2454
.pdf
31
3.сравнить максимальные моменты, закручивающие полуось при прямолинейном движении и на повороте по формулам (55) и (56);
4.сравнить фактические и предельные значения напряжений в полуоси и главной передаче. Сделать вывод об их надежности и прочности.
4.4Контрольные вопросы
1.В чем основное отличие гипоидной передачи от обычной конической?
2.Почему размеры гипоидной шестерни отличаются от размеров обычной конической при равном передаточном числе главной передачи?
3.Укажите основные достоинств гипоидных передач по сравнению с обычными коническими.
4.Одинаковы ли окружные силы на зубьях шестерен гипоидной пере дачи?
5.Укажите максимальный допустимый угол закрутки полуоси?
6.От чего зависят угол закрутки полуоси и напряжения ее кручения?
7.По каким случаям нагружения рассчитывается полуось?
8.Как рассчитываются шестерни главной передачи?
5 Испытание рулевого управления
Лабораторная работа № 5
Цель работы:
•анализ кинематики рулевого привода;
•построение графика зависимости углов поворота управляемых колес;
•определение передаточных чисел рулевого управления;
•определение прямого и обратного КПД управления.
5.1Теоретический анализ
Рис. 5.1 Схема кинематики поворота автомобиля
32
5.1.1 Для чистого (без скольжения) качения колес на повороте необходимо, чтобы оси колес пересекались в одной точке О, являющейся центром поворота автомобиля. В этом случае между углами поворота колес существует зависимость
ctgβ2 − ctgβ1 |
= |
OD − oc |
= |
A |
, |
(67) |
L |
|
|||||
|
|
|
L |
|
||
где β1 и β2 - соответственно углы поворота левого и правого колес; |
|
|||||
L - база автомобиля, м; |
|
|
|
|
|
|
A - шкворневая колея, м. |
|
|
|
|
|
|
Произведя на стенде замер величин β1, |
β2 , L, A, проверяется спра- |
|||||
ведливость зависимости (67).
На стенде производятся замеры величин αш - углов поворота рулевого колеса ( штурвала ) и β1 и β2 - углов поворота цапф управляемых колес, после чего строится график рис. 5.1.
5.1.2 В рулевом управлении различают два передаточных числа - угловое U у и силовое Uc .
Угловое передаточное число определяется отношением угла поворота штурвала к среднему углу поворота управляемых колес
U y |
= |
α |
ш |
=U мUпр |
, |
|
||
β1 |
+ β2 |
(68) |
||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
2
где U м - передаточное число рулевого механизма; Uпр - передаточное число рулевого привода;
lр - плечо рулевого рычага цапфы, м;
lс - плечо сошки, м.
33
Рис. 5.2 Зависимость углов поворота управляемых колес β1 и β2 от угла поворота рулевого колеса αш
Рис. 5.3 Схема рулевого управления автомобиля
Силовое передаточное число представляет отношение момента сопротивления повороту управляемых колес к моменту на рулевом колесе
U |
|
= |
Мц |
= |
Рца |
, |
|
|
c |
|
|
(70) |
|||||
|
|
М |
|
|
Р R |
|
||
|
|
|
ш |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ш ш |
|
|
|
34
где а - плечо обкатки или радиус поворота колес относительно оси шкворня (плечо силы Рц );
Rш - радиус рулевого колеса, м;
Рц - усилие на цапфе управляемого колеса, м;
Рш - окружное усилие на рулевом колесе, Н;
Мц - момент на цапфе колеса, Нм;
Мш - момент на рулевом колесе, Нм.
5.1.4Рулевые механизмы конструируются таким образом, чтобы они имели высокий прямой КПД ηру при передаче усилия от штурвала к сошке
инесколько меньший обратный КПД ηобр при передаче усилия от сошки к штурвалу. Обратный КПД характеризует степень обратимости рулевого механизма. При очень малом значении обратного КПД толчки и удары, воспринимаемые управляемыми колесами, гасятся силами трения в рулевом механизме и не доходят до рулевого колеса. Однако, при слишком низком обратном КПД затрудняется самовозврат рулевого колеса в среднее положение под действием стабилизирующих моментов. Исходя из этого для самовозврата рулевого колеса, а следовательно, облегчения труда водителя и определенного ограничения обратных ударов со стороны дороги, рулевые механизмы выполняются на пределе обратимости. Для руле-
вых механизмов типа глобоидальных червяк-ролик величина ηру = 0,77…0,92, а величина ηобр = 0,55…0,63.
Прямой КПД ηру рулевого управления можно определить из выражения (71), вращая рулевое колесо с определенным усилием Рш и замеряя усилие на цапфе Рц.
