книги из ГПНТБ / Теория и конструкция боевых колесных машин

Рис. 153. Рулевой механизм «червяк—кривошип с двумя вращающимися пальцами»

При небольших углах поворота колес оба пальца кривошипа находятся в зацеплении с червяком, а при увеличении угла поворо­ та один из пальцев выходит из зацепления. Шаг резьбы червяка — непостоянный, но червяк нарезается так, чтобы создавалась воз-

290

шо монтируется с поперечной рулевой штангой. Применение егопри независимой подвеске колес позволяет иметь всего четыре шар нира в рулевой трапеции, в то время как при других типах требует­

ся не менее шести.

Все шестеренчатые рулевые механизмы имеют постоянное пере даточное число. В механизмах с цилиндрическими шестернями по

редаточное число равно

2,

=

где Z\ и z2 — число зубьев соответственно ведущей и ведомой ше­

стерен.

В реечном рулевом механизме под передаточным числом услов­ но понимается отношение диаметра рулевого колеса к начальному диаметру ведущей шестерни

i М

d '

5. КОНСТРУКЦИИ РУЛЕВЫХ ПРИВОДОВ

Рулевой привод включает все детали, передающие усилие от ру­ левого механизма к поворотным цапфам колес. В обычной схеме рулевого привода такими деталями являются тяги и рычаги, обра­ зующие рулевую трапецию, поворотный рычаг, продольная тяга и рулевая сошка.

Подбор параметров рулевой трапеции производится из условий отсутствия бокового скольжения колес на повороте.

Если не учитывать увода колес (напри­ мер, малая скорость движения или жесткие колеса), то оптимальным соотношением уг­ лов поворота управляемых колес будет та­ кое, при котором оси их вращения Пересе каются на продолжении задней оси. В этом случае все колеса катятся без бокового скольжения (рис. 155). Связь между угла­ ми поворота внутреннего и внешнего колес можно выразить уравнением

292

Сравнивая уравнения (214) и (215), можно заметить, что если а первом случае соотношение углов поворота колес определяется однозначно конструктивными параметрами, то во втором случае ото соотношение определяется неоднозначно. Оно зависит от вели­ чины с (см. рис. 135), которая является функцией радиуса поворо­ та и скорости движения, а также от задаваемого соотношения углов увода управляемых колес.

Так как метод подбора параметров рулевой трапеции с учетом увода еще недостаточно разработан, в настоящее время этот подбор обычно производится по формуле (214). Задаваясь различными зна­ чениями угла аю можно найти соответствующие им значения угла и, таким образом, получить теоретическую зависимостьав = /(а„). Затем, задаваясь размерами отдельных элементов трапеции, нахо­ дят эту зависимость графически и сравнивают с теоретической за­ висимостью. Отклонение от теоретической не должно превышать

!— 1,5% при максимальном угле поворота колес.

Рулевая трапеция может быть расположена перед осью управ­ ляемых колес или за пей. Расположение рулевой трапеции выбира­ ется из условий удобства компоновки.

Схемы рулевых трапеций различных типов изображены на пио. 156-

4 _{|

Я

[ I -

Рис. 156. Схема рулевых трапеций

На колесных машинах с зависимой подвеской передних колес чаще всего устанавливают рулевые трапеции, показанные на

на машинах, имеющих независимую подвеску управляемых колес. Трапецию, показанную па рис. 156,е, используют при установке ре­ ечного рулевого механизма.

В тяжелых колесных машинах, а также в некоторых машинах высокой проходимости, где шкворни поворотной цапфы устанавли­ ваются без наклона в поперечной плоскости, поперечная тяга соеди­ няется с боковыми рычагами при помощи цилиндрических пальцев-

293

Во всех остальных случаях соединение поперечной тяги с боковы­ ми рычагами производится при помощи шаровых шарниров. Конст­ рукция шаровых шарниров должна обеспечивать отсутствие зазора в соединении. Существуют различные конструкции шаровых соеди­ нений, в которых зазор, получающийся вследствие износа, выби­ рается автоматически.

