8.2 Розрахунок рульових механізмів

Розрахунок деталей рульового управління на міцність слід проводити виходячи з умовного розрахункового зусилля, що прикладається водієм до рульового колеса: Р_у=400 Н для легкових автомобілів і 600...700 Н - для вантажних [12,13].

У передачі “черв'як- ролик” напругу того зім'яло визначають по формулі

(8.8)

де  - кут нахилу нитки черв'яка, складає 15...30⁰;

F - площа контакту одного гребеня ролика з черв'яком

(8.9)

Значення кутів  і радіусів r приймають по кресленню рульового механізму (мал. 12). Напруга, що допускається на зім'яло []=7...10 МПа.

Мал.12. Зачеплення «черв'як-ролик»

У передачі “гвинт-гайка” напругу на зріз різьби визначають по осьовому зусиллю на рульовому валу

(8.10)

Площа зрізу ниток гайки визначається з виразу

(8.11)

де i - число ниток на довжині гайки;

d - внутрішній діаметр різьби;

h - висота нитки різьби.

Напруга зрізу не повинна перевищувати 20 МПа.

У передачі “винт-кулькова гайка” розрахунок проводиться по умовному радіальному навантаженню Р_ш на одну кульку

(8.12)

де n - число робочих витків;

z/5 - число робочих кульок на одному витку;

=45⁰ - кут контакту кульок.

Руйнуюче навантаження на кульку Р_разр приведена в ГОСТ 3722-60. Для ЗИЛ-130 (діаметр кульки 7,144 мм) Р_разр=27500 Н, а для МАЗ-500 (діаметр кульки 7,938) Р_разр=33500 Н.

Зуби черв'ячного сектора розраховуються на вигин

(8.13)

де h і b - висота і ширина зуба сектора;

t - крок витка черв'яка;

 - кут нахилу нитки черв'яка;

Р_х - осьове зусилля черв'яка.

Напруга, що допускається, не більше 800 МПа.

При розрахунку рульового механізму з вбудованим гідро-підсилювачем (типу ЗИЛ-130) до осьового зусилля на гвинту Р_х слід додати зусилля від гідро-підсилювача.

(8.14)

де Р_ж=6...8 МПа - тиск рідини в підсилювачі;

D - діаметр поршня підсилювача, см.

8.3. Розрахунок деталей механізму і приводу на міцність

Рульовий вал розраховується на кручення

МПа. (8.15)

Кут закручування валу повинен бути не більше 5...8⁰

(8.16)

де d_н і d_в - зовнішній і внутрішній діаметри валу.

Вал рульової сошки розраховується на кручення

МПа (8.17)

де d - діаметр валу сошки в небезпечному перетині.

За наявності підсилювача

(8.18)

де r - радіус додатку зусилля, що скручує.

Рульова сошка (мал.13а) розраховується на кручення і вигин в перетині О-О.

Зусилля на кульовому пальці за наявності вбудованого підсилювача Р_s і без нього P_s’ визначається по формулах

(8.19)

Напруга на вигин і кручення

(8.20)

Якщо небезпечний перетин еліпс, то

…

Напруга, що допускається, не більше 400 МПа.

Шаровий палець сошки розраховується на зім'яло і вигин

МПа; МПа (8.21)

де d_п - діаметр кульового пальця в небезпечному перетині;

d - діаметр кульової головки пальця (мал.13,а).

Мал.13. Схеми до розрахунку рульового приводу

Подовжня і поперечна рульова тяга перевіряється на стиснення і подовжню стійкість (Н)

(8.22)

де F - площа перетину тяги;

L - довжина тяги між центрами шарнірів;

Р_s - зусилля, що діє на подовжню тягу.

Зусилля Р на поперечній тязі визначається по формулі (мал.13,б)

(8.23)

Запас стійкості

(8.24)

Поворотні важелі цапфи розраховуються на складну напругу від вигину і кручення. Враховуючи, що в поворотні важелі встановлені кульові пальці, метод їх розрахунку аналогічний розрахунку рульової сошки. Довжина важелів, незалежно від конфігурації, приймається рівною S і l (мал.13,б).