параметры рулевого механизма

Оценочными параметрами рулевого механизма являются:

— прямой и обратный КПД;

— величина зазора в зацеплении.

Одним из основных оценочных параметров является передаточное число, которое определяется отношением элементарных углов поворота рулевого колеса и вала сошки dW:

.

Закон изменения передаточного числа должен быть таким, чтобы максимальное передаточное число в начале поворота уменьшалось к концу поворота. На рис. 7 показан рациональный закон изменения передаточного числа рулевого механизма u_РМ по углу поворота рулевого колеса Q.

Рис. 7. Рекомендуемое изменение передаточного числа рулевого механизма

Статистические данные показывают, что основную часть поворотов составляют повороты с небольшими отклонениями колес от положения, соответствующего прямолинейному движению. Большое передаточное число в области сравнительно малых углов поворота рулевого колеса Q (до 120°) обеспечивает легкость и точность управления. Сравнительно малое передаточное число при больших значениях углов Q улучшает маневренность автомобиля.

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТ РУЛЕВОГО ПРИВОДА

Рулевой привод, как это было показано выше, представляет собой систему тяг и рычагов, соединенных шарнирно или неподвижно. Он служит для передачи усилия от сошки на поворотные кулаки (цапфы) и осуществляет заданную зависимость между углами поворота управляемых колес. Последнюю задачу выполняет часть привода, которую называют рулевая трапеция.

При зависимой подвеске управляемых колес (рис.4-а) рулевой привод состоит из сошки, насаженной на вал рулевого механизма, продольной рулевой тяги, поворотного рычага и рулевой трапеции (два рычага и поперечная тяга). При этом, располагая рулевой механизм, необходимо выполнить два требования:

1. чтобы конец сошки (центр ее шарнира) при повороте рулевого механизма перемещался в плоскости, параллельной продольной плоскости автомобиля;

2. чтобы при нейтральном положении сошки (при прямолинейном движении автомобиля) цент ее шарнира совпадал с центром качания колеса (левого) на упругом элементе подвески.

Соблюдение этих требований исключает возникновение угловых колебаний управляемых колес вокруг шкворней при вертикальных ходах подвески во время прямолинейного движения автомобиля.

При независимой подвеске управляемых колес (рис. 4-б) поперечная тяга рулевой трапеции выполняется расчлененной на три шарнирно связанные части: средняя (собственно поперечная) тяга и две боковые тяги. При этом шарниры 10 должны находиться на продолжении осей качания поперечных рычагов подвески, что исключает угловые колебания управляемых колес вокруг шкворней при вертикальных ходах подвески во время прямолинейного движения автомобиля. Правильное положение указанных выше тяг расчлененной трапеции обеспечивается сошкой и маятниковым рычагом, расположенными симметрично относительно продольной плоскости автомобиля.

Основной задачей кинематического расчета рулевого привода является определение оптимальных параметров рулевой трапеции (обеспечение требуемого соотношения углов поворота управляемых колес вокруг шкворней). При проектировании привода, на первом этапе, считают, что оси шкворней вертикальные, а шины колес – жесткие.

Траектории качения всех колес на повороте должны иметь единый мгновенный центр (т.О), чтобы исключить их боковое скольжение. (см. рис. 2). Для выполнения этого условия должно соблюдаться условие:

,

где В₁ – шкворневая колея; L_а – база автомобиля.

Это выражение называют уравнением котангенсов. Геометрия рулевого привода, определяемая этим уравнением, называется геометрией рулевого управления типа Аккерман.

В связи с боковой (поперечной) эластичностью шин добиться идеальной схемы поворота автомобиля, изображенной на Ошибка! Источник ссылки не найден.-а, невозможно. На практике центр поворота автомобиля – т. О находится на некотором расстоянии L¹La, за счет разной «поворачиваемости» автомобиля, связанной с уводом эластичных шин передней и задней осей,.

Для поворота автомобиля с эластичными шинами уравнение котангенсов будет иметь тот же вид, но вместо будет L.

Чем ближе к единице, тем совершеннее поворот.

Из треугольника ОАВ (рис. 2-а) выразим:

.

Тогда: ,

.

Расчетными параметрами рулевой трапеции являются (рис.1):

– В₁ – шкворневая колея,

– n– расстояние между центрами шарниров трапеции,

– m– длина рычагов поворотных кулаков (цапф).

Рис.1. Расчетные параметры рулевой трапеции и зависимость Х от B1/Lа при y, равном, соответственно: 1.– y = 0,12; 2. – y = 0,14; 3. – y = 0,16.