На рис. 157, а показана одна из конструкций шарового шарнира поперечной тяги с автоматическим выбором зазора. Шаровой палец помещается в сферических углублениях двух клиновидных сухарей, которые пружиной раздвигаются, автоматически уменьшая зазор в случае износа. Положение сухарей определяется шпонкой, кото­ рая обеспечивает при износах перемещение шарового пальца пер­ пендикулярно к оси поперечной тяги, вследствие чего длина тяги не изменяется-

S )

Рис. 157. Конструкции шаровых шарниров поперечной штанги

Другая конструкция шарнира показана на рис. 157,6. Здесь вы­ борка зазора производится за счет пружины, прижимающей палец с шаровой втулкой к сферической поверхности гнезда наконечника поперечной тяги.

Длина поперечной тяги должна регулироваться для установки необходимого схода колес. Для этой цели наконечники поперечной тяги, в которых устанавливаются шаровые шарниры, навинчивают­ ся на резьбу концов тяги и закрепляются при помощи стяжных бол­ тов или хомутов. В некоторых конструкциях шаг резьбы на обоих концах поперечной тяги делают неодинаковым для того, чтобы иметь возможность более точно производить регулировку схода ко­ лес. При одинаковом шаге резьбы минимальная величина измене­ ния длины тяги равна шагу резьбы, а при неодинаковом — разности шагов резьбы на одном и другом концах тяги. Часто резьба нако­ нечников имеет разное направление, чтобы изменение длины попе­ речной тяги можно было производить, поворачивая ее в ту или дру­ гую сторону.

294

Продольная тяга. В колесных машинах нормальной конструкции тяга, соединяющая рулевую сошку с поворотным рычагом, распо­ лагается вдоль машины и потому получила название «продольной». Однако в ряде конструкций колесных машин эта же тяга по усло­ виям компоновки может быть расположена иным образом. При кон­ струировании привода необходимо предусмотреть такое располо­ жение тяги, при котором перемещение колес при деформации рес­ сор не вызывало бы одновременно их поворота. Для этого траек­ тории центра управляемого колеса и конца тяги должны совпадать.

В шарнирах тяги устанавливаются пружины, которые амортизи­ руют удары, передаваемые от колеса на рулевое колесо. Пружины должны быть расположены так, как показано на рис. 158, чтобы

Рис. 158. Конструкция продольной штанги

амортизировать удары, которые могут воздействовать па тягу в обе стороны. Зазор в шарнирах тяги должен выбираться при помощи резьбовых пробок.

6. УСИЛИТЕЛИ РУЛЕВЫХ УПРАВЛЕНИЙ

Применение усилителя обеспечивает высокие маневренные ка­ чества машины как за счет уменьшения усилия на рулевом колесе, так и за счет выбора наиболее выгодного передаточного числа ру­ левого механизма. Благодаря снижению утомляемости водителя средняя скорость машины увеличивается.

Усилители рулевых управлений устанавливаются также на лег­ ковых автомобилях высокого класса. Назначение усилителя в дан­ ном случае не только в облегчении управления, но главным образом в том, чтобы обеспечить большую безопасность движения па боль­ ших скоростях. Усилитель рулевого управления позволяет удер­ жать машину на заданной траектории в случае резкого снижения давления в шине или при ее разрыве.

Следует иметь в виду, что наличие усилителя рулевого привода несколько повышает износ шин и удорожает конструкцию рулево­ го управления.

К конструкции усилителя рулевого привода предъявляются сле­ дующие основные требования:

29»

1.Усилитель должен обладать следящим действием, с тем чтобы поворот управляемых колес был пропорционален заданному води­ телем угловому перемещению рулевого колеса-

2.В случае выхода из строя усилителя последний не должен препятствовать нормальной работе рулевого управления.

3.Усилитель не должен препятствовать стабилизации управляе­ мых колес.

4.Усилитель должен обладать минимальным временем сраба­ тывания и высокой чувствительностью.

