Конструирование и расчет рулевого управления с шестеренным механизмом. Учебно-методическое пособие

ФГБОУ ВО Тувинский государственный университет Инженерно-технический факультет

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

С ШЕСТЕРЕННЫМ МЕХАНИЗМОМ

Учебно-методическое пособие по дисциплинам «Конструирование и расчет транспортно-

технологических машин и комплексов», «Конструирование подъемно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования», «Конструирование наземных транспортнотехнологических средств», «Устройство автомобилей», «Устройство тракторов и автомобилей»

Кызыл 2023

УДК 621.81 ББК 39.34-04я73 К65

Печатается по решению учебно-методического совета Тувинского государственного университета

Рецензенты Кайзер Ю.Ф. – к.т.н., доцент, заведующий кафедрой АвиаГСМ ИНиГ ФГАОУ

ВО «Сибирский федеральный университет», Сандан А.С. – к.т.н., доцент кафедры ОИД ИТФ ФГБОУ ВО «Тувинский государственный университет».

Конструирование и расчет рулевого управления с шестеренным механизмом : учебно-методическое пособие / составители С.И. Дамдын, Э.С. Монгуш, С-С.Ш. Саая – Кызыл : ТувГУ, 2023. – 58 с. – Текст : непосредственный.

Целью учебно-методического пособия является оказание помощи студентам при выполнении курсового проекта по теме: «конструирование и расчет рулевого управления с шестеренным механизмом» по дисциплинам «Конструирование и расчет транспортно-технологических машин и комплексов», «Конструирование подъемно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования», «Конструирование наземных транспортно-технологических средств». Изложены основные теоретические сведения, порядок расчёта рулевого управления автомобилей и тракторов, технические требования, а также справочные данные.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства и оборудование» и направления подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов».

© Тувинский государственный университет, 2023

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие предназначено для закрепления теоретических знаний и практических навыков по конструированию и расчету рулевого управления современных автомобилей и тракторов.

В учебно-методическом пособии приведены основные теоретические сведения, порядок расчёта рулевого управления автомобилей и тракторов, основные источники для выбора конструкционных материалов и выполнения расчетов на прочность.

Учебно-методическое пособие предназначено для оказания помощи при изучении рулевых приводов и рулевых механизмов по дисциплинам: «Конструирование и расчет транспортнотехнологических машин и комплексов», «Конструирование подъемно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования», «Конструирование наземных транспортнотехнологических средств», «Устройство автомобилей», «Устройство тракторов и автомобилей».

Приобретённые знания и навыки могут быть использованы при выполнении курсовых работ и выпускных квалификационных работах, а также в научно-исследовательских работах.

5

1. РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ

Рулевое управление в значительной степени обеспечивает безопасность движения.

В автомобилях рулевое управление осуществляется поворотом управляемых колес. Как правило управляемыми являются передние колесами. Задние управляемые колеса – специальные транспортные средства (автопогрузчики). Когда управляемыми являются и передние, и задние колеса – то задние колеса поворачивают на 7-9 градусов.

Расположение рулевого колеса зависит от принятого в стране направления движения. Правое рулевое управление принято в островных странах левосторонним движением (Великобритания, Япония). Левое рулевое управление применяется в материковых странах, где принято движение по правой стороне (СССР, США и др.).

1.1. Составные части рулевого управления

Рулевое управление состоит:

•- рулевого механизма,

•- рулевого привода

•- и иногда усилителя.

1.2.Основные технические параметры рулевого управления

Минимальный радиус поворота. Это расстояние от центра поворота до центра пятна контакта шины с дорогой (оси следа внешнего колеса) при наибольшем угле (θнmax) поворота управляемых колес – называется минимальным радиусом поворота (рис. 3.1.).

где, L – база автомобиля;

θнmax –поворот наружного управляемого колеса на максимальный угол.

Общий КПД рулевого управления. Определяется умножением количества полезного действия рулевого привода на количества полезного действия рулевого механизма.

ηру = ηрп * ηрм

где, ηрм – КПД рулевого механизма;

6

ηрп – КПД рулевого привода.

Угловое передаточное число рулевого управления. Это отношение элементарного угла поворота рулевого колеса (dα) к сумме элементарных углов поворота внутреннего колес (dθв) и наружного (dθн) колеса.

Угловое передаточное число рулевого управления переменна и зависит от передаточных чисел рулевого привода

Uрп и рулевого механизма Uрм:

Силовое передаточное число рулевого механизма.

Это отношение угла поворота рулевого колеса (αрк) к углу поворота вала сошки (αвс).

где, αрк – угол поворота рулевого колеса αвс – угол поворота вала сошки

Силовое передаточное число рулевого привода.

Это отношение длины поворотного рычага (S) к длине поперечной тяги (l) см. рисунок (7.1).

Uс.рп = S / l

Силовое передаточное число рулевого управления. Силовое передаточное число равна отношению моменту сопротивления повороту управляемых колёс к усилию, приложенному к рулевому колесу.

Uс = Мс / Мрк

где, Мс – момент сопротивления повороту; Мрк – момент, приложенный к рулевому колесу.

