1.5. Навантаження, що діють на вузли кермового керування. Встановлення необхідності використання підсилювача

Навантаження, що діють на вузли кермового керування, можна визначити двома шляхами:

• з боку керма, задаючись максимальним розрахунковим зусиллям на ньому;

• з боку керованих коліс за максимальним опором їх повороту на місці по сухій жорсткій опорній поверхні.

Другий шлях встановлення навантажень на вузли кермового керування, особливо на вузли кермового приводу та сошку, вважають доцільнішим. Момент опору повороту керованих коліс складається із моменту сили опору кочення колеса відносно осі шворня , моменту сили тертя ковзання по опорній поверхні , що виникає внаслідок різних віддалей елементів плями контакту шини від осі шворня, та стабілізуючого моменту

, (1.5.1)

де – коефіцієнт опору кочення, f = 0,015...0,018;  – коефіцієнт зчеплення, = 0,8; – навантаження на керовану вісь; – плече обкатки; b – усереднене плече дії сили ковзання; – поперечний та поздовжній кути нахилу шворня; – середні кути повороту внутрішнього та зовнішнього керованих коліс (приймають такими, що дорівнюють половині відповідних максимальних кутів повороту).

Плече обкатки визначається як:

,

де – довжина цапфи - віддаль від осі шворня до центра керованого колеса; - статичний радіус колеса, – розвал колеса, = 1...1,5⁰.

Усереднене плече дії сили ковзання

де – вільний радіус колеса.

У виконаних конструкціях = (0,07...0,15)( ), тому враховуючи це, можна використовувати спрощену формулу для розрахунку

. (1.5.2)

За розрахованим значенням моменту опору повороту керованих коліс визначаються тангенціальне зусилля на ободі керма F_к та відповідне йому зусилля на сошці F_c, що необхідне для створення цього моменту:

(1.5.3)

де – радіус керма ( = 190...210 мм для легкових автомобілів, = 220...275 мм – для вантажних автомобілів і автобусів); – довжина сошки.

Розраховане за формулою (1.5.3) навантаження на сошку F_c є статичним. Під час руху дорогою з нерівним мікропрофілем, коли виникають удари в керовані колеса, а також під час гальмування на дорозі з різними коефіцієнтами зчеплення під керованими колесами деталі кермового приводу та сошки сприймають динамічне навантаження, яке враховується коефіцієнтом динамічності . Конкретне значення коефіцієнта динамічності вибирають залежно від типу автомобіля та умов його експлуатації.

Розраховане за формулою (1.5.3) навантаження на кермі порівнюється із нормативними значеннями, встановленими для легкових та вантажних автомобілів, враховуючи умову забезпечення легкості керування. Якщо необхідне навантаження на кермі перевищує нормативні відповідні значення (150...200 Н – для легкових автомобілів і 400 Н – для вантажних автомобілів), то використання підсилювача кермового керування є обов’язковим. Інакше використання підсилювача не є обов’язковим, однак можливим з погляду підвищення комфортності та безпеки руху.

Під час розрахунку навантажень на елементи кермового керування за першим шляхом розрахункове навантаження визначається за максимально можливим тангенціальним зусиллям, яке може бути прикладене до ободу керма = = 500 Н. За відсутності підсилювача за цим зусиллям визначаються навантаження на всі елементи кермового керування. За наявності підсилювача розрахунок навантажень на елементи кермового керування повинен бути диференційованим.

Коли гідропідсилювач вмонтований в кермовий механізм, навантаження на всі силові елементи (за винятком кермового вала) формується з врахуванням їх розміщення під дією граничного зусилля на кермі і зусилля силового циліндра підсилювача при максимальному тискові робочої рідини . Коли силовий циліндр підсилювача розміщений в кермовому приводі, навантаження в елементах, розміщених між кермовим валом і силовим циліндром, визначають по , а в елементах, розміщених за силовим циліндром, – у разі одночасної дії зусиль . Максимальне зусилля, що створюється силовим циліндром гідропідсилювача, визначається як:

, (1.5.4)

де – ККД силового циліндра, = 0,95...0,96; – активна площа поршня силового циліндра; – максимальний тиск, що створюється гідронасосом підсилювача, = 5...7 МПа.