Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Механізми управління
1. Рульове управління
Призначення рульового керування та схема повороту автомобіля
Рульове керування служить для зміни напрямку руху автомобіля поворотом передніх керованих коліс. Воно складається з кермового механізму та кермового приводу. На вантажних автомобілях великої вантажопідйомності в кермовому керуванні застосовують підсилювач, який полегшує керування автомобілем, зменшує поштовхи на кермо і підвищує безпеку руху.
Схема повороту автомобіля
Рульовий механізм служить для збільшення та передачі на кермовий привід зусилля, що додається водієм до кермового колеса. Рульовий механізм перетворює обертання кермового колеса в поступальне переміщення тяг приводу, що викликає поворот керованих коліс. При цьому зусилля, що передається водієм, від рульового колеса до колес, що повертаються, зростає в багато разів.
Рульовий привід спільно з кермовим механізмом передає керуюче зусилля від водія безпосередньо до колес і забезпечує цим поворот керованих коліс на кут, що задається.
Щоб здійснити поворот без бокового ковзання коліс, всі вони повинні котитися по дугах різної довжини, описаних з центру повороту див. рис. При цьому передні колеса повинні повертатися на різні кути. Внутрішнє по відношенню до центру повороту колесо повертається на кут альфа-В, зовнішнє - на менший кут альфа-Н. Це забезпечується з'єднанням тяг та важелів рульового приводу у формі трапеції. Підставою трапеції служить балка 1 переднього моста автомобіля, бічними сторонами є лівий 4 і правий поворотні 2 важелі, а вершину трапеції утворює поперечна тяга 3, яка з'єднується з важелями шарнірно. До важелів 4 і 2 жорстко приєднані поворотні цапфи коліс 5.
Один з поворотних важелів, найчастіше лівий важіль 4, має зв'язок з кермовим механізмом через поздовжню тягу 6. Таким чином, при приведенні в дію кермового механізму поздовжня тяга, переміщуючись вперед або назад, викликає поворот обох коліс на різні кути відповідно до схеми повороту .
механізм керування кермовий автомобіль
Схеми кермового управління
Розташування та взаємодія деталей рульового управління, що не має підсилювача, можна розглянути на схемі (див. рисунок). Тут кермовий механізм складається з кермового колеса 3, кермового валу 2 і кермової передачі 1, утвореної зачепленням черв'ячної шестерні (черв'яка) із зубчастим стопором, на вал якого кріпиться сошка 9 рульового приводу. Сошка та всі інші деталі рульового управління: поздовжня тяга 8, верхній важіль лівої поворотної цапфи 7, нижні важелі 5 лівої та правої поворотних цапф, поперечна тяга 6 складають кермовий привід.
Поворот керованих коліс відбувається при обертанні рульового колеса 3, яке через вал 2 передає обертання рульової передачі 1. При цьому черв'як передачі, що знаходиться в зачепленні з сектором, починає переміщувати сектор вгору або вниз за своєю нарізкою. Вал сектора приходить у обертання і відхиляє сошку 9, яка своїм верхнім кінцем насаджена на частину валу сектора, що виступає. Відхилення сошки передається поздовжній тязі 8, яка переміщається вздовж осі. Поздовжня тяга 8 пов'язана через верхній важіль 7 з поворотною цапфою 4 тому її переміщення викликає поворот лівої поворотної цапфи. Від неї зусилля повороту через нижні важелі 5 та поперечну тягу 6 передається правій цапфі. Таким чином відбувається поворот обох коліс.
Керовані колеса повертаються кермовим керуванням на обмежений кут, що дорівнює 28-35 °. Обмеження вводиться для того, щоб виключити при повороті зачіскання колесами деталей підвіски або кузова автомобіля.
Конструкція кермового управління дуже залежить від типу підвіски керованих коліс. При залежній підвісці передніх коліс у принципі зберігається схема кермового управління, наведена на (рис. а), при незалежній підвісці (рис. 6) кермовий привід дещо ускладнюється.