Наиболее распространенными тинами усилителей являются гид­ равлические и пневматические.

Эффективность работы усилителя оценивается коэффициентом усиления, представляющим собой отношение усилия, создаваемого водителем на рулевом колесе при работе без усилителя, к усилию, создаваемому водителем на том же колесе при работе с усилителем,

ником питания служит гидравлический насос, приводимый от дви­ гателя, иногда с пневмогидравличесюьм аккумулятором давления; в пневматическом усилителе источник питания — компрессор с ре­ сивером;

2 ) с е р в о м о т о р , передающий усилие на рулевой привод. В гидравлическом и пневматическом усилителях сервомотором является силовой цилиндр, преобразующий давление рабочей сре­ ды в дополнительное усилие, воздействующее на рулевой привод;

3) р а с п р е д е л и т е л ь н о е у с т р о й с т в о , включенное в систему рулевого управления, обеспечивающее следящее действие.

В зависимости от устройства распределитель может обеспечить следящее действие либо только по перемещению рулевого колеса, либо по перемещению и по силе сопротивления повороту.

296

Гидравлические усилители

Основными достоинствами гидравлических усилителей являются их большая компактность и малое время срабатывания. Большая компактность связана с высоким давлением жидкости, при котором работают гидравлические усилители (до 60— 100 кг/см2). Гидрав­ лические усилители способствуют гашению колебаний в рулевом управлении. Они также воспринимают удары со стороны дороги па управляемые колеса. К недостаткам гидравлических усилителей нужно отнести необходимость особо надежных уплотнений для жидкости и тщательного ухода. Течь в каком-либо соединении или разрыв трубопроводов приводят к отказу усилителя в работе.

Конструкции гидравлических усилителей могут быть выполнены но трем схемам.

П е р в а я с х е ма . Силовой цилиндр, распределитель с приво­ дом совмещены в одном агрегате с рулевым механизмом (ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, ЗИЛ-111). Такие конструкции принято называть гидро­ рул ямп.

В т о р а я с х е м а . Распределитель с силовым цилиндром вы­ полнен в одном агрегате и устанавливается отдельно от рулевого механизма (МАЗ-500).

Т р е т ь я с х е м а . Распределитель и силовой цилиндр пред­ ставляют собой отдельные агрегаты и располагаются в различных местах (БТР-60П).

Достоинствами рулевых усилителей, выполненных по первой схеме, являются компактность, минимальная длина трубопроводов, что сокращает время срабатывания. Существенным недостатком 1идроруля является то обстоятельство, что при установке его все детали рулевого привода и частично рулевого механизма нагруже­ ны усилием, создаваемым силовым цилиндром. Это одна из причин, ограничивающая применение таких усилителей на тяжелых маши­ нах. Второй причиной является сложность конструкции. Кроме того, следует учитывать, что не всегда габариты гидроруля позволяют устанавливать его па месте обычного рулевого механизма.

Гидравлические усилители, выполненные по второй схеме, обес­ печивают возможность использования любого стандартного руле­ вого механизма. При этом гидравлический усилитель располагает­ ся за рулевым механизмом, а привод распределителя осуществляет­ ся от шарового пальца сошки. Таким образом, силовой цилиндр не нагружает детали рулевого механизма, но полностью нагружает все детали рулевого привода. Длина трубопроводов при такой схеме усилителя больше, чем у усилителей, выполненных но первой схеме.

Гидравлические усилители, выполненные по третьей схеме, дают возможность более свободно компоновать рулевое управление. Си­ ловой цилиндр и распределитель могут быть расположены в любых местах, удобных для присоединения к рычагам или тягам рулевого привода. Иногда распределитель размещают в картере рулевого

297

механизма. Общим недостатком гидроусилителей указанного типа является необходимость в большом количестве трубопроводов.