1.3. Классификация рулевого управления транспортных средств

1.По способу поворота автомобиля.

-поворотом управляемых колес.

-складыванием элементов

-вращение колес одного борта в обратную сторону.

-торможением колес одного борта.

2.По расположению управляемых колес.

7

•Двухосных автомобилях

-первой оси

-второй оси

-первой и второй оси.

•Трехосных автомобилях.

-первой оси

-первой и третей оси.

•Четырехосных автомобилях.

-первой и второй оси

-первой и третей оси

-всех осей

3. По расположению рулевого колеса.

-правое

-левое.

1.4.Требования к рулевому управлению

К рулевому управлению предъявляют следующие

требования:

•минимальный радиус поворота, меньшее значение обеспечивает хорошую маневренность;

•минимальное усилие на рулевом колесе, меньшее значение обеспечивает легкость управления автомобилем.

•пропорциональность усилий между рулевым колесом и моментом сопротивления повороту управляемых колес, т.е. силовое следящее действие;

•заданное соответствие между углом поворота рулевого колеса и углом поворота управляемых колес, т.е. кинематическое следящее действие.

•при повороте, минимальное боковое скольжения колес.

•от удара управляемых колес о неровности дороги, минимальное передача толчков на рулевое колесо.

•исключение самопроизвольного поворота управляемых колес при деформации упругих элементов подвески, т.е. кинематическая согласованность осей поворота деталей подвески с элементами рулевого управления.

•стабилизация управляемых колес, т.е. минимальное влияние пятна контакта шины с дорогой.

8

2. КОНСТРУКЦИИ РУЛЕВЫХ МЕХАНИЗМОВ

Рулевой механизм служит для передачи усилия от рулевого вала к рулевому приводу и для увеличения усилия приложенном водителем.

Рулевой вал может состоять из двух или трех валов, в зависимости от условий компоновки рулевого механизма, соединяемых карданными шарнирами.

Устройство. Рулевой механизм включает в себя:

•редуктор (пара зацепления), размещенная в картере,

•вал рулевой,

•колесо рулевое.

Шестеренные рулевые механизмы. Шестеренные рулевые (две шестеренки в редукторе) механизмы применятся редко.

2.1. Реечные рулевые механизмы

Наибольшее применение получили реечные рулевые механизмы.

Реечные рулевые механизмы (рейка-шестерня) просты в эксплуатации имеют простую конструкцию и наименьшую массу, компактны, надежны и имеют наименьшую стоимость по сравнению с рулевыми механизмами других типов.

Реечные рулевые механизмы применяются на многих автомобиля, легковых автомобилях малого, среднего и даже большого классов.

Достоинства – простота обслуживания при эксплуатации, компактность и надежность конструкции и наименьшая стоимость. Высокий прямой и обратный КПД = 0,9… 0,95.

Из-за высокого значения обратного КПД такой механизм без усилителя целесообразно устанавливать только на легковых автомобилях малого класса, так как в этом случае толчки со стороны дороги, которые передаются на рулевое колесо, в некоторой степени могут поглощаться в результате трения рейки и металлокерамического упора.

На легковых автомобилях более высокого класса необходим рулевой усилитель, который поглощает толчки.

9

С реечным рулевым механизмом можно применять четырехшарнирный рулевой привод при независимой подвеске колес.

Устройство. Их выполняют в виде редуктора из зубчатых колес или в виде пары из рейки и шестерни.

2.2. Червячные рулевых механизмы

Червячные рулевые механизмы применяют как на грузовых автомобилях и автобусах, так и на легковых (ВАЗ-2105,

06,07, Москвич-2140, ГАЗ-3102, ГАЗ53А, УАЗ и др.).

Устройство. Рулевые пары состоят из двухили трехгребневого ролика и глобоидного червяка.

Прямой КПД = 0,85, а обратный КПД = 0,70.

Регулировка. Все механизмы такого типа имеют две регулировки:

-при помощи прокладок под передней крышкой - осевой зазор;

-при помощи регулировочного винта - зацепления.

Червячно-секторный рулевой механизм. Наличие трения скольжения в паре обуславливает сравнительно низкий КПД – прямого = 0,65…0,75, и обратного = 0,55…0,6.

2.3. Винтовые рулевые механизмы

Винтовые рулевые механизмы могут иметь различное конструктивное исполнение: винторычажные («винт-гайка- рычаг», «качающийся винт и гайка», «винт и качающийся гайка») и винтореечные.

Винторычажные рулевые механизмы в настоящее время применяются редко, т.к. имеют низкий КПД и компенсировать износ регулировкой невозможно.

Винтореечные рулевые механизмы широко применяются на автомобилях всех типов (ЗИЛ, КамАЗ, МАЗ, БелАЗ, КАЗ, «Магирус» и др.).

Устройство. Включают в себя винт, шариковую гайкурейку и сектор, выполненный заодно целое с валом сошки.

2.4. Травмобезопасные рулевые механизмы

Рулевые механизмы относятся к элементам пассивной безопасности автомобиля. Рулевой вал с рулевым колесом может

10