η ру ↓= |
М ц |
= |
|
U |
с |
. |
|
|
|
|
(71) |
||||
М шU у |
|
|
|
||||
|
|
U у |
|
||||
С учетом формулы (70)
|
|
|
35 |
η ру ↓= |
Рц а |
|
|
|
. |
(72) |
|
|
|||
|
Рш RшU у |
|
|
Рис. 5.4 Схема нагружения рулевого управления
Для определения обратного КПД рулевого управления ηобр необходимо приложить известное усилие к поворотной цапфе ( Рц' измерить динамометром), достаточное для вращения рулевого насоса с заданной нагрузкой Рш' ( гиря массой 1 кг на ободе рулевого колеса).
|
|
|
М ' U |
|
|
Р' |
R U |
|
|
η |
|
↑= |
ш |
у |
= |
ш |
ш у |
. |
|
обр |
|
|
|
|
(73) |
||||
|
|
М ' |
|
|
Р' a |
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
ц |
|
|
|
ц |
|
|
36
5.2Методика выполнения работы
5.2.1Измерить рулеткой расстояние между осями шкворней А (шкворневая база) и расстояние между мостами L ( база автомобиля ).
5.2.2Установить рулевое колесо в положение, соответствующее
прямолинейному движению. При этом указатель на транспортире штурвала должен быть на нулевой отметке, а на транспортире цапф - на 900.
5.2.3Повернуть рулевое колесо на αш = 900 и записать углы поворота внутренней и внешней (по отношению к центру поворота) цапф колеса
β1 и β2 . Аналогичные измерения провести при αш = 1800; 2700; 7200 при
повороте как вправо, так и влево. Результаты занести в журнал-отчет в соответствии с табл. 5.1.
Таблица 5.1
Результаты замеров
αш , |
|
|
|
Поворот влево |
|
|
|
|
град |
90 |
180 |
270 |
360 |
450 |
540 |
630 |
720 |
|
||||||||
β1 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
β , |
|
|
|
|
|
|
|
|
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
αш , |
|
|
|
Поворот вправо |
|
|
|
|
град |
90 |
180 |
270 |
360 |
450 |
540 |
630 |
720 |
|
||||||||
β1 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
β , |
|
|
|
|
|
|
|
|
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2.4Измерить радиус рулевого колеса Rш и плечо действия силы Рц - а (рис. 5.4).
5.2.5Соединить поворотную цапфу через динамометр Д1 с рамкой стенда и прикладывая к рулевому колесу через динамометр Д2 усилие Рм
=100 Н. Определить усилие на цапфе Рц по динамометру Д1. Опыт провести троекратно, результаты занести в журнал-отчет.
37
5.2.6Подвесить к ободу рулевого колеса гирю массой mг =1 кг ( Рш'
=9,8 Н). Отсоединить динамометр Д1 от рамы стенда. Определить усилие Рц' (по динамометру Д1), необходимое для вращения рулевого колеса.
Следует помнить, что положение гири на ободе рулевого колеса перед началом опыта должно соответствовать положению, показанному на рис. 5.4.
5.2.7 Рассчитать следующие параметры рулевого управления:
-по формуле (68) угловое передаточное число U у рулевого
управления при αш = 90...7200 через каждые 900 ;
-по формуле (68) передаточное число рулевого привода Uпр,
приняв, что U м = 19,1 с интервалом поворота рулевого колеса αш = 900 ;
-по формуле (70) силовое передаточное число Uс рулевого управления при αш = 0 ;
-по формуле (72) прямой КПД рулевого управления η ру ↓ ;
-по формуле (73) обратный КПД рулевого управления ηобр↑ ;
-по формуле (67) теоретические значения углов поворота внутреннего βвн и наружного βн по отношению к центру поворота управляе-
мых колес, соответствующие углам поворота рулевого колеса αш = 1800; 3600; 5400; 7200 при повороте в обе стороны.
5.3Выводы
5.3.1построить график кривых зависимости углов поворота управ-
ляемых колес β1 и β2 от угла поворота рулевого колеса αш при повороте
вобе стороны. Объяснить назначение рулевой трапеции;
5.3.2На этот же график нанести рассчитанные по формуле (67) кривые зависимости угла поворота внутреннего колеса β вн от угла поворота
рулевого колеса αш . Объяснить причины расхождения фактических и теоретических углов поворота βвн ;
5.3.3 Построить график зависимости углового передаточного числа Uу от угла поворота рулевого колеса αш с наложением на него прямой Uм = 19,1. Объяснить характер и целесообразность изменения Uу от αш по полученному закону.
5.4Контрольные вопросы
1.Перечислить основные параметры рулевого управления Вы знаете?
2.Объяснить теоретическое соотношение между углами поворота управляемых колес.
38
3.Как изменяется угловое передаточное число рулевого управления при повороте автомобиля?
4.Как определить силовое передаточное число рулевого управления?
5.Как определить прямой и обратный КПД рулевого управления?