При проектировании трапеции для получения оптимального соотношения углов поворота управляемых колес должно быть выдержано условие:

База автомобиля – L_а, известна из компоновки автомобиля. Шкворневую колею (В₁) находят из компоновочных соображений по чертежу управляемого моста. Затем, вычислив отношение B₁/L_а, по графику на рис. 5 находят три значения коэффициента Х для соответствующих значений коэффициента . Очевидно, что значения коэффициента y будут влиять на компоновочную ситуацию в зоне переднего моста. Поэтому предварительно просчитывают три варианта.

После этого, для каждого значения Х вычисляют значения параметров трапеции:

;

;

.

Если компоновочные условия позволяют разместить рулевую трапецию перед управляемым мостом, то длина поперечной тяги (n) должна быть больше шкворневой базы, т. е.:

.

Затем для ряда последовательных значений графически определяют величины и вычисляют коэффициенты . После этого на одном графике строят три кривые зависимости от и прямую:– .

К окончательной проработке принимают тот вариант трапеции, у которого, для наиболее часто используемых при эксплуатации углов поворота управляемых колес, линия, выражающая на графике зависимость , находится ближе к прямой .

Очевидно, что максимальные углы поворота управляемых колес, во время эксплуатации используются достаточно редко и при небольших скоростях движения, поэтому указанное выше условие выбора варианта трапеции следует применять для небольших углов поворота управляемых колес.

При высокой поперечной эластичности шин форма трапеции приближается к прямоугольнику. Но в общем случае, для нормальной работы рулевого привода максимальное значение углов поворота управляемых колес ограничивается условием: .

После принятия решения выполняют схематическую компоновку рулевого привода для определения размеров и расположения в пространстве сошки, тяг и рычагов, необходимых для вычисления передаточных чисел привода. При этом необходимо стремиться к симметричности крайних положений сошки относительно нейтрального и к равенству передаточных чисел привода при повороте колес как направо, так и налево. Это условие обычно выполняется, если углы между сошкой и продольной тягой и между тягой и поворотным рычагом в крайних положениях приблизительно одинаковые.

При необходимости, может быть выполнен графический анализ правильности принятого решения. Суть графического анализа рулевого привода (рис. 0.) заключается в построении нескольких положений продольных рычагов и поперечной тяги при повороте управляемых колес, и анализе положений связанных с ними точек относительно теоретической линии MF.

Вначале угол d_I поворота рычага трапеции внутреннего переднего колеса (1) (на рисунке справа) с соответствующим шагом отклонения изображают от начального положения рулевого рычага, рис. 0.. Затем от шарнира этого рычага проводят дуговую заметку с радиусом, равным длине поперечной рулевой тяги.

Эта дуга пересекает дугу радиуса, равного длине продольных рычагов трапеции, проведенную из оси шкворня наружного колеса, определяя соответствующий угол d₀ поворота наружного переднего колеса. При изображении углов d_i поворота внутреннего переднего колеса и соответствующих углов d₀ поворота наружного переднего колеса, от линии передней оси их не общие стороны будут пересекаться в точках O_1, O_2, O₃ на кривой погрешностей как это показано на рис. 0..

Рис. 0. Кривая погрешности рулевой трапеции

Если геометрия рулевого управления отвечает уравнению котангенсов, то пересечение не общих сторон углов d_i и d₀ должны лежать на прямой линии MF, как это упоминалось раньше. Поэтому отклонение кривой, последовательно соединяющей точки O_1, O_2, O₃, от линии MF является показателем погрешности геометрии рулевого управления в отношении критерия рулевой трапеции Аккермана. Геометрия рулевого управления с кривой погрешности, которая существенно отклоняется от линии MF, будет вызывать значительное трение шин при повороте. Это приведет к интенсивному износу шин и увеличению усилия на рулевом колесе для поворота.

Этот графический метод является приемлемым только для рулевых систем с неразрезной трапецией, которая обычно используется на транспортных средствах с передней зависимой подвеской.

Для машин с передней независимой подвеской система рулевых тяг будет более сложной, и использование этого метода или потребует дополнительных сложных построений, или станет просто невозможным.

Наличие боковой эластичности шин оказывает существенное влияние на поведение автомобиля при маневрировании (на соотношение реальных углов поворота левого и правого управляемых колес и положение мгновенного центра поворота автомобиля). Но это требует более серьезных исследований, методика которых приводится в специальной литературе.

Источник