книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

= lOO-еЗОО МПа (1000—3000 кгс/см2). Меньшие значения приве­ дены для среднего положения, большие — для крайних.

Осевые усилия червяка воспринимаются болтами Б крышек, а осевые усилия вала сошки — регулировочной пробкой 6. Удель­ ные давления между роликом 3-и проставочными шайбами состав­ ляют 20—30'МПа "(200—300 кгс/см2).

Кривошипные рулевые механизмы (рис. XVI.6). Наиболее уяз­ вимым местом таких механизмов является шип. Он рассчитывается

Плечо изгиба равно /ш, диаметр поперечника шипа — dm. Износостойкость шипа оценивается по величине контактных

напряжений сжатия на длине рабочей части шипа I. Принимая с достаточным приближением, что шип опирается на плоскость, получим

(XVI.43)

где гср — средний радиус рабочей части шипа; а — угол зацепле­ ния (угол конуса шипа).

Для выполненных конструкций кривошипных рулевых меха­

— т>—) от сил Р г и Qo, на плече (/ш -f- л) — от /?2 и кручению от

силы Р 2 на плече (/ш -j-.t), где х — половина толщины тела кри­ вошипа, а da — диаметр втулки.

При этом

. Сила Q2 отжимает шип от нарезки винта и воспринимается упорным регулировочным винтом РВ. Направление этой силы не меняется.

Рулевой механизм типа винт—гайка—рейка—сектор (рис. XVI.7) Опыт эксплуатации таких рулевых механизмов по­ казывает, что наиболее слабым звеном с точки зрения износостой­ кости является винтовая пара [XVI.3]. У стандартных рулевых ме­ ханизмов ЗИЛ после пробега 150— 160 тыс. км. в винтовой паре по­ является осевой зазор более 0,3 мм (допустимый не более 0,2 мм), что увеличивает люфт рулевого колеса дополнительно на 6°. Сле­ довательно, чтобы нерегулируемый люфт рулевого колеса не вы­ ходил за пределы нормы, необходимо винтовую пару менять после пробега 100 тыс. км.

В ряде случаев наблюдаются случаи усталостного разрушения шариков или беговых канавок. Снижением контактных напря­ жений сжатия можно существенно повысить работоспособность

470

винтовой шариковой пары и улучшить к. п. д. г)р. м. Напряжения

где i — число одновременно находящихся под нагрузкой шариков в нарезке винта (для автомобиля ЗИЛ-130 z = 22); т — коэффи­ циент, зависящий от кривизны соприкасающихся поверхностей

Выражение для Qx находится из системы уравнений (XVI. 18):

Расчеты по формуле (XV 1.44) показывают, что при работающем усилителе для автомобиля ЗИЛ-130 контактные напряжения сжа­

0,60 кН (600 кгс).

При неработающем усилителе, когда Гшбу= 0,50-г-0,60 кН (50—60 кгс) или когда АР = 0,40-т-0,50 кН (40—50 кгс), контакт­ ные напряжения увеличиваются примерно вдвое и могут дости­ гать 5,0—6,0 ГПа, что сопоставимо или даже превышает предельно допускаемые для сталей 25ХГТ при HRC 58—62 напряжения смя­

Неслучайно поэтому длительная эксплуатация автомобилей с не­ работающим усилителем не рекомендуется.

Большим изгибным напряжениям (при неработающем усили­ теле — для автомобилей МАЗ) подвергаются зубья сектора и

.рейки. Пренебрегая небольшой конусностью зацепления (что не­ обходимо для обеспечения регулировочной зоны), выражение для подсчета изгибных напряжений (для сектора) можем записать так (рис. XVI.7):

471

где Р 2 — окружное усилие на секторе; у — коэффициент формы зубьев (берется по таблицам для полного числа зубьев, уклады­ вающихся на периметре сектора); /2— шаг зубьев сектора; Ь2— длина зубьев сектора; /р м— передаточное число рулевого ме­ ханизма.

В рулевых механизмах ЗИЛ-130 (ЗИЛ-131) зацепление рейка— сектор нагружено не только усилием со стороны рулевого колеса, но также и усилием усилителя. Окружное усилие на секторе под­ считывается так:

типа зацепления подсчитываются обычным путем и величина их,

Слабым местом рулевых механизмов этого типа является нарезка. Высокий срок ее службы достигается малым удельным давлением на поверхностях трения

винта.

