В свою очередь, элементарная работа, выполненная поворот ными колесами, будет
dA^ = %МЦ(da + dß), |
(XVI. 10) |
где — момент сопротивления повороту одного колеса (для левого и правого колес моменты сопротивления принимаются одинаковыми и независящими от угла поворота); %— коэффи циент, учитывающий увеличение момента сопротивления за счетвлияния стабилизирующего (от подъема передней части автомо биля) момента, % — 1 ,07н-1 , 1 5; da и d ß — элементарные углы поворота управляемых колес (внешнего н внутреннего).
Кроме того, запишем уравнение баланса работ
откуда
сіАц
11р-п -
С учетом уравнений (XVI.9) и (XVI. 10) окончательно получим
|
_ |
2 хМц |
da -f- rfß |
|
|
2 |
(XVI. 12) |
|
V n |
MQ |
dQ |
|
|
Для выполненных конструкций рулевых приводов народно хозяйственных автомобилей к. п. д. составляет т)рп = 0,85 -г-0,90.
Обозначим 2%Мц через М s и назовем эту величину суммарным моментом сопротивления повороту управляемых колес (осей).
В уравнении (XVI. 12) первый сомножитель представляет в принципе коэффициент трансформации (в терминологии, при меняемой в теории трансмиссии), называемый здесь силовым передаточным числом kp п привода, второй сомножитель — угло вое передаточное отношение привода, обратное передаточному числу. Тогда можем записать:
и_ 2 хМц . 1
р- п — м й ’
|
|
__ |
dQ |
|
|
|
(XVI. 13) |
|
|
1 Р- п — |
da + |
d ß |
’ |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
Найдем |
конкретное выражение |
для ір п |
Из |
рис. XVI.9, а |
имеем |
|
о^з Охі____ - Л1 |
|
|
|
|
X К |
ц Ов2лп.'ттіц |
|
|
О з ^ Ц р . х О о 2 т \п - тТ ц |
|
) = |
M q ' |
где т]р т — к. п. д. шарниров рулевой |
трапеции; |
т)п-т— к. п. д. |
шарниров |
продольной рулевой |
тяги; |
г)ң — к. п. д. шкворневого |
узла поворотной цапфы. |
|
|
|
|
|
Так как |
Ѵ Ѵ |
т11„. т = |
ііР. т. |
то после преобразования выра |
жен ия для |
|
|
|
моментов получим |
|
|
|
_ 2 |
хМц |
(XVI. 14) |
|
Лр- п ^ |
М0 |
|
|
Сравнивая уравнения (XVI. 12) и (XVI. 14), приходим к заключе нию, что
^р- п |
2 - 0 22 |
11р- |
|
ѵ ( Оя4 + |
|
|
Оф |
|
|
Обозначив отрезки через а' = О ф, |
Ь" = Оф, 0 34 = т" и т! |
= Оф и приняв в первом приближении т)р т я» 1 ,0 , запишем |
|
|
]/_ |
|
|
|
а' |
|
При нейтральном положении колес т' = т |
т, а' = а = Оф, |
b' — b = Оф и тогда
Ь_
а
Ж е с т к о с т ь рулевого привода должна быть наибольшей. При недостаточной его жесткости рулевое управление машины обращается в колебательный контур, что приводит к вилянию колес и плохой устойчивости движения автомобиля. Из-за малой жесткости будет нарушаться сходимость колес, а это отрицательно сказывается на работе шин и расходе топлива.
Жесткость рулевого привода у автомобилей с независимой под веской в 1,5—2,0 раза меньше, чем у автомобилей с зависимой подвеской. Например, у автомобиля М-21 «Волга» жесткость привода составляет 2,16 Н-м/рад (12,5 кГ м/град), а у ГАЗ-69 она равна 4,32 Н-м/рад (25 кГ м/град). Жесткость рычажного привода уменьшается с увеличением числа управляемых колес (осей).
Оценочные параметры рулевого управления
К ним относятся общий к. п. д. рулевого управления г|р у, силовое передаточное число kp у и передаточное число ір у. К. п. д. рулевого управления равно
* |
.. __ %/Мц (da - f |
riß) |
|
|
'P- У |
MQdQ |
|
|
или, если умножить это выражение на |
Mn dQ |
то |
----- |
|
|
|
dQ ’ |
|
|
|
da + rfß |
|
|
Mn dQ 2-/Жц |
|
|
’Пр- у |
MQ dQ |
MQ dQ |
|
|
следовательно, с учетом |
выражений (XVI. 1) и (XVI. 13) будем |
|
иметь: |
|
|
|
Р- п |
|
|
Чр. у |
^р-. м |
1 |
k |
|
|
р. м |
I р. п |
|
|
|
|
|
kp . у --- ^р. М^р. пі |
|
Р- У — |
^р. м^р. m |
|
|
Чр. у |
Чр. мЧр- п |
|
Усилие на рулевом колесе (без усилителя), принимая во вни-' мание выражение для т]р уі будет
|
_ |
2 ХуИц |
(XVI. 15)' |
|
шбу |
Ruilp. |
где |
— радиус обода рулевого колеса.уЧр- у |
|
Для |
автомобилей с одной управляемой осью к. п. д. рулевого |
управления составляет в среднем г|р у = 0,70^-0,85.
По опытным данным потери на трение от общих потерь в ру левом управлении составляют: в шкворневом узле 40—50%, в шар нирах тяг 10— 15%, в рулевом механизме 35—50%. Момент со противления повороту управляемых колес 2 %МЦ находится по известным в технической литературе формулам [XVI. 1 ].
Усилие на рулевом колесе изменяется в широких пределах. Оно возрастает с увеличением нагрузки на управляемые колеса, уменьшением давления воздуха в шинах и радиуса поворота ма шины, ухудшением дорожных условий. Во всех случаях усилие на рулевом колесе не должно превышать 500 Н (50 кгс).
Конструкции основных узлов рулевого привода
К основным узлам рулевого привода относятся тяги, шарнир ные соединения и рычаги.
В целях снижения веса и придания приводу жесткости его тяги обычно выполняются из бесшовных стальных труб (стали 2 0 , 30 и 35).
Ответственным узлом привода являются шарниры, люфты в ко торых недопустимы. Они отличаются конструкцией устройств для компенсации износов трущихся поверхностей, сроком и принципом регулирования (саморегулируемые в течение всего срока службы, периодически регулируемые, нерегулируемые).
На рис. XVI. 10 показаны типовые конструкции шарниров по перечных тяг. Шарниры в вариантах, показанных на рис. XVfrlO, а, б и г — саморегулируемые. Головка 1 пальцев охватывается сухарями 2. Постоянная плотность сопряжения достигается дей ствием предварительно поджатой пружины 3. Направление под жатая пружин может совпадать с осью пальцев (рис. XVI. 10, а, г), быть тангенциальным (рис. XVI. 10, б) или поперечным к оси пальца (рис. XVI. 10, в). Поджатие пружин для шарниров вы бирается таким (рис. XVI. 10, а и г), чтобы его величина была
больше максимально возможной инерционной силы, действующей на тяги, при тряске колес. Применительно к выполненным кон струкциям шарниров поджатие пружин составляет 0,25—0,50 кН (25—50 кгс).
У шарнира в варианте в (рис. XVI. 10, б, автомобили УралАЗ) предусмотрена регулировка с помощью гайки 4: при навертыва
нии гайки восстанавливается работоспособность шарнира. Однако для регулировки шарнира необходима разборка наконечника по перечной тяги, что неудобно в эксплуатации.
Иногда в случае незначительных углов стабилизации у управ ляемых колес (старые автомобили ГАЗ-63, ЗИЛ-157) в попереч ных тягах применяются цилиндрические шарниры. Такие шарниры просты по конструкции, но имеют недостаточный срок службы,
Головки пальцев |
шарниров могут |
быть сферическими |
(рис. XVI. 10, а, б, |
в) или коническими (рис. XVI. 10, г). Пальцы |
с коническими наконечниками используются на легких машинах. Типовые конструкции шарниров продольных тяг показаны на рис. XVI. 11. Шарнир в варианте а регулируемый. Шаровая го ловка пальца 1 охватывается сухарями 2. Прилив 4 торцовой по-
о.) 6 4 г
Рис. XVI. 11. Типовые конструкции шарниров продольных тяг
верхности внутреннего сухаря 2 обработан под углом а. Между сухарем и заглушкой 5 вставлен клин 8, нагруженный предвари тельно сжатой пружиной 3. Сила обжатия головки сухарями равна Q = Рнат tg а, где Рнат — сила предварительного под жатая пружины 3. После того, как в процессе эксплуатации ход А будет исчерпан, клин 8 штифтом 6 следует возвратить в исходное положение, поджав пружину 3. Одновременным подворачиванием пробки 7 восстанавливается прежний зазор А. После регулировки пробка шплинтуется.
Шарниры в вариантах б и в более простые. При износе сухарей у шарнира б (рис. XVI. 11, б) предусмотрена регулировка: люфты выбираются пробкой 9, которая завертывается до отказа, а затем отпускается на 1/4— 1/8 оборота до положения, при котором ее
можно зашплинтовать шплинтом 10. Люфты у-шарнира |
в вари |
анте е (рис. XVI. 11, в) выбираются автоматически за счет |
кониче |
ской формы сухарей 2. |
|
|
|
|
Пальцы с шаровыми головками шарниров должны выпускаться |
. |
„ |
' |
|
ОН025 |
в соответствии с >требованиями |
отраслевой |
|
нормали -1 é)y_ß7' , |
в которой определены основные их размеры и, в частности, диа метр сферы головки D, длина пальца I и др., а также классы чи стоты обработки (см. рис. XVI. 10, в).
Для изготовления пальцев шарниров применяются легирован ные цементируемые стали 12ХНЗА, 18ХНТ и 15ХН и др. Шаровую головку и конический хвостовик пальца цементируют на глубину 1,5—3,0 мм, закаливают в масле с последующим отпуском; твер дость поверхности после закалки HRC 56—63.
В качестве заменителей легированных сталей допустимо при менение более дешевых конструкционных сталей 40 и 45. При высоких их механических характеристиках, как и у легирован ных сталей, в отличие от последних отпадают операции меднения, цементации, отпуска, упрощаются операции термообработки (объ емная закалка с отпуском)^ Для исключения трещин галтели паль цев упрочняются накаткой.
Наконечники тяг изготавливаются из сталей 35 и 40. Резьба наконечников поперечных тяг имеет разный шаг и направление. Это позволяет при очередных регулировках точнее устанавливать схождение колес.
К числу перспективных следует отнести шарниры с сухарями, выполненными из конструкционных пластмасс. На легковых авто мобилях (ЗАЗ, М-408 и др.) шарниры с пластмассовыми сухарями из полиамидных материалов (нейлон, капрон, волокнит, фторо пласт) получили практическое применение. Сухари из пластмасс в процессе изготовления пропитываются специальным составом (например, нейлоновые — дисульфидом молибдена) и в эксплуата ции не требуют смазки.
Рычаги поворотных цапф, сошки, передаточные рычаги руле вого привода отковываются из сталей 35Х, 40, 40Х и 40ХН. Для обеспечения плотной посадки сошки на валу рулевого механизма шлицевая часть последнего делается конической. В процессе экс плуатации при ослаблении плотности посадки сошка подтяги вается с помощью гайки (см. рис. XVI.5 и XVI.6 ). Правильная установка сошки на валу достигается совмещением меток или не сколькими несимметрично расположенными сдвоенными шли цами. Максимальный угол П поворота сошки от среднего поло жения выбирается 40—50°.
По статистическим данным, применительно к автомобилям общетранспортного назначения полный износ шарниров рулевого управления наблюдается через 30—50 тыс. км. Люфт в рулевом колесе увеличивается от износа: сухарей — на 2—4°,' шлицев
сошки — на 10—20°, шкворней — на 13—20°, от усадки пружинл— на 2—3°. Износостойкость и ресурс работы деталей руле вого привода обычно в 3—4 раза меньше, чем рулевого механизма.
§ 79. УСИЛИТЕЛИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ
Оценочные параметры и компоновка
Усилители рулевого управления устанавливаются на автомо билях с целью облегчения труда водителя, а также повышения безопасности движения. В общем случае усилитель включает:
источник энергии (гидравлический насос Н с емкостью Б, реси вер со сжатым воздухом или аккумулятор энергии);
распределительное устройство РУ (со следящим механизмом), которое регулирует подачу энергии (жидкости под давлением, сжатого воздуха и пр.) к исполнительному механизму и осуще ствляет поворот управляемых колес (осей) пропорционально углу поворота рулевого колеса;
исполнительный механизм, выполняемый в виде силовых ци линдров СЦ, создающий необходимое усилие для поворота управ ляемых колес (осей).
К усилителям предъявляется ряд специальных требований: 1 ) при неисправностях усилителя автомобиль не должен терять управляемости: управление им в этом случае должно осуществ
ляться обычным образом; 2 ) с увеличением сопротивления пово'роту должно возрастать
и потребное усилие на рулевом колесе, чтобы водитель «чувство вал» дорогу, однако, это возрастание не должно превосходить
Ли шах = 0,1ч-15 кН (10— 15 кгс); 3) минимальное запаздывание в срабатывании усилителя и
обязательное наличие следящего действия, обеспечивающего про порциональность углов поворота управляемых колес (осей) углу поворота рулевого колеса;
. 4) устранение произвольных самовключений усилителя от воз действия толчков со стороны дороги и такое действие усилителя, при котором в случае повреждения шин управляемых колес во дитель имеет возможность в период аварийного торможения под держивать нужное направление движения автомобиля.
При установке усилителей на автомобили необходимо счи таться с более интенсивным износом шин (из-за злоупотребления поворотами на месте), более сильным нагружением деталей руле вого привода. Усилитель усложняет и удорожает конструкцию рулевого управления и увеличивает объем работ по техническому обслуживанию.
Основными оценочными параметрами усилителей являются: п о к а з а т е л ь э ф ф е к т и в н о с т и Э,
где P1Ll6y, РШСу — усилие на рулевом колесе при повороте авто мобиля соответственно без усилителя и с работающим усилите лем. Для выполненных конструкций усилителей показатель эф фективности измеряется от 1 до 10—15;
п о к а з а т е л ь ' |
р е а к т и в н о г о |
в о з д е й с т в и я |
у с и л и т е л я на |
рулевое колесо р |
|
|
d P ш су |
|
|
р = ~ М ^ ’ |
|
где уѴіѵ — суммарный момент сопротивления |
повороту управляе |
мых колес (осей). |
|
|
По опыту эксплуатации автомобилей этот показатель должен быть в пределах 0,02н-0,05 Н/Н.м (кгс/кгс-м);
п о к а з а т е л ь ч у в с т в и т е л ь н о с т и , определяемый углом Ѳвк поворота, на который необходимо повернуть рулевое колесо для включения усилителя, и усилием Ршо, которое при этом должно быть затрачено.
Для выполняемых конструкций Ѳвк = 10-ь 15°, а Рш0 = 20-ь -ä-50 Н.
Из всех типов усилителей преимущественное распространение получили гидравлические усилители. Пневматические усилители (в том числе и вакуумные) из-за недостаточной эффективности дей ствия и затяжного срабатывания сколько-нибудь значительного применения не получили (из числа отечественных автомобилей — снятая с производства модель КрАЗ-214). Электрогидравлпческне усилители, если иногда и монтируются, то только на рекордных гоночных машинах, у которых рулевое колесо заменяется элек тронным пультом, позволяющим водителю более энергично реаги ровать на быстро меняющуюся дорожную обстановку.
Компоновка узлов (РУ, СЦ) гидравлического усилителя может быть осуществлена по-разному:
1)размещением в одном агрегате (за исключением источника энергии) совместно с рулевым механизмом (автомобили произ водства ЗИЛ, рис. XVI.9, а);
2)размещением РУ в блоке с рулевым механизмом и отдель ным расположением силового цилиндра СЦ (автомобили произ
водства |
УралАЗ, рис. XVI. 12, а, а также спецмашины — |
см. рис. |
XVI.9, б); |
3)раздельным расположением РУ, СЦ и рулевого механизма (автомобили производства ГАЗ, рис. XVI. 12, б).
4)размещением РУ в блоке с СЦ и отдельным расположением рулевого механизма (автомобили производства МАЗ, КрАЗ, БелАЗ — рис. XVI. 12, в).
Первый вариант компоновки усилителя отличается компакт ностью, малым количеством трубопроводов, устойчивостью против колебаний управляемых колес, высоким быстродействием. Недо статки его: большая сложность рулевого механизма, повышенная напряженность деталей рулевого привода, трудность обеспечения
