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

φмах - максимальный коэффициент сцепления шины с поверхностью дороги ( max = 0,8 – для сухого

асфальтобетонного покрытия);

rk – радиус ведущего колеса автомобиля, М; Uтр – передаточное число трансмиссии.

Коэффициент запаса прочности материала здесь такой же, что и в первом расчетном режиме.

в) третий расчетный режим – по максимальным динамическим нагрузкам, наблюдающимся при переходных режимах движения автомобиля.

Расчетный крутящий момент на каком-то валу трансмиссии равен.

Мр = Кд*Ме.мах* Uтр; (Н*м)

где, Кд – коэффициент динамичности, равный отношению максимально возможного крутящего момента на ведущем валу коробки передач к максимальному моменту двигателя.

Ме.мах – максимальный крутящий момент двигателя. Большое влияние на величину динамических нагрузок в

трансмиссии автомобиля с фрикционным сцеплением оказывает:

•интенсивность торможения трансмиссионным тормозом,

•при резком торможении,

•темп включения сцепления при трогании с места

•при разгоне,

По результатам испытаний существующих моделей автомобилей значения коэффициента динамичности для легковых автомобилей Кд=1,5…2,0; грузовых автомобилей Кд=2,0…2,5 и для автомобилей высокой проходимости этот коэффициент в пределах Кд=2,5…3,0. А коэффициент запаса прочности выбранного материала nm=1,25…1,50.

При выполнении курсового проекта по расчету узлов автомобиля студент может рекомендовать использование второго расчетного режима при расчете раздаточных коробок, карданных передач (асинхронные и синхронные карданные шарниры в том числе), полуосей (приводов переднеприводных автомобилей в том числе), ведущих мостов.

По третьему расчетному режиму можно выполнять расчеты коробок передач, главных передач, дифференциалов.

21

Особенности выбора расчетного режима для тормозов заключается в том, чтобы предусмотреть торможение автомобиля с полным использованием силы сцепления заторможенных колес с дорогой до «юза».

Рис. 4.1. Силы и моменты, действующие на автомобиль: а - движущийся на подъеме; б – неподвижный.

Величина тормозного момента для данного колеса равняется:

здесь, колесо, Н.

Для двухосного автомобиля величины тормозных моментов переднего (Мm1) и заднего (Мm2) колёс определяется следующим образом:

где, Ga – сила тяжести автомобиля в снаряжённом состоянии, Н;

L – база автомобиля, м.

а, в и hg – расстояния до центра тяжести (расстояние от передней оси до центра тяжести, от центра тяжести до задней оси и высота центра тяжести от поверхности дорого соответственно), м.

φх = 0,40…0,55 - расчетная величина коэффициента сцепления шин с дорогой, не допускающая торможения колес «юзом».

22

При торможении с максимальной эффективностью на дорогах с x max будет иметь место блокировка передних колёс и движение их «юзом», что повлечет за собой потерю управляемости автомобиля. При x max раньше наступит

блокировка задних колес, что приведет к заносу автомобиля. Расчет на прочность деталей подвесок и мостов

производится по максимальным нагрузкам при движении автомобиля.

kg = Pmax/Pcm = max / cm ;

здесь, Pmax, max - максимальные нагрузки и напряжения в

деталях, Н, Мпа;

Pcm, cm - статические нагрузки и напряжения в деталях, Н.

МПа.

Динамические коэффициенты выбирают следующим образом: для дорог с ровным покрытием kg =1,2…1,7, для булыжного шоссе kg =1,5…2,0, для бездорожья kg =2,6…4,2.

При расчете рессор и пружин подвесок следует помнить, что амплитуда деформации для хода сжатия – не более 50 мм, для отбоя – не более 40 мм.

4.3 Расчетные режимы рулевого управления

Расчет конструкции рулевого управления включает:

•кинематический расчет рулевого управления;

•расчет на прочность деталей, узлов и механизмов.

Различают два основных вида расчета – проектный (при создании новой конструкции) и проверочный.

В первом случае на основании известных нагружений и материалов по выбранным допускаемым напряжениям определяют размеры (валов, шестерен и т.п.).

Во втором случае по известным нагрузкам и размерам деталей конструкций определяют напряжения.

При расчёте конструкции студент может использовать некоторые размеры деталей автомобилей – прототипов.

Нагрузки в деталях рулевого управления можно определить двумя способами:

1. задаваясь расчетным усилием на рулевом колесе;

23

2.определяя усилие на рулевом колесе по максимальному сопротивлению повороту управляемых колес на сухом асфальтобетонном покрытии при неподвижном автомобиле.

3.по моменту, вызванному при максимальном торможении одного из колес на сухом асфальтобетонном покрытии.

Втом и другом способах следует помнить, что усилия будут статическими. При движении автомобиля по плоским дорогам ряд деталей рулевого управления будут воспринимать динамические нагрузки, которые превышают статические в 1,5…3,0 раза (в зависимости от типа АТС и условий эксплуатации).

Так как объём расчётов всего рулевого управления большой, а по расчёту рулевых механизмов отсутствуют справочные данные по зацепляемым парам, предлагается данные по рулевым механизмам заимствовать у автомобиля-прототипа, а по рулевому приводу и гидравлическому усилителю выполнить проверочные расчету по предлагаемым двум способам.

Рулевое управление рассчитывается на прочность по следующим режимам нагружения:

а) максимальный момент, приложенный к рулевому колесу.

где, Рркмах – максимальное усилие, приложенное водителем к ободу рулевого колеса, Н;

Rрк – радиус рулевого колеса, м.

Максимальное усилие, приложенное водителем к ободу рулевого колеса можно принять:

•для грузовых автомобилей средней и высокой грузоподъемности, Рркмах= 400…600 Н,

•для автобусов, Рркмах= 400…500 Н,

•для грузовых автомобилей малой грузоподъёмности и легковых автомобилей, Рркмах=150…200 Н.

Если на основании расчетов усилия на рулевом колесе

будут превышать указанные значения, необходимо проектировать рулевой усилитель.

б) максимальная тормозная сила, приложенная к одному или двум управляемым колёсам на дороге с =0,8…1,0.

24

где, Rzk – нормальная реакция дороги

φ - коэффициент сцепления шины с дорогой в) наезд управляемых колес бордюры или при переезде

через пороговые препятствия разной высоты. Величина возникающих сил и моментов, при ударе, действующих на детали рулевого привода, зависит от массы и от скорости движения автомобиля, а также от способа наезда (левым колесом, правым колесом и одновременно двумя колёсами). Методика расчета по такому режиму довольно сложна, поэтому можно рекомендовать студенту расчетный режим по максимальному моменту, приложенному к рулевому колесу, и по максимальной тормозной силе, приложенной к двум или одному управляемым колёсам, при движении автомобиля по дороге с коэффициентом сцепления шин (φ =0,8…1,0).

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ И РАСЧЕТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Данный курсовой проект является продолжением курсовой работы, выполненной студентом в дисциплине «Конструкции и эксплуатационные свойства НТТМ». Прежде чем приступить к конструированию узла или агрегата автомобиля, конструктору необходимы исходные данные или техническое задание. Исходные данные, необходимые для расчета узла (агрегата) автомобиля, должны быть взяты студентом из результатов тягового расчета и из технической характеристики прототипа. Прототипом является тот автомобиль, который он рассчитывал в тяговом расчете, в дисциплине «Конструкции и эксплуатационные свойства НТТМ».

Выполняя задание по курсовому проектированию рулевого управления автомобиля, необходимо обосновать:

•выбранный тип рулевого механизма,

•выбранный рулевой привод

•произвести необходимые расчеты.

Схема рулевого управления автомобиля с зависимой передней подвеской представлена на рис. 5.1.

25

5.1. Варианты заданий

Выбор задания на курсовой проект. Тему курсового проекта выдает преподаватель. Прототип автомобиля выбирается самостоятельно студентом и согласовывает с преподавателем.

В соответствии с вариантом необходимо выполнить проектные и проверочные расчеты узла и деталей и оформить расчетно-пояснительную записку курсового проекта, а также выполнить сборочный чертеж узла или агрегата по прототипу, выполнить необходимые рабочие чертежи деталей.

Выбрать тип рулевого механизма и его основные размеры по прототипу:

•межосевое расстояние,

•диаметр вала сошки,

•длину вала сошки

•диаметр рулевого колеса,

•плечо обкатки,

•углы наклона шкворней и установки управляемых колес,

•углы установки управляемых колес

•длину рычага поворотной цапфы.

Определить момент сопротивления повороту управляемых колес, необходимые передаточные числа рулевого управления, рулевого механизма и рулевого привода, определить необходимость применения усилителя.

Построить рулевую трапецию и согласовать ее кинематику с кинематикой направляющего устройства подвески.

Определить размеры усилителя, диаметр силового цилиндра, диаметр и ход золотника, диаметры реактивных камер или плунжеров, параметры центрующих пружин. Построить рабочую характеристику усилителя. Рассчитать параметры гидросистемы усилителя.