Для выполненных конструкций кривошипно-винтовых руле­ вых механизмов удельное давление в нарезке при осуществимых водителем усилиях на рулевом колесе (Рштах ==£: 50 кгс) не пре­ вышает р = 7 -г-13 МПа (70— 130 кгс/см2).

472

Расчет рулевых приводов

Расчет рычагов и тяг привода ведется с учетом их места рас­ положения и конструктивной формы. Наиболее интенсивно при­ вод нагружен (сошка, продольная тяга, рычаг поворотной цапфы

II др.) при установке усилителя в рулевом механизме (автомобили

ЗИ Л — рис. XVI.9, а). При расположении усилителя в конечном звене рулевого привода (рис. XVI. 12, а,б) многие элементы (сошка, продольная тяга, рычаг поворотной цапфы) нагружены только усилием водителя — Рштах.

Опыт эксплуатации показывает, что наиболее слабым звеном

привода является сошка и шарниры.

Типовая конструкция сошки была показана на рис. XVI.3. Опасное сечение х— х располагается у основания сошки. В этом сечении сошка от силы Ра, приложенной к пальцу, изгибается (на плече q) и скручивается (на плече р). Опасные напряжения возникают в точках а и б. Эквивалентные напряжения растяжения в точке а по третьей теории прочности равны:

(XVI.48а)

а напряжения кручения в точке б

_ PQP

(ХѴІ.486)

6 UVp ’

где 1ѴИЗІ„ WKp — моменты сопротивления поперечного, сечения соответственно при изгибе и кручении.

Поперечное сечение по форме близко к прямоугольнику или эллипсовидному. Способы и формулы для определения ІѴ!13'Г и ІѴкр приведены в учебниках по общеинженерным дисциплинам. Сила Ра, необходимая для расчетов, равна:

для рулевого управления с усилителем в приводе (ГАЗ-66, «Урал-375»)

п _ Рш max-fiiVp. м .

для рулевого управления с усилителем в рулевом механизме (ЗИЛ-130, ЗИЛ-131)

X

Г Л А В А XVII

РАМЫ И КУЗОВА

§ 81. ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Рама, кузов или рама, объединенная с кузовом автомобиля, выполняют функции несущей системы, на которой монтируются его агрегаты.

Все нагрузки, действующие на автомобиль в условиях эксплуа­ тации, передаются на его несущую систему. К ним относятся: вес агрегатов и полезной нагрузки, усилия, действующие от амор­ тизаторов, упругих элементов и направляющего устройства под­ вески, а также силы инерции, возникающие при колебаниях, разгоне, торможении и повороте автомобиля. При движении автомобиля с прицепом (полуприцепом) на несущую систему дей­ ствуют нагрузки от тягово-сцепного или опорно-сцепного устрой­ ства.

Классификация несущих систем дана в табл. XVI 1.1. Общие требования к несущим системам.

1. При минимальном весе несущая система должна обладать долговечностью, соответствующей сроку службы автомобиля.

2.Жесткость несущей системы должна быть достаточной, чтобы

еедеформации не нарушали условий работы агрегатов и механиз­

мов автомобиля. При недостаточной жесткости в них при пере-

косах несущей системы возникают дополнительные напряжения. Возможны поломки или обрывы крепления, а также заклинивание дверей и окон кузова.

3. Форма рамы должна обеспечивать удобство монтажа агре­ гатов, низкое положение центра тяжести автомобиля и малую, по­ грузочную высоту кузова. Требования к кузовам будут рас­ смотрены ниже.

Безрамные конструкции автомобилей при прочих равных усло­ виях легче рамных. Благодаря совмещению функций кузова и не­ сущей системы удается снизить общий вес.

Достоинство рамных конструкций в том, что на одном шасси можно выпускать различные модификации автомобиля по кузову,

На рнс. XVII. 1 показаны конструктивные схемы рам наиболее распространенных типов.

На легковых автомобилях преимущественно применяются пе­ риферийные рамы (а) и Х-образные (б).

Рис. XVII.1. Конструктивные схемы рам: а — периферийная; 6 — Х-образная; в — лестничная; г — с Х-образными попере­ чинами; д — хребтовая

Периферийная рама состоит из двух лонжеронов, связанных поперечинами. В средней части лонжероны имеют вставки, рас­ стояние между которыми увеличено. При установке кузова они располагаются на уровне порогов дверей. Это увеличивает сопро­

476

тивление кузова при боковых ударах. Вставки свариваются с пе­ редними и задними частями лонжеронов или штампуются за одно целое.