2. Основні типи рульових механізмів та приводів
Рульовий механізм
Він забезпечує поворот керованих коліс із невеликим зусиллям на рульовому колесі. Це може бути досягнуто за рахунок збільшення передавального числа кермового механізму. Однак передавальне число обмежене кількістю обертів кермового колеса. Якщо вибрати передавальне число з кількістю оборотів рульового колеса більше 2-3, то істотно збільшується час, необхідний поворот автомобіля, а це неприпустимо за умовами руху. Тому передавальне число в кермових механізмах обмежують в межах 20-30, а для зменшення зусилля на кермовому колесі в кермовий механізм або привід вбудовують підсилювач.
Обмеження передавального числа рульового механізму також пов'язане з властивістю оборотності, тобто здатністю передавати зворотне обертання через механізм рульове колесо. При великих передавальних числах збільшується тертя в зачепленнях механізму, властивість оборотності пропадає і повернення керованих коліс після повороту в прямолінійне положення виявляється неможливим.
Рульові механізми в залежності від типу кермової передачі поділяють на:
· Черв'якові,
· Гвинтові,
· Шестерні.
Рульовий механізм з передачею типу черв'як - ролик має як провідну ланку черв'як, закріплений на рульовому валу, а ролик встановлений на роликовому підшипнику на одному валу з сошкою. Щоб зробити повне зачеплення при великому куті повороту хробака, нарізку хробака виконують по дузі кола - глобоїді. Такий черв'як називають глобоїдним.
У гвинтовому механізмі обертання гвинта, пов'язаного з кермовим валом, передається гайці, яка закінчується рейкою, зачепленою із зубчастим сектором, а сектор встановлений на одному валу із сошкою. Такий кермовий механізм утворений кермовий передачею типу гвинт-гайка-сектор.
У шестерних рульових механізмах рульова передача утворюється циліндричними або конічними шестернями, до них відносять передачу типу шестерня-рейка. В останніх циліндрична шестерня пов'язана з кермовим валом, а рейка, зачеплена із зубами шестерні, виконує роль поперечної тяги. Рейкові передачі та передачі типу черв'як-ролик переважно застосовують на легкових автомобілях, оскільки забезпечують порівняно невелике передавальне число. Для вантажних автомобілів використовують кермові передачі типу черв'як-сектор і гвинт-гайка-сектор, забезпечені або вбудованим у механізм підсилювачами, або підсилювачами, винесеними в кермовий привід.
Рульовий привід
Рульовий привід призначений передачі зусилля від рульового механізму на керовані колеса, забезпечуючи у своїй їх поворот на різні кути. Конструкції рульового приводу відрізняються розташуванням важелів і тяг, що становлять рульову трапецію, по відношенню до передньої осі. Якщо рульова трапеція знаходиться попереду передньої осі, то така конструкція рульового приводу називається передньою рульовою трапецією, при задньому розташуванні - задньою трапецією. Великий вплив на конструктивне виконання та схему кермової трапеції має конструкція підвіски передніх коліс.
При залежній підвісці кермовий привід має простішу конструкцію, оскільки складається з мінімуму деталей. Поперечна рульова тяга в цьому випадку зроблена цільною, а сошка хитається в площині паралельної поздовжньої осі автомобіля. Можна зробити привід і з сошкою, що гойдається в площині, паралельній передньому мосту. Тоді поздовжня тяга буде відсутня, а зусилля від сошки передається прямо на дві поперечні тяги, пов'язані з цапфами коліс.
