2.3Статический расчет

Кроме перечисленных параметров, для статического расчёта усилителя надо знать максимальное давление, развиваемое насосом гидроусилителя. Оно выбирается по конструктивным соображением.

На величину момента, необходимого для поворота управляемых колес в той или иной степени, влияют следующие величины:

1. нагрузка на колеса;

2. коэффициент трения шины о дорогу;

3. размер и форма отпечатка шины на дороге, которые определяются давлением в шинах и конструкцией шины;

4. боковая жесткость шины;

5. радиус поворота управляемых колес;

6. углы наклона шкворней и развала колес;

7. момент трения в шкворнях и рулевом приводе.

Диаметр рабочего цилиндра можно найти из условия равновесия всех сил, действующих на поршень-рейку (Рис. 2 .10):

где F_ос — окружное усилие на секторе, определяемом моментом сопротивления повороту управляемых колес; F_μ— сила трения поршня о стенки цилиндров; F_в— осевая сила давления на поршень от окружного усилия на рулевом колесе; F_ж— давление жидкости на поршень-рейку.

Таким образом,

,

,

,

,

гдеβ — угол подъема оси винтового канала, β = 10…15⁰; f — коэффициент трения поршня о стенки цилиндра, f = 0,02…0,06; α — угол зацепления зубьев сектора; d_в – диаметр винта, м; ρ'_к — приведенный угол трения в нарезке винта; r_ω – радиус начальной окружности сектора, м; η_рп – КПД рулевого привода; р_max – максимальное давление в силовом цилиндре усилителя, Па; u_срп – силовое передаточное число рулевого привода; F_рк – усилие на ободе рулевого колеса прилагаемое водителем, Н. Подставив значение сил в выражение и решив его относительно ,получим:

Рис. 2.10. Схема сил действующих на поршень-рейку

.

Приведенный угол трения в нарезке винта находим по формуле:

,

где f — коэффициент трения сталь-сталь, f = 0,05…0,1.

Силовое передаточное число рулевого привода u_срп равно от­ношению момента сопротивления поворотуМ_Σ1управляемых колес к моменту М_сна валу сошки. Для рулевого привода (Рис. 2 .11) практическое значение имеет величина u_срп соответствующая началу поворота колес из правого крайнего положения в левое. В этом случае рычаги и тяги занимают положения, соответствующие штриховым линиям. Момент на валу сошки:

,

гдеl'_пр, l'_с, m'_л, m'_п– активные длины соответственно поворотногорычага, сошки, левого и правого рычагов.

Рис. 2.11. Схема рулевого привода: 1 — сошка; 2 и 4— тяги соответственно продольная и поперечная; 3,5— рычаги соответственно поворотной цапфы, рулевой трапеции.

Силовое передаточноечисло рулевогопривода:

.

Другим способом расчет основных параметров рулевого привода с усилителем можно выполнить полуэмпирическую формулу В.Е. Гуха:

где: G₁ – вес приходящийся на управляемую ось;

– коэффициент трения шин о дорогу;

_. – КПД рулевого привода;

Р_ш – давление в шинах.

Величину усилия , которую водитель должен приложить к ободу рулевого колеса, чтобы повернуть управляемые колеса на месте, можно выбрать из указанных выше соображений. Это усилие с учетом к.п.д. рулевого механизма и рулевого привода центрирующие элементы создает, момент на поворотных кулаках управляемой оси определяется по формуле:

где: — радиус рулевого колеса;

— общее передаточное отношение рулевого управления;

— общий КПДрулевого механизма, (с учетом трения во всех звеньях до поворотного кулака).

Работа, совершаемая усилителем:

где: —КПД силового цилиндра усилителя;

— средний угол поворота управляемых колес из одногокрайнего положения в другое.

Рабочий объем силового цилиндра определяем по формуле:

где: - максимальное давление развиваемое насосом гидроусилителя, МПа.

Диаметр силового цилиндра определяем по формуле:

где: - ход поршня, мм;

- диаметр штока поршня силового цилиндра, мм.

Полученное значение диаметра силового цилиндра округляют до ближайшего большего целого числа, кратного пяти.

Чтобы гарантировать самовозврат колес в нейтральное положение, осевое усилие Т на шариковую гайку принимается равным 50…100 кг. Усилие водителя, необходимое для сжатия центрирующих пружин:

где: b - приведенное плечо реактивной силы относительно оси рулевого колеса, мм;

h - шаг винта рулевого механизма, мм;

– КПД рулевого механизма.

Определение площади реактивных плунжеров

Определение усилия, необходимого для включения гидроусилителя при повороте вправо:

При повороте влево:

где: F- активная площадь поршня силового цилиндра.