6.Объяснить различие между прямым и обратным КПД рулевого управления. Почему прямой КПД больше обратного?
7.Как определить угловое передаточное число рулевого управления?
8.Меняется ли передаточное число рулевого механизма при повороте автомобиля?
9.Перечислить типы рулевых механизмов.
10.Почему отличаются фактические и теоретические углы поворота управляемых колес автомобиля?
6 Испытание рабочей тормозной системы
Лабораторная работа № 6
Цель работы:
-вычисление максимального тормозного момента на одном колесе;
-определение удельного давления на накладку колодки при максимальном тормозном моменте;
-определение усилия на педали тормоза и ее хода;
-определение давления в гидпроприводе тормозов;
-определение силового передаточного числа привода.
6.1Теоретический анализ
6.1 При конструировании тормозной системы независимо от ее типа необходимо обеспечивать требуемые усилия на колодках тормозных механизмов всех колес автомобиля и прямую пропорциональность между усилием на педали и тормозным моментом, действующим на колеса автомобиля. Необходимое значение тормозных моментов на одном переднем и на одном заднем колесе определяется по сцепному весу полностью груженого автомобиля по формулам:
- на переднем колесе |
М |
ϕ |
= |
ϕGarк (b' + ϕ H ),Hм |
(74) |
|
|
m1 |
|
2L |
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
- на заднем колесе |
М |
ϕ |
= |
ϕGarк (a |
' − ϕ H), Hм, |
(75) |
|
т2 |
|
2L |
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
где ϕ - коэффициент сцепления колес с дорогой;
Ga - сила тяжести полностью груженого автомобиля, Н;
39
Ga = ma g ;
ma- масса автомобиля, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
L - база автомобиля (расстояние между мостами), м ; rк - радиус качения колеса, м;
а' и b' - соответственно расстояния от передней и задней осей автомобиля до центра тяжести, м;
Н - высота центра масс автомобиля, м; ϕ1 - коэффициент интенсивности торможения.
6.1.2 При гидравлическом тормозном приводе усилие разжима тормозных колодок определяется по формуле
Р = (Y + Y ) |
c2 |
− 2l2 |
|
|
|
|
(76) |
||
2c(a + c) |
||||
1 2 |
||||
Рис. 6.1 Схема работы заднего колесного тормозного механизма ГАЗ-3102
где µ - коэффициент трения между накладкой и тормозным барабаном. В существующих конструкциях µ = 0,3…0,5, для тормозов ГАЗ-3102 µ = 0,35;
Rб - радиус тормозного барабана, м; а, c и l -плечи сил, м (рис. 6.1);
Y1 иY2 - равнодействующие нормальных сил, действующие со стороны барабана на накладки левой и правой колодок.
40
µY1 и µY2 - силы трения на левой и правой колодках (соответственно активной и пассивной);
β1 и β2 - углы охвата накладок (в радианах).
Для упрощения расчетов следует принимать величину давления барабана на накладку ρ по длине накладки постоянной, т.е. равнодействующие нормальных сил приложены посредине длины накладки.
Величины равнодействующих нормальных сил
Y1 |
= P |
|
a + c |
,H. |
(77) |
|
|
|
|
||||
|
|
c − e |
|
|||
Y |
= P |
a + c |
,H. |
(78) |
||
|
||||||
2 |
|
|
c + µe |
|
||
|
|
|
|
|||
Величины давлений на накладках левой и правой колодок соответственно будут
ρ = |
Y1 |
|
; |
ρ |
|
= |
Y2 |
|
|
,МПа, |
|
|
|
R β |
|
|
|||||
1 |
R β b |
|
2 |
|
2 |
b |
||||
|
б |
1 |
|
|
|
|
б |
|
|
|
где b - ширина накладки , м.
6.1.3 Усилие разжима колодок Р и усилие на педали тормоза Рп заны зависимостью
ρ = РпUnd22ηпр , H
d12
где Un - передаточное число педального привода,
(79)
свя-
(80)
U |
|
= |
r2 |
, |
|
n |
r |
|
|||
|
|
, |
(81) |
||
|
|
1 |
|
|
|
d1 и d2 - диаметры главного и рабочего цилиндров привода.
6.1.4 Давление жидкости в приводе тормозной системы определяется
по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ |
|
= |
4PnUnηпр |
,МПа |
|
|
|
0 |
πd2 |
, |
(82) |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
где ηпр |
- КПД привода, обычно ηпр = 0,85 … 0,95. |
|
|
||||
Давление жидкости в приводе принимается: |
|
|
|||||
- |
при служебном торможении |
ρ0 = 2 … 3 МПа; |
|
||||
- |
при аварийном торможении |
ρ0 = 7 … 10 МПа. |
|
||||
Допускаемая величина [ρ0]= 10 … 12 МПа.
6.1.5. Силовое передаточное число привода определяется по формуле