При незалежній підвісці передніх коліс схема рульового приводу конструктивно складніша. У цьому випадку з'являються додаткові деталі приводу, яких немає у схемі із залежною підвіскою коліс. Змінюється конструкція поперечної кермової тяги. Вона зроблена розчленованою, що складається з трьох частин: основний поперечної тяги 4 і двох бічних тяг - лівої 3 і правої 6. Для опори основної тяги 4 служить маятниковий важіль 5, який за формою та розмірами відповідає сошці 1. З'єднання бічних поперечних тяг з поворотними важелями 2 цапф та з основною поперечною тягою виконано за допомогою шарнірів, які допускають незалежні переміщення коліс у вертикальній площині. Розглянута схема кермового приводу застосовується головним чином легкових автомобілях.
Рульовий привід, будучи частиною кермового керування автомобіля, забезпечує не тільки можливість повороту керованих коліс, але й допускає коливання коліс при наїзді ними на нерівності дороги. При цьому деталі приводу одержують відносні переміщення у вертикальній та горизонтальній площинах і на повороті передають зусилля, що повертають колеса. З'єднання деталей за будь-якої схеми приводу виробляють за допомогою шарнірів кульових або циліндричних.
3. Пристрій та робота кермових механізмів
Рульовий механізмз передачею типу черв'як - ролик
Він широко поширений на легкових та вантажних автомобілях. Основними деталями рульового механізму є рульове колесо 4, рульовий вал 5, встановлений в рульовій колонці 3 і з'єднаний з глобоїдним черв'яком 1. Черв'як встановлений в картері 6 рульової передачі на двох конічних підшипниках 2 і зачеплений з тригребневим роликом 7, який обертається . Вісь ролика закріплена у вильчатом кривошипі вала 8 сошки, що спирається на втулку і роликовий підшипник в картері 6. Зачеплення черв'яка та ролика регулюють болтом 9, в паз якого вставлений ступінчастий хвостовик вала сошки. Фіксація заданого зазору в зачепленні черв'яка з роликом проводиться фігурною шайбою зі штифтом та гайкою.
Рульовий механізм автомобіля ГАЗ-53А
Картер 6 рульової передачі закріплений болтами до лонжерону рами. Верхній кінець рульового валу має конічні шліци, на які посаджено та закріплено гайкою рульове колесо.
Рульовий механізм із передачею типу гвинт - гайка - рейка - сектор із підсилювачем
Його застосовують у рульовому управлінні автомобіля ЗІЛ-130. Підсилювач рульового управління об'єднаний конструктивно з рульовою передачею в один агрегат і має гідропривід від насоса 2, який приводиться в дію ременем клиновим від шківа колінчастого вала. Рульова колонка 4 з'єднана з кермовим механізмом через 1 короткий карданний вал 3, так як осі рульового валу і рульового механізму не збігаються. Це зроблено зменшення габаритних розмірів рульового управління.
Рульовий механізм автомобіля
На наступному малюнку показано пристрій кермового механізму. Основною частиною є картер 1, що має форму циліндра. Усередині циліндра розміщені поршень - рейка 10 з жорстко закріпленою в ньому гайкою 3. Гайка має внутрішню нарізку у вигляді напівкруглої канавки, куди закладені кульки 4. За допомогою кульок гайка зачеплена з гвинтом 2, який, у свою чергу, з'єднаний з кермовим валом 5. верхній частині картера до нього кріпиться корпус 6 клапана управління гідропідсилювачем. Керуючим елементом у клапані є золотник 7. Виконавчим механізмом гідропідсилювача служить поршень - рейка 10, ущільнений в циліндрі картера за допомогою поршневих кілець. Рейка поршня з'єднана нарізкою із зубчастим сектором 9 вала 8 сошки.
Влаштування кермового механізму з вбудованим гідропідсилювачем
Обертання рульового валу перетворюється передачею рульового механізму в переміщення гайки - поршня гвинтом. При цьому зубці рейки повертають сектор і вал із закріпленою на ньому сошкою, завдяки чому відбувається поворот керованих коліс.