Для снижения центра тяжести автомобиля и уровня пола ку­ зова лонжеронам над передней и задней осями придают выгибы в вертикальной плоскости с тем, чтобы средняя часть рамы рас­ полагалась ниже. Изгибающие моменты, действующие на раму, воспринимаются лонжеронами. Они создают необходимую жест­ кость рамы в продольной плоскости. Для лонжеронов применяют высокие открытые или закрытые профили, имеющие большой эква­ ториальный момент инерции.

При перекосах рамы на лонжероны и поперечины действуют крутящие моменты, которые распределяются между этими эле­ ментами пропорционально их полярным моментам инерции и об­ ратно пропорционально длинам. Поэтому основную роль в обес­ печении угловой (крутильной) жесткости рамы играют попере­ чины, которые значительно короче лонжеронов. Все поперечины или часть их выполняются из закрытых профилей (коробчатых или трубчатых), имеющих большой полярный момент инерции.

Х-образная рама (рис. XVI 1.1, б) состоит из средней балки, имеющей закрытый трубчатый профиль, передней и задней виль­ чатых частей. Для крепления кузова к средней части необходимы консольные кронштейны. Жесткость рамы при скручивании со­ здается средней частью и поперечинами вилок.

Рама с прямыми лонжеронами и поперечинами (е) применяется и на легковых и на грузовых автомобилях. Она получила название лестничной. Лонжероны изготавливают путем штамповки или выгибают из полосы углеродистой или малолегированной стали (см. гл. III).

Преимущественное распространение имеют лонжероны откры­ того профиля — швеллер с обращенными внутрь полками. Они имеют малую жесткость при кручении. Требуемая угловая жест­ кость рамы достигается применением для основных поперечин закрытых профилей. Поперечины, которые используются в ка­ честве опор для двигателя, радиатора, механизмов трансмиссии, опорно-сцепного устройства, могут иметь открытый профиль. Им придается форма, удобная для монтажа этих агрегатов.

Лонжероны с целью снижения веса, лучшего использования материала и достижения равнопрочности должны иметь перемен­ ное сечение в соответствии с характером распределения изгибаю­ щих и крутящих моментов по длине рамы. С той же целью уве­ личивают поперечное сечение элементов рамы за счет применения тонкого листового материала для их штамповки. Минимальная толщина стенки должна обеспечивать ее устойчивость против бо­ кового выпучивания при изгибе. При толщине материала до 5— 6 мм применяют холодную, а в остальных случаях горячую штам­ повку.

477

Сопротивление рамы продольному сдвигу лонжеронов увели­ чивается ’применением раскосов и косынок в местах присоедине­ ния поперечин. На некоторых прицепах и специальных автомоби­ лях применяют рамы с X-образными поперечинами (рис. XVII. 1, а). Стержни поперечин приваривают к лонжеронам. При переко­ сах рамы они работают на изгиб и кручение и обеспечивают вы­ сокую жесткость даже при применении открытых профилей.

Хребтовые рамы (рис. XVII. 1, д) на легковых автомобилях вышли из употребления, а на грузовых применяются крайне редко. Семейство автомобилей большой грузоподъемности с хребто­ вой рамой выпускает фирма «Татра» (ЧССР). На этих автомобилях рама состоит из картеров главных передач, картера раздаточной коробки и соединяющих их патрубков трубчатого сечения. Эле­ менты рамы соединяются болтами. При такой конструкции можно из одинаковых элементов делать рамы двух-, трех- и четырехосных полноприводных автомобилей; ремонт агрегатов, заключенных в раме, весьма затруднен.

Автомобильные рамы работают при высоких нагрузках и яв­ ляются ответственной частью автомобиля. Вес рам грузовых авто­ мобилей с буферами и кронштейнами в сборе составляет до 10— 15% от собственного веса. Верхний предел относится к автомоби­ лям большой грузоподъемности, в рамах которых применяют про­ катные профили.

На рис. XVII.2 показана конструкция рамы грузового авто­ мобиля. Лонжероны (/ и 6), поперечины (2— 5 и 7) и кронштейны рамы соединяются односрезными заклепочными соединениями. Не­ ослабленные заклепки работают на срез. В эксплуатации среза заклепок не наблюдается. Их разрушению обычно предшествует ослабление, связанное с износом стержня заклепки и соединяемых деталей по толщине и отверстию. Ослабленные заклепки работают на изгиб и разрушаются от напряжений усталости.

478

479