Определить необходимые размеры и оценочные параметры рулевого механизма.

Выполнить прочностной расчет деталей рулевого управления, рулевого механизма, его вала, сошки и ее вала, тяг, шарниров, стенки гидроусилителя.

Расчетные режимы для расчета рулевого управления:

27

•по максимальному усилию, приложенному водителем к рулевому колесу;

•по моменту сопротивления повороту управляемых колес, на сухом и твердом покрытии;

•по моменту, вызванному торможением одного из колес, на сухом и твердом покрытии.

5.1.1 Оформление расчетно-пояснительной записки

Расчетно-пояснительная записка является составной частью курсового проекта. В ней даются обоснование и решение всех рассматриваемых в работе вопросов. Расчетнопояснительную записку пишут на листах писчей бумаги (формата А4) и оформляют в соответствии со стандартом предприятия СП 3.1-87, и ЕСКД.

Расчеты сопровождаются подробным описанием конструкции разрабатываемого агрегата, его назначения и принципа работы, расчёт основных деталей агрегата с приведением расчетных схем, эпюр нагрузок и напряжений.

При описании конструкции разрабатываемого агрегата необходимо ссылаться на его кинематическую схему и сборочный чертеж.

Необходимо указать марку стали, для каждой рассчитываемой детали на прочность и показатели, характеризующие её механические свойства и принятые режимы термической обработки.

Комплектование расчетно-пояснительной записки осуществляют в следующей последовательности:

1.Титульный лист.

2.Оглавление.

3.Задание.

4.Содержание.

5.Введение.

6.Назначение, классификация, требования к разрабатываемому узлу.

7.Описание устройства конструкций и принципа его работы.

8.Расчёт конструкции.

9.Выводы.

28

10.Список литературы.

11.Приложения.

5.1.2 Оформление графической части

Графическая часть курсового проекта должна быть выполнена на двух листах. На первом листе выполняется сборочный чертеж разрабатываемого узла (агрегата) автомобиля (формат А1). На втором листе выполняют рабочие чертежи основных рассчитанных деталей, сборочной единицы (не менее двух сопряженных деталей). Формат чертежа студент выбирает самостоятельно. Для студентов очной формы обучения, детали, для которых необходимо выполнение рабочих чертежей, определяет преподаватель.

На сборочном чертеже наносят габаритные, установочные, присоединительные, посадочные, межосевые размеры, условные обозначения соединений и нумерацию деталей и сборочных единиц. При выполнении сборочного чертежа присоединительные и установочные размеры разрабатываемого узла должны соответствовать прототипу. Габаритные размеры должны обеспечить компоновку узла. Также, сборочный чертеж должен содержать техническую характеристику и технические требования к сборке разработанного узла.

На рабочих чертежах проставляют все выполняемые по данному чертежу размеры и численные значения предельных отклонений и посадок, необходимые для изготовления деталей. Обязательно указывают требования к погрешности формы и расположению поверхностей, шероховатость и чистоту обработки поверхностей, и технические требования к изготовлению детали. На основной надписи указывается материал детали.

Все графические работы должны соответствовать общим правилам выполнения чертежей ЕСКД (единой системе конструкторской документации).

Графическая часть курсового проекта включает в себя два листа формата А1:

- первый лист: сборочный чертеж рулевого механизма; -второй лист: рабочие чертежи нескольких (2-3) деталей рулевого

механизма.

29

Если выполнены расчеты рулевого усилителя, то часть усилителя рулевого управления можно показать или на первом, или на втором листах в зависимости от компоновочной схемы рулевого управления.

5.2. Данные для расчета

Величина минимального радиуса поворота автомобиля (Rmin) приводится в технических характеристиках автомобиля и, выполняя проект, следует ориентироваться на величины – прототипов (приложение 1).

Кинематические передаточные числа современных рулевых механизмов:

•UPM = 13…22 – для легковых автомобилей

•UPM = 20…25 – для грузовых.

При выборе передаточных чисел следует ориентироваться на конструкции рулевых управлений автомобилей-прототипов (приложение 2).

В (приложение 3) приведены данные о типах рулевых механизмов и основных характеристиках рулевых управлений некоторых отечественных автомобилей.

При выборе типа передачи рулевого механизма, рекомендуется использовать определенные типы рулевых механизмов (приложение 4). При нагрузке на управляемый мост менее 12 кН возможно применение реечных механизмов.

Численные значения прямого ηРМ ↑ и обратного ηРМ ↓ КПД

30