При двигуні насос гідропідсилювача подає масло під тиском в гідропідсилювач, внаслідок чого при здійсненні повороту підсилювач розвиває додаткове зусилля, що прикладається до рульового приводу. Принцип дії підсилювача заснований на використанні тиску олії на торці поршня - рейки, що створює додаткову силу, що пересуває поршень і полегшує поворот керованих коліс. [1]
Схема повороту автомобіля
Одна з найважливіших систем транспортного засобу з точки зору безпеки руху - система кермового управління, що забезпечує його рух (поворот) у заданому напрямку. Залежно від конструктивних особливостей колісних ТС розрізняють три способи повороту:
За допомогою повороту керованих коліс однієї, декількох або всіх осей
Створенням різниці швидкостей некерованих коліс правого та лівого бортів машин (поворот «погусеничного»)
Взаємним примусовим поворотом ланок щарнірно-зчленованого ТЗ
Багато- або дволанкові колісні ТЗ (автопоїзди), що складаються з колісного тягача, причепа (причепів) або напівпричепа (напівпричепів), здійснюють поворот за допомогою керованих коліс тільки тягача або тягача та причіпної (напівпричіпної) ланки.
Найбільшого поширення набули схеми колісних машин з поворотними (керованими) колесами.
При збільшенні числа пар керованих коліс зменшується мінімально можливий радіус повороту машини, тобто покращуються маневрені якості ТС. Однак прагнення покращити маневреність за рахунок застосування передніх та задніх керованих коліс суттєво ускладнює конструкцію приводу керування ними. Максимальний кут повороту керованих коліс зазвичай не перевищує 35...40 °.
Схеми повороту двох-, трьох- та чотиривісних колісних машин з керованими колесами
Рис. Схеми повороту двох-, трьох-і чотиривісних колісних машин з керованими колесами: а б - передніми; в - передніми та задніми; е, ж - першої та другої осей; з - всіх осей
Схеми повороту колісної машини з некерованими колесами
Рис. Схеми повороту колісної машини з некерованими колесами:
а - з великим радіусом повороту; б - з нульовим радіусом; Про - центр повороту; V1, V2 - швидкості руху відстаючого і забігаючого бортів машини
Поворотом керованих коліс ТС водій змушує його пересуватися траєкторією заданої кривизни відповідно до кутів повороту коліс. Чим більший кут їхнього повороту щодо поздовжньої осі машини, тим менший радіус повороту ТС.
Схема повороту «по-гусеничному» принципу використовується порівняно рідко та переважно на спеціальних ТЗ. Прикладом може бути колісний тягач з неповоротними колесами і трансмісією, що забезпечує поворот тягача практично навколо його геометричного центру. Таку ж схему повороту має вітчизняний місяцехід, що має електромотор-колеса з формулою 8Ч8. Поворот подібних ТЗ здійснюється при неоднаковій швидкості коліс різних бортів машини. Таке управління поворотом найбільш просто забезпечити припиненням подачі крутного моменту на борт машини, що відстає при повороті, швидкість коліс якого зменшується внаслідок їх підгальмовування. Чим більша різниця швидкостей забігає V2, тобто. зовнішнього по відношенню до центру повороту (точка), і відстаючого V1 (внутрішнього по відношенню до центру повороту) бортів машини, тим менше радіус її криволінійного руху. В ідеальному випадку, якщо швидкості всіх коліс обох бортів дорівнюватимуть, але спрямовані в протилежні сторони (V2 = -V1), ми отримаємо нульовий радіус повороту, тобто машина повертатиметься навколо свого геометричного центру.
Основними недоліками ТЗ з некерованими колесами є підвищена витрата потужності на скоєння повороту та більший знос шин порівняно з автомобілями, що мають керовані колеса.
Шарнірносчленовані схеми повороту ТС для інженерних тягачів. Ці машини мають гарну маневреність (мінімальний радіус повороту у них менше, ніж у звичайних автомобілів з такою ж базою і кращою пристосовністю до нерівностей дороги (через наявність шарнірів у зчіпному пристрої тягача та причіпної ланки), а також забезпечують можливість використання коліс великого діаметру , Що покращує прохідність цих МС.
