6.2. Рулевой вал

Рулевой вал нагружается моментом:

(6.6.)

Напряжение кручения полого рулевого вала

^(6.7)

Угол закручивания вала

^(6.8)

где: d_н и d_в - наружный и внутренний диаметры вала;

G - модуль сдвига 85 ГПа (8500 кг/мм²). Материал вала - сталь 20(ЗИЛ), сталь 45 (МАЗ).

6.3. Расчет рулевых механизмов

Глобоидальная пара "червяк - ролик".

Определяется контактное напряжение в зацеплении червяка и ролика.

^(6.9)

где: P_x - осевое усилие на червяке;

F - площадь контакта одного гребня ролика с червяком;

n - число гребней ролика.

^(6.10)

где: r_w0 - начальный радиус винтовой линии червяка по наименьшему сечению;

b - угол наклона винтовой линии.

Контактная площадь одного гребня ролика с червяком (рис.2.3).

^(6.11)

Рис. 6.3 Схема зацепления "червяк-ролик"

В передаче "винт-шариковая гайка" расчет производится по условной радиальной наг­рузке Pш на один шарик. (6.12)

где: n - число рабочих витков;

z - число рабочих шариков на одном витке;

a = 45° - угол контакта шариков с канавками.

Контактное напряжение, определяющее прочность шарика ,

! (6.13)

где: E - модуль упругости первого рода (E=200 ГПа);

d_ш - диаметр шарика;

d_к - диаметр канавки;

k_кр - ко­эффициент, зависящий от кривизны контактирующих поверхностей ( k_кр = 0,6-0,8).

Разрушающая нагрузка на шарик Р_разр приведена в ГОСТ 3722-81. Для ЗИЛ-130 (диаметр шарика 7,144 мм), Р_разр=27500Н, а для МАЗ-500 (диаметр шарика 7,938 мм) Р_разр=ЗЗ5ООН.

Наибольшие нагрузки в винтовой паре имеют место при неработающем усилителе.

Зубья сектора и рейки рассчитывают на изгиб и контактное напряжение по ГОСТ 21354-87, при этом конусностью зубьев сектора пренебрегают. Окружное усилие на зубьях сектора:

^(6.14)

где: r_сек - радиус начальной окружности сектора;

P_ж - максимальное давление жидкости в усилителе;

P_ж = (8-10) МПа;

D_гц - диаметр гидроцилиндра усилителя.

Второе слагаемое - для встроенного гидроусилителя.

6.4. Расчет деталей рулевого привода на прочность

Вал рулевой сошки рассчитывается на кручение

^(6.15)

где: d - диаметр вала сошки в опасном сечении.

При наличии усилителя

^(6.16)

где: r_сек - радиус сектора.

Рулевая сошка (рис.2.4,а) рассчитывается на кручение и изгиб в сечении 0-0.

Усилие на шаровом пальце Р_с (при наличии встроенного усилителя) и P^'_c (без усилителя) определяются по формулам:

^(6.17)

а) б)

Рис. 6.4. Схемы к расчету рулевого привода

Усилие на шаровом пальце сошки

изгибает сошку на плече q (от шарового пальца до опасного cечения 0-0) и од­новременно скручивает сошку на плече p. Максимальное напряжение изгиба будет в точке "а", а максимальное напряжение кручения - в точке "в". Эквивалентное напряжение растяжения в точке "а" опреде­ляется по формуле

^(6.18)

Напряжение кручения в точке "в" определяем по формуле

(6.19)

Если опасное сечение - эллипс, то

;

.

Допускаемые напряжения не более 400 МПа.

Шаровой палец сошки рассчитывается на смятие и изгиб

(6.20)

где: d - диаметр шаровой головки пальца;

d_п - диаметр шарового пальца в опасном сечении.

Напряжение среза

! ^(6.21)

где: F_п - сечение шарового пальца.

Таким же методом определяются нагрузки на шаровые пальцы всех шарнирных соединений рулевого привода.

Продольная и поперечная тяги проверяются на сжатие и продольную устойчивость.

Напряжение сжатия

^(6.22)

где: F - поперечное сечение трубы продольной тяги.

Критическое напряжение при продольном изгибе

^(6.23)

где: J_экв - экваториальный момент инерции сечения тяги,

L - длина тяги (по центрам шарниров).

Усилие на поперечной тяге определяется по формуле

^(6.24)

Запас устойчивости ^(6.25)

Поворотный рычаг и боковые рычаги трапеции нагружены изгибающей силой и скручивающим моментом. Расчет их производится аналогично расчету рулевой сошки.