Принципиальная схема гидравлического усилителя показана на рис. 159. В данном случае рулевой механизм, распределитель и силовой цилиндр размещены раздельно. Корпус 4 распределителя связан с продольной тягой, а золотник 5 распределителя — с руле­ вой сошкой. В нейтральном положении рулевого колеса и соот­ ветственно управляемых колес золотник 5 находится в среднем по­ ложении относительно корпуса 4.

В ряде конструкций фиксация золотника в среднем положении производится специальными центрирующими пружинами, разме­ щенными по обе стороны золотника. В этой схеме центрирующие пружины отсутствуют, а фиксация осуществляется при помощи ре­ активных камер А и В. Реактивные камеры через сверления в край­ них гребнях золотника сообщаются с межгребневыми полостями.

Масло, нагнетаемое насосом 2, поступает в межгребневое прост­ ранство и оттуда на слив. Обе полости силового цилиндра 6 запол­ нены маслом. Так как при работе насоса на слив из-за сопротивле­ ния трубопроводов в системе создается некоторое давление (зави­ сящее от числа оборотов насоса), то и полости силового цилиндра также будут находиться под давлением. Это давление будет стре­ миться перемещать поршень, так как эффективные площади поршня неодинаковы (со стороны штока эффективная площадь меньше). Для того чтобы исключить перемещение поршня, необходимо не­ сколько увеличить давление в штоковой полости, уровняв этим уси­ лия на поршень с обеих сторон. Такое уравнивание происходит за счет обратной связи, которая перемещает корпус распределителя

293

относительно золотника, дросселируя поступление масла в полость с. большей эффективной площадью поршня. Таким образом, давле­ ния в реактивных камерах Л и В несколько различны и поэтому золотник находится в равновесном, но не точно в среднем положе­

нии.

При повороте рулевого колеса в какую-либо сторону золотник перемещается относительно корпуса распределителя и, перекрывая своими гребнями соответствующие каналы, сообщает одну из поло­ стей силового цилиндра с напорной магистралью насоса, а дру­ гую полость — со сливом, чем создается усилие на привод рулевого управления. При этом в одной из реактивных камер давление будет таким же, как в напорной магистрали, а в другой -- давление слив­ ной магистрали. Благодаря разности давлений па золотник будет действовать усилие, которое передается на сошку рулевого меха­ низма, создавая па рулевом колесе усилие, пропорциональное сопро­ тивлению поворота (следящее действие по силе). Это дает водите­ лю так называемое «чувство дороги». Если рулевое колесо останов­ лено повернутым на какой-то угол, например, при движении па по­ вороте с постоянным радиусом, то за счет обратной связи золот­ ник распределителя будет находиться в равновесном положении, при котором поршень силового цилиндра зафиксируется в соответ­ ствии с заданным радиусом поворота (следящее действие по пере­ мещению). При отпущенном рулевом колесе, когда последнее уста­ навливается в нейтральном положении, золотник также устанавли­ вается в начальном равновесном положении.

Если в распределительном устройстве установлены центрирую­ щие пружины, а реактивные камеры отсутствуют, то такой распре­ делитель обеспечивает следящее действие только по перемещению. Вместе с тем жесткость центрирующих пружин золотника распре­ делителя определяет чувствительность усилителя рулевого управ­ ления. До тех'пор пока центрирующая пружина не получит необхо­ димой деформации, усилитель не вступает в действие и управление происходит только за счет усилия прилагаемого водителем к руле­ вому колесу. Такое устройство ограничивает до известной степени возможность включения усилителя при случайных ударах колеса о неровности и возникновения при этом влияния управляемых колес. По этой причине центрирующие пружины часто устанавливаются и в распределителях, имеющих реактивные камеры.

По вышеописанной принципиальной схеме выполнен усилитель рулевого управления БТР-60П. Расположение механизмов гидро­

ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131. В рулевом механизме винт—шариковая гай­ ка, рейка — сектор гайка 2 закреплена в поршне 1 силового цилинд­ ра. Поршень, на котором нарезана рейка, может перемещаться в цилиндре, выполненном в картере рулевого механизма. Корпус рас-

29?