4 Расчет червячного рулевого механизма
После выбора необходимых параметров производится непосредственный расчет рулевого механизма.
Число зубьев червячного колеса находится по формуле:
z2=z1uм=1∙20=20 (4.1)
где z2 – число зубьев червяка;
z1 – число витков (заходов) червяка;
uм – передаточное отношение.
Передаточное число рулевого привода (отношение плеч рычагов)
(4.2)
где 1с – длина плеча рулевой сошки;
lр – длина плеча рычага поворотного кулака.
Оба плеча переменны по углу поворота, следовательно, Uп - переменно. Uп = 0,85.. .1,1 (до 2,0 у грузовых автомобилей).
Полученное значение округляется до ближайшего целого числа; допускается изменение величины z2, после чего уточняется окончательное значение uм.
Передаточное число рулевого механизма определяется по формуле:
uм= uр.у./ uп, (4.3)
где uру – передаточное число рулевого управления; uп – передаточное число рулевого привода, принимается равным 1,25.
Минимальный радиус поворота двухосного автомобиля с жесткими передними управляемыми колесами
где нmax – максимальный угол поворота наружного управляемого колеса, град;
L – база автомобиля, м.
Нагрузки в рулевом управлении
Момент сопротивления повороту колес одной оси на месте
где Gк – нагрузка от управляемого колеса на опорную поверхность, Н;
- коэффициент сцепления;
Рш - давление воздуха в шине, МПа.
Усилие (расчетное) для поворота колеса на месте
где Rк – радиус рулевого колеса.
Полное число оборотов рулевого колеса от одного крайнего положения до другого – не более четырех, для тяжелых машин – до шести.
Усилие на рулевом колесе при повороте на месте должно находиться в пределах 6...40 кгс (60...400 Н); при движении по дороге с асфальтобетонным покрытием усилие не должно превышать 6 кгс (60 Н). Расчет рулевого управления может также производиться по условному расчетному усилию водителя Ру = 70 кгс (700 Н) – для грузовых автомобилей.
Рулевой вал нагружается моментом сил:
Напряжение кручения:
где
d
и D
– внутренний и наружный
диаметры рулевого вала.
[] = 100 МПа (1000 кгс/см2).
Угол закручивания в градусах на один метр длины
где G = 85 ГПа (850000 кгс/см2), < 5...8 °/м.
Материал вала – сталь 20.
Чрезмерная жесткость снижает демпфирующие свойства вала, малая жесткость ухудшает чувствительность рулевого управления.
Рабочая пара рулевого механизма глобоидальный червяк – ролик.
где Рх – осевое усилие на червяке;
F – площадь контакта одного гребня ролика с червяком;
n – число гребней ролика.
[] = 7…8 МПа.
Материал червяка – цианируемая сталь 30Х, 35Х, 40Х, 30ХН; материал ролика цементируемая сталь 12ХН3А, 15ХН.
Вал рулевой сошки.
Напряжение кручения при отсутствии встроенного усилителя:
где r – радиус приложения скручивающего усилия к рулевому валу
(например, радиус сектора);
d – диаметр вала сошки.
Материал вала сошки – сталь 30, 18ХТГ, 20ХН3А; [] = 300...350 МПа (3000...3500 кгс/см2).