Розміщено на Allbest.ru
Подібні документи
Забезпечення руху автомобіля у заданому водієм напрямку як основне призначення кермового керування автомобіля Камаз-5311. Класифікація кермових механізмів. Влаштування кермового управління, принцип його роботи. Технічне обслуговування та ремонт.
курсова робота , доданий 14.07.2016
Огляд схем та конструкцій кермових управлінь автомобілів. Опис роботи, регулювань та технічних характеристик вузла, що проектується. Кінематичний, гідравлічний та силовий розрахунок рульового управління. Розрахунки міцності елементів рульового управління.
курсова робота , доданий 25.12.2011
Основна причина пробок та найкращий варіант уникнути міської пробки. Особливості керування автомобілем у пробці. Перебудова для повороту суцільному потоці. Об'їзд перешкоди, що виникла. Проїзд регульованих перехресть. Виїзд на головну дорогу.
реферат, доданий 06.02.2008
Розрахунок кермового керування автомобіля. Силове передавальне число кермового керування. Момент опору повороту керованих коліс. Розрахунок конструкції кермових механізмів. Розрахунок гальмівних механізмів, підсилювачів гальмівних гідроприводів автомобіля.
методичка , доданий 19.01.2015
Аналіз робочих процесів агрегатів (зчеплення, підвіски), кермового та гальмівного керування автомобіля. Кінематичний та міцнісний розрахунок механізмів та деталей автомобіля Москвич-2140. Визначення показників плавності ходу автомобіля (підвіска).
курсова робота , доданий 01.03.2011
Влаштування рульового приводу вантажного автомобіля. Зовнішній контроль стану деталей приводу, оцінка роботи обмежувачів повороту. Регулювання зазорів у поздовжній тязі. Перелік можливих несправностей, пов'язаних із кермовим приводом.
курсова робота , доданий 22.05.2013
Загальне влаштування автомобіля та призначення його основних частин. Робочий цикл двигуна, параметри його роботи та влаштування механізмів та систем. Агрегати силової передачі, ходової частини та підвіски, електрообладнання, рульового керування, гальмівної системи.
реферат, доданий 17.11.2009
Роздавальна та додаткова коробки передач. Знижувальна передача у роздавальній коробці автомобіля. Призначення та типи кермових механізмів. Схема приводу робочої гальмівної системи автомобіля ГАЗ-3307. Призначення та загальний пристрій причепів-важковозів.
контрольна робота , доданий 03.03.2011
Технологічний процес ремонту кермового керування автомобіля ВАЗ 2104. Збільшений вільний хід кермового колеса. Вимірник сумарного люфта кермового керування. Стенд розвал-сходження, його тестування. Обладнання та інструмент для ремонту.
дипломна робота , доданий 25.12.2014
Призначення та загальна характеристика рульового керування автомобіля КамАЗ-5320 та колісного трактора МТЗ-80 з гідропідсилювачем. Основні регулювання кермового управління. Можливі несправності та технічне обслуговування. Насос гідравлічного підсилювача.
Розрахунок елементів кермового управління
Навантаження в елементах рульового управління та рульового приводу визначаються на підставі наступних двох розрахункових випадків
За заданим розрахунковим зусиллям на рульовому колесі;
За максимальним опором повороту керованих коліс на місці.
Під час руху автомобіля по дорогах з нерівною поверхнею або при гальмуванні з різними коефіцієнтами зчеплення під керованими колесами ряд деталей кермового керування сприймає динамічні навантаження, які лімітують міцність та надійність кермового керування. Динамічне вплив враховується запровадженням коефіцієнта динамічності до д = 1,5...3,0.
Розрахункове зусилля на рульовому колесі для легкових автомобілів P PK = 700 H. Для визначення зусилля на рульовому колесі за максимальним опором повороту керованих коліс на місці 166 Рульове управління необхідно розрахувати момент опору повороту за наступною емпіричною формулою
M c = (2р о/3) V О 'к/р ш ,
де р о - коефіцієнт зчеплення при повороті колеса на місці ((ро = 0,9 ... 1,0), G k - навантаження на кероване колесо, р ш - тиск повітря в шині.
Зусилля на рульовому колесі для повороту на місці
Р ш = Mc / (u a R PK nPp y),
де ua - кутове передавальне число.
Якщо обчислене значення зусилля на рульовому колесі перевищує зазначене вище умовне розрахункове зусилля, то на автомобілі потрібне встановлення рульового підсилювача. Рульовий вал. У більшості конструкцій виконують порожнистим. Рульовий вал навантажується моментом
М РК = P PK R PK .
Напруга крутіння порожнього валу
т = M PK D/. (8.4)
Допустима напруга [т] = 100 МПа.
Перевіряється також кут закрутки кермового валу, який допускається в межах 5...8° на один метр довжини валу.
Рульовий механізм. Для механізму, що включає глобоїдний черв'як та ролик, визначається контактна напруга в зачепленні
про = Px / (Fn), (8.5)
P x - осьове зусилля, що сприймається черв'яком; F - площа контакту одного гребеня ролика з черв'яком (сума площ двох сегментів, рис. 8.4), і число гребенів ролика.
Осьова сила
Px = Мрк / (r wo tgP),
Матеріал черв'яка-ціанована сталь ЗОХ, 35Х, 40Х, ЗОХН; матеріал ролика - цементована сталь 12ХНЗА, 15ХН.
Допустима напруга [а] = 7...8МПа.
Для вінторієчного механізму у ланці "гвинт-кулькова гайка" визначають умовне радіальне навантаження P 0 на одну кульку
Р ш = 5P x / (mz COs - $ кін),
де m – число робочих витків, z – число кульок на одному витку, 8 кон – кут контакту кульок з канавками (д кон = 45 o).
Контактна напруга, що визначає міцність кульки
де Е - модуль пружності, d m - діаметр кульки, d k - діаметр канавки, к к - коефіцієнт, що залежить від
кривизни контактуючих поверхонь (к кр = 0,6 ... 0,8).
Допустима напруга [а(Ж) = 2500..3500 МПа виходячи з діаметра кульки.По ГОСТ 3722-81 має бути визначено руйнівне навантаження, що діє на одну кульку.
Розрахунок елементів кермового управління - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Розрахунок елементів кермового управління" 2015, 2017-2018.
Вступ
З кожним роком автомобільний рух на дорогах Росії неухильно зростає. У таких умовах найважливішого значення набуває конструкція транспортних засобів, що відповідає сучасним вимогам безпеки руху.
На безпеку руху величезний вплив має конструкція кермового управління, як найважливіший фактор взаємодії водія з дорогою. Для поліпшення характеристик кермового управління його конструкцію додають різні типи підсилювачів. У нашій країні підсилювачі кермового управління застосовують практично лише на вантажних автомобілях та автобусах. За кордоном все більше легкових автомобілів мають кермо з підсилювачами, в тому числі і легкові автомобілі середнього і навіть малого класів, оскільки кермо з підсилювачем має безперечну перевагу перед звичайним, забезпечує набагато більший комфорт і безпеку руху.
1.1 Вихідні дані для проектування кермового керування
Параметри шасі залежать від типу кузова, розташування двигуна та коробки передач, розподілу мас автомобіля та його зовнішніх розмірів. У свою чергу, схема та конструкція кермового управління залежать як від параметрів всього автомобіля, так і від прийнятих рішень щодо схеми та конструкції інших елементів шасі та приводу. Схема та конструкція кермового управління визначаються на ранніх етапах проектування автомобіля.
Основою для вибору способу керування та компонувальної схеми рульового управління є прийняті на етапі ескізного проектування характеристики та конструктивні рішення, як то: максимальна швидкість руху, розміри бази, колії, колісна формула, розподіл навантаження по осях, мінімальний радіус повороту автомобіля.
У нашому випадку, необхідно спроектувати кермо для легкового автомобіля малого класу переднім поперечно розташованим двигуном і передніми провідними колесами.
Вихідні дані для розрахунків:
Для оцінки сил і моментів, що діють у рульовому управлінні, необхідна також інформація щодо основних кінематичних точок передньої підвіски, а також кутів установки коліс, що керуються. Зазвичай ці дані стають певними у міру завершення синтезу кінематичної схеми підвіски по закінченні етапу компонування та уточнюються (коригуються) на етапі доведення автомобіля. Для початкових, наближених розрахунків достатньо даних з кутів установки осі шворня та величини плеча обкатки. У нашому випадку це:
Слід зазначити, що прийняте значення мінімального радіусу повороту автомобіля, що характеризує його маневреність, є, мабуть, мінімально можливим для передньопривідних автомобілів такого класу. Як обмежуючий фактор тут виступає максимально можливий кут в шарнірах рівних кутових швидкостей, які застосовуються для передачі моментів, що крутять, від силового агрегату до передніх колес. Аналіз даних з радіусу повороту легкових автомобілів малого класу, що випускаються в 70-80-і роки, показує, що його значення лежить в межах 4,8-5,6 м. Подальше зниження цього показника можливе лише шляхом застосування всеколісного кермового управління.
Для оцінки (розрахунку) моменту на рульовому колесі та сил, що діють у рульовому управлінні, необхідно знати навантаження на вісь. Для передньопривідних автомобілів середній розподіл маси по осях становить (%):
1.2 Призначення кермового керування. Основні вимоги
Рульове керування – це сукупність пристроїв, що забезпечують поворот керованих коліс автомобіля при дії водія на кермо. Воно складається з кермового механізму та кермового приводу. Для полегшення повороту коліс у кермовий механізм чи привод може бути вбудований підсилювач. Крім того, для підвищення комфорту та безпеки їзди на автомобілі в кермо може вбудовуватися амортизатор.
Рульовий механізм призначений для передачі зусилля від водія до кермового приводу і збільшення моменту, прикладеного до кермового колеса. Він складається з рульового колеса, рульового валу та редуктора. Рульовий привід служить передачі зусилля від рульового механізму (редуктора) до керованим колесам автомобіля й у забезпечення необхідного співвідношення між кутами їх поворота. Амортизатор компенсує ударні навантаження і запобігає биттям рульового управління.
Завданням рульового управління є більш однозначне перетворення кута повороту рульового колеса в кут повороту коліс і передача водію через рульове колесо інформації про стан руху автомобіля. Конструкція кермового управління повинна забезпечувати:
1) Легкість управління, що оцінюється зусиллям на кермовому колесі. Для легкових автомобілів без підсилювача при русі це зусилля становить 50…100 Н, а з підсилювачем 10…20 Н. Згідно з проектом ОСТ 37.001 "керованість та стійкість автомобілів. Загальні технічні вимоги", який введений в дію в 1995 році, зусилля на кермі автомобілів категорії М 1 і М 2 не повинно перевищувати нижченаведених величин.
Норми зусилля на рульовому колесі, наведені в проекті ОСТ, відповідають введеним у дію правилам ЄЕК ООН №79;
2) Качення керованих коліс з мінімальним бічним відведенням та ковзанням при повороті автомобіля. Недотримання цієї вимоги призводить до прискорення зношування шин та зниження стійкості автомобіля під час руху;
3) Стабілізацію повернених керованих коліс, що забезпечує їхнє повернення в положення, що відповідає прямолінійному руху при відпущеному рульовому колесі. Згідно з проектом ОСТ 37.001.487, повернення рульового колеса в нейтральне положення має відбуