2. Розрахунок рульового керування автомобіля

Рульове керування служить для зміни або підтримання обраного напрямку руху автомобіля і здійснення маневрування. В загальному воно складається з трьох основних частин: рульового механізму, рульового приводу і підсилювача.

Зміна напрямку руху автомобіля може здійснюватись чотирма способами:

• поворотом керованих коліс (коліс передньої осі, коліс кількох осей, коліс всіх осей);

• поворотом керованих осей або керованих візків (передньої осі, кількох осей, всіх осей або візків);

• складання ланок транспортного засобу (так званий опозитний спосіб повороту);

• бортовим способом (по-гусеничному).

З числа перелічених способів найбільше задовольняє вимогам споживачів автомобілів загального призначення спосіб повороту керованих коліс.

Оцінюючими параметрами рульового керування є кінематичне і силове передаточні числа, величина зазору в зачепленні і ККД рульового механізму і рульового приводу.

При виборі і обґрунтуванні конструкції органів рульового керування необхідно забезпечити виконання вимог до нього: витримка таких співвідношень між кутами кліс, за якого кочення всіх коліс не супроводжується їх бічним ковзанням; забезпечення узгодженості в кінематичному і силовому відношенні між поворотом рульового і керованого коліс; створення умов для забезпечення легкості керування і високої маневреності автомобіля.

Кінематичне передаточне число рульового приводу дорівнює відношенню елементарного кута повороту вала сошки до півсуми елементарних кутів і повороту відповідно внутрішнього і зовнішнього керованих коліс:

;

Величина не є постійною і залежить від положення ланок приводу. Тому її значення повинні визначатись графічно для різних кутів повороту коліс.

Кінематичне передаточне число рульового механізму в залежності від принципу, покладеного до основи його конструкції може бути постійним або змінним:

; ;

де і - зміна кутів повороту відповідно рульового колеса і вала сошки.

Враховуючи два останні вирази, загальне кінематичне передаточне число рульового керування:

;

Кут повороту рульового колеса сучасних автомобілів складає =540…1080⁰, кути повороту керованих коліс , кінематичні передаточні числа рульового керування вантажних автомобілів , легкових =13…22.

Силове передаточне число рульового керування дорівнює:

;

де G_k – сила тяжіння автомобіля, що припадає на керовані колеса, Н;

=0,018…0,022 – коефіцієнт опору кочення;

=0,6…0,8 – коефіцієнт зчеплення коліс з дорогою;

=(0,12…0,15)· - радіус ковзання шини, м;

- радіус кочення шини, м;

R= (0,20…),25)м – радіус рульового колеса, м;

= R – момент, який прикладається до рульового колеса, Н·м;

- зусилля, яке прикладається до рульового колеса, Н;

с – радіус обкочування керованого колеса м (для вантажних автомобілів с=0,05…0,12м, для легкових с=0,05…0,06 м).

В існуючих конструкціях сучасних автомобілів =100…300.

Рульовий привод.

Рулів привод, який уявляє собою систему тяг і важелів, служить для передачі зусилля від сошки на поворотні цапфи і здійснення заданої залежності між кутами повороту керованих коліс. Частина рульового приводу, яка забезпечує цю залежність, зветься рульовою трапецією.

Типові схеми рульового приводу представлені у .

Основною задачею кінематичного розрахунку є визначення оптимальних параметрів рульової трапеції.

Рульовий привод повинен забезпечувати поворот керованих коліс автомобіля на різні кути, значення яких (без урахування бокового відведення шин) знаходяться в залежності:

де - кути повороту відповідно зовнішнього і внутрішнього керованих коліс.

В – відстань між шарнірами (осями) повороту коліс, м;

L – повздовжня база автомобіля, м.

Для визначення відстані між осями повороту коліс В задаються довжиною поворотної цапфи L , яку можна прийняти рівною ширині профілю шини .

Довжина поперечної тяги:

, м

де =0,12…0,16

Для перевірки відповідності обраних розмірів рульової трапеції вимоги кочення коліс при повороті без бокового ковзання необхідно побудувати графік залежності ( ) за даними, одержаними аналітичним методом на основі виразу (6.29), і даними графічної побудови кінематики рульової трапеції. Аналітичний метод на основі виразу здійснюють

; (6.29)

Проводять обчислення кута повороту зовнішнього колеса при значеннях :0⁰, 5⁰,10⁰,15⁰,20⁰,25⁰,30⁰,40⁰.

Для реалізації графічного методу необхідно в масштабі не менше ніж 1:10 накреслити схему рульової трапеції і графічно повертаючи внутрішнє колесо в межах можливого кута повороту від 0⁰ до 40⁰ з кроком 5⁰, визначити кути повороту зовнішнього колеса .

Результати отримані при реалізації аналітичного і графічного методів необхідно представити у вигляді таблиці табл. 6.7 і графіка.

Таблиця 6.7

Кут повороту керованих коліс

Кут повороту колеса,град	Внутрішнього, ,0		0	5	10	15	10	25	30	35	40
	Зовнішнього ,0	Теоретичний
		Графічний

Обрані розміри рульової трапеції вважають задовільними, якщо при кутах повороту внутрішнього колеса до 20⁰ графічна та теоретична залежності співпадають, а при наближенні до 40⁰, їх розбіжність не перевищує 2…3⁰.

При виконанні даного розділу курсового проекту необхідно описати спосіб регулювання кута сходження керованих коліс, конструкцію шарнірних з’єднань та способи їх мащення, а при отриманні завдання на конструкторську розробку привода – провести розрахунки на міцність основних деталей: повздовжньої і поперечної тяг, елементів шарнірних з’єднань та ін.

Рульовий механізм

В сучасних автомобілях використовуються шестеренні, черв’ячні, гвинтові та кривошипні рульові механізми. До їх конструкції пред’являються спеціальні вимоги: високий ККД в прямому напрямку (від рульового колеса до керованих коліс) для полегшення керування автомобілем і знижений ККД в зворотному напрямку для зменшення сили поштовхів, які виникають при переїзді через нерівності; зворотність рульової пари; заданий характер зміни передаточного числа рульового механізму; травмобезпечність рульового механізму; та деякі загальні вимоги відносно матеріалоємності, технологічності виготовлення, вартості, простоти обслуговування та ремонтопридатності.

При виконанні курсового проекту, керуючись особливостями конструкції, компоновки і умов експлуатації автомобіля, необхідно обрати і обгрунтувати конструкцію рульового механізму і накреслити його кінематичну схему.

Міцнісний розрахунок деталей рульового механізму проводиться з урахуванням того, що найбільші навантаження в ньому виникають при повороті на місці керованих коліс на сухій асфальтобетонній опорній поверхні. Момент опору повороту коліс при цьому:

, Н· м

де - сумарний момент опору повороту коліс;

- момент тертя в рульовому приводі.

Момент опору повороту керованих коліс нерухомого автомобіля:

; Н· м

де G_KK – частина ваги автомобіля, яка припадає на керовані колеса;

- коефіцієнт опору коченню (для автомобілів загального призначення, які експлуатуються на дорогах з твердим покриттям ;

=0,7…0,85 – коефіцієнт зчеплення коліс з опорною поверхнею;

=(0,10…0,16) - радіус ковзання, м.

Необхідність виконання підсилювача рульового керування виникає в тому випадку, коли зусилля, яке необхідно прикласти водію до рульового колеса для повороту керованих коліс, перевищує 400 Н. Це зусилля визначається за виразом:

; Н· м

де R_рк – радіус рульового колеса, м; R_рк=(380…550) мм;

- кінематичне передаточне число рульового механізму;

- кінематичне передаточне число рульового приводу;

- відповідно ККД рульового механізму і рульового приводу ( .

При виконанні опису конструкції рульового механізму необхідно вказати спосіб забезпечення і проведення регулювань.

При включенні рульового механізму в спеціальне завдання курсового проекту слід визначити його геометричні параметри і провести розрахунки елементів на міцність.

Рульовий механізм з глобоїдним черв’яком і роликом.

Зачеплення такого типу забезпечує зубцям високу міцність на згинання. З цієї причини особлива увага в розрахунках приділяється зносостійкості та контактній міцності. Оцінка здійснюється за величиною напруг стискування, які з достатньою точністю можуть бути визначені за виразом:

де ;

і – кількість гребенів ролика, які передають зусилля;

r_1з і r_2з – зовнішні радіуси черв’яка і ролика;

і - центральні кути контактної площини;

=100…300 МПа – для три гребеневих роликів.

Рульовий механізм типу ”гвинт-гайка-рейка-сектор“

Для рульового механізму типу ”гвинт-гайка-рейка-сектор“ в ланці ”гвинт-кульова гайка“ визначають умовне навантаження на одну кульку:

де Q₁ – осьове зусилля, яке сприймається гайкою;

- кількість кульок, які знаходяться одночасно на одному витку за умови повного заповнювання канавки;

- кут контакту кульок з канавками ( =45…60⁰).

Контактна напруга, яка визначає напругу в парі кулька-поверхня канавки:

де - коефіцієнт, який залежить від кривизни поверхонь, що дотикаються (для існуючих конструкцій =0,6…0,8);

Е=200 ГПа – модуль пружності першого роду (для сталей);

d – діаметр кульки;

d_к – діаметр канавки гвинта (гайки);

- кут нахилу канавок гвинта (рейки).

Значення Q₁ знаходиться за виразом:

де =(0,1…1,5)кн. – зусилля на рульовому колесі;

R_м – радіус рульового колеса;

- відстань від осі гвинта до центру кульки.

Рульові механізми типу ”гвинт-гайка-рейка-сектор“ використовуються з підсилювачами рульового керування.

Рульовий механізм рейкового типу.

При проведенні розрахунків рейкового рульового механізму кількість зубців приводної шестерні приймають z₁=6…10.

де m=3,0…3,5 мм – модуль приводної шестерні;

L – довжина нарізаної частини рейки.

L=(ОА_к)sin2

де - максимальний кут повороту керованих коліс;

ОА_к – відстань від осі повороту колеса до шарніра рульової трапеції, встановленого на продовженні рейки.

Висота та товщина зубців рейки рульового механізму:

• висота зуба: h=(2·

• товщина зуба:Ѕ_у=0,5· · m

де - коефіцієнт висоти головки;

=0,25 – коефіцієнт радіального зазору.

Довжина рейки після уточнення:

L=(z-0.5)P_n

Відстань від базової поверхні до ролика при висоті рейки Н=20…30 мм, куті головного профілю =20⁰.

, мм

При проведенні розрахунку зубців рейки на міцність необхідно обчислити ширину зубчастої частини рейки.

ЛІТЕРАТУРА

1. Осепчугов В.В.,Фрумкин А.К. Аатомобили: Анализ конструкций, элементі расчёта.- М.: Машиностроение, 1989.- 302с.

2. Лукин П.П. и др. Конструирование и расчёт автомобиля.- М.: Машиностроение, 1984.- 376с.

3. Грабар І.Г. та ін. Атлас конструкцій агрегатів, вузлів та систем автомобіля: Навч. посібник.- Житомир: ЖДТУ,1999.- 288с.

4. Солтус А.П. та ін. Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля: Навч. посібник.- К.: Арістей,2006.- 176с.

5. Правила дорожнього руху України.

6. Лукин П.П. и др. Конструирование и расчёт автомобиля: Учебник.- М.: Машиностроение, 1984.- 376с.

7. Сирота В.І. Основи конструкції автомобілів: Навч. посібник.- К.: Арістей, 2005.- 280с.

З М І С Т

ВСТУП……………………………………………………………………4

1.Мета і задачі курсового проекту…………………………………………. ..5

2. Тематика і завдання курсового проекту…………………………………...6

3. Загальні методичні вказівки до виконання курсового проекту……….....12

3.1 Вимоги до оформлення графічної частини проекту……………………12

3.2 Вимоги до оформлення пояснювальної записки………………………..12

4. Аналіз найближчих аналогів, обґрунтування параметрів та розробка

компонувальної схеми автомобіля…………………………………………..14

4.1 Визначення параметрів маси автомобіля ………………………………..16

4.1.1 Уточнення колісної формули…………………………………………....19

4.2 Вибір шин автомобіля……………………………………………………...20

4.3 Вибір типу двигуна…………………………………………………… …...21

4.4 Вибір габаритної висоти та коефіцієнта опору повітря…………………..21

4.5 Вибір коефіцієнта корисної дії трансмісії…………………………………22

5. Тяговий розрахунок і визначення шляхово-швидкісних властивостей

автомобіля……………………………………………………………………..23

5.1 Визначення максимальної потужності двигуна…………………….. …23

5.2 Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна…………. …24

5.3 Визначення передаточних чисел трансмісії…………………………... …25

5.4 Побудова динамічної характеристики………………………………… …27

5.5 Кінематична схема трансмісії………………………………………………29

5.6 Побудова графіків часу і шляху розгону автомобіля………………..........33

5.7 Побудова паливно-економічної характеристики автомобіля…………….36

5.8 Гальмівні властивості автомобіля………………………………………….37

5.9 Стійкість автомобіля……………………………………………………..…38

5.10 Керованість автомобіля…………………………………………………....38

5.11 Плавність ходу автомобіля………………………………………………..40

6. Проектування вузлів та механізмів трансмісії, ходової частини,органів

керування…………………………………………………………………….41

6.1 Розрахунок елементів трансмісії …………………………………………41

6.1.1 Обгрунтування і вибір конструкції зчеплення…………………………42

6.1.2 Розрахунок коробки передач ……………………………………………45

6.1.3 Розрахунок карданної передачі………………………………………….59

6.1.4 Розрахунок головної передачі ………………………………………......50

6.1.5 Розрахунок диференціала……………………………………………......52

6.1.6 Розрахунок привода ведучих коліс……………………………………..54

6.2 Розрахунок елементів ходової системи ……………………………….....58

6.2.1 Описання конструкції мостів автомобіля ……………………………...58

6.2.2 Розрахунок підвісок автомобіля…………………………………………58

6.3 Розрахунок органів керування автомобілем………………………………64

6.3.1 Розрахунок гальмівного механізму………………………………………64

6.3.2 Розрахунок рульового керування автомобіля…………………………..68

Література…………………………………………………………………….......74

Додатки………………………………………………………………………77

Додаток 1

Міністерство освіти і науки України

Черкаський державний технологічний університет

Кафедра автомобілів та технологій їх експлуатації

Пояснювальна записка

до курсового проекту

з дисципліни ”Автомобілі“

Тема проекта: ”-------------------------“

Керівник проекта Студент гр.АВ-57

Доцент Грищенко О.М. Коваленко Л.Н.

До захисту

”------“ ---------------2008р.

М.Черкаси,2008р.

Додаток 2

ЗАВДАННЯ

до курсового проекту з

дисципліни ”Автомобілі“.

1. Прізвище, ім’я, по-батькові студента, група

2. Тип автомобіля

3. Об’єм двигуна, л (вантажопідйомність, кН; пасажиромісткість, чол..)

4. Максимальна швидкість, км/год.

5. Коефіцієнт опору дороги при максимальній швидкості

6. Умови експлуатації автомобіля

Розробка конструкції вузла:

1.------------------------

2.------------------------

Дата видачі завдання--------

Термін виконання ----------(15.12.08)

Керівник проекту

Додаток 3

Параметри автомобілів виробництва СРСР (СНД)

Автомобіль	mв, кг	mо, кг	mа, кг	m1,кг	m2, кг	Во, м	Но, м	Марка двигуна
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Легкові автомобілі загального призначення
ЗАЗ-1102
ВАЗ-2101		955	1355	615	740	1,611	1,44	ВАЗ-2101
ВАЗ-2102		1010	1440	630	810	1,611	1,454	ВАЗ-2101
ВАЗ-2103		1030	1430	656	774	1,611	1,446	ВАЗ-2103
ВАЗ-3108		900	1325	649	676	1,750	1,335	ВАЗ-2108
М2140		1045	1445	670	775	1,55	1,48	М-412Э
ГАЗ-24		1420	820	870	950	1,82	1,49	ЗМЗ-24Д
ГАЗ-3102		470	1870	890	980	1,846	1,476	ЗМЗ-402210
ГАЗ-14		2605	3165	1545	1620	2,02	1,58	ГАЗ-14
ЗИЛ-117		880	3255	1540	1715	2,068	1,25
ЗИЛ-4104		335	3800	1800	2000	2,088	1,5	ЗИЛ-4104
Легкові автомобілі підвищеної прохідності
ВАЗ-2121		150	1550	750	800	1,68	1,64	ВАЗ-2121
УАЗ-469		1650	2450	1020	1430	1,785	2,05	УАЗ-451МЧ
Вантажні малолітражні автомобілі
ИЖ-2715		1100	1590	630	960	1,6	1,76	М-412Э
УАЗ-451М		1540	2700	1200	1500	1,94	2,07	УМЗ-451М
УАЗ-452		1720	2670	1230	3410	1,94	2,07	УМЗ-451М
Вантажні бортові автомобілі загального призначення
ГАЗ-52-03	2500	2515	5465	1520	3945	2,38	2,19	ГАЗ-52-01
ГАЗ-53-А	4000	3250	7400	1810	5590	2,38	2,22	ЗМЗ-53
ЗИЛ-130	6000	4300	10525	2625	7900	2,5	2,4	ЗИЛ-130
ЗИЛ-133ГЯ	10000	7610	17835	4460	13375	2,5	3,35	КамАЗ-740
Урал-3774	7500	7225	14950	3950	11000	2,5	2,56	ЗИЛ-375ЛЧ
КамАЗ-5320	8000	7080	15305	4375	10930	2,5	3,65	КамАЗ-740
КамАЗ-53212	10000	8200	18425	4425	14000	2,5	3,65	КамАЗ-740
МАЗ-5335	8000	6725	14950	4950	10000	2,5	2,72	ЯМЗ-236
УрАЗ-25751	12000	10270	22500	4500	18000	2,65	2,67	ЯМЗ-238
Вантажні автомобілі підвищеної прохідності
ГАЗ-66	2000	3470	5800	2730	3070	2,322	2,52	ЗМЗ-66
ЗИЛ-131	5000	6460	11685	3200	8485	2,5	2,975	ЗИЛ-131
Урал-375Н	7000	7100	14925	4170	10755	2,5	2,6	ЗИЛ-375ЯЧ
Урал-4320	5000	10020	13245	4300	8945	2,5	2,87	КамАЗ-740
КрАЗ-255Б1	7500	11690	19415	5540	13975	2,75	3,175	ЯМЗ-238
КрАЗ-260	9000	12775	22000	6620	15380	2,722	3,155	ЯМЗ-238Л
Сідельні тягачі
ЗИЛ-130В1-76	6400	3860	10485	2485	8000	2,36	2,4	ЗИЛ-130
КАЗ-608В	4500	4000	8725	2800	5925	2,36	2,5	ЗИЛ-130

Продовження додатку 3

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Урал-377СН	7500	6830	14555	3555	11000	2,5	2,6	ЗИЛ-375ЯЧ
КамАЗ-5410	8100	6800	15125	-	-	2,5	2,63	КамАЗ-740
КамАЗ-54112	11000	7100	18325	-	-	2,5	2,63	КамАЗ-740
МАЗ-5429	7750	6540	14515	4535	10000	2,5	2,72	ЯМЗ-236
КрАЗ-255В1	8000	10430	18655	5410	13245	2,75	2,93	ЯМЗ-238
КрАЗ-260В	9500	10900	20900	6100	14800	2,722	2,985	ЯМЗ-238Л
МАЗ-6422	14700	9050	23900	5900	18000	2,5	2,97	ЯМЗ-238Ф
Автомобілі самоскиди
ГАЗ-САЗ-53Б	3550	3700	7400	1850	5550	2,475	2,675	ЗМЗ-53
ЗИЛ-ММЗ-555	5250	4570	10045	2915	7130	2,42	2,5	ЗИЛ-130
КамАЗ-5511	1000	9000	19150	4470	14680	2,5	2,7	КамАЗ-740
МАЗ-5549	8000	7225	15375	5375	10000	2,5	2,785	ЯМЗ-236
КрАЗ-256Б2	12000	10850	23015	4550	18465	2,64	2,83	ЯЧЗ-238
КрАЗ-6505	15500	11770	127500	6000	21500	2,48	2,970	ЯМЗ-238П

Додаток 4

Шини легкових автомобілів

Позначення шини	Gk,кН	Dn,мм	rст, мм	Vmax,м/с	Застосовується на автомобілях
1	2	3	4	5	6
Діагональні
155-13/6, 15-13	3,80	600	278	41,7	ЗАЗ-968, ВАЗ-2101
165-13/6, 45-13	4,17	610	285	41,7	ВАЗ-2102, М-2140
185-17/7, 35-14	5,50	668	310	44,4	ГАЗ-24
5,90-13	4,17	620	292	26,4	ЛvАЗ-965
6,40-13	4,91	645	303	38,9
8,40	7,60	791	370	27,8	УАЗ-469, УАЗ-451
175-16/6, 95-16	5,64	692	322	41,7	ВАЗ-2121
Радіальні
175/70R13	4,41	580	265	50	ВАЗ-2105, ВАЗ-2107
205/70R14	6,18	652	295	50	ГАЗ-3102
155/80R13	4,17	578	263	50
165/80R13	4,66	596	271	50	ВАЗ-2103, ВАЗ-2106
185/80R15	8,58	674	310	33,3	РАФ-2203
Шини вантажних автомобілів
З нерегульованим тиском
220-508 (7,50-20)	12,26	932	445	27,8	ГАЗ-52
240-508(8,20-20)	14,72	976	465	27,8	ГАЗ-53
260-508(9,ООR20)	20,11	1020	476	27,8	ЗИЛ-130,КаМАЗ-5320
280-508(10,ООR2Q)	26,49	1045	488	27,8
300-508(II,ООН20)	25,51	1080	505	27,8	МАЗ-5335, КрАЗ-6505
320-508Р(12,ООR20)	26,78	1120	525	25,0	МАЗ-5335,КрАЗ-6505
Із регульованим тиском
320-457(12,00-18)	18,15	1084	505	22,2	ГАЗ-66,ЗИЛ-157Д
340-457(13,00-18)	18,84	1132	525	27,8
320-508(12,00-20)	21,58	1142	530	22,2	ЗИЛ-131
370-508(14,00-20)	28,07	1260	583	23,6	Урал-375Д
410-508(16,00-20)	24,53	1384	632	19,4
1200 500-508	32,37	1177	540	22,2	Урал-377
1300 530-533	35,32	1280	585	19,4	КрАЗ-260
1500 600-635	49,05	1485	680	18,1
1600 600-685	70,88	1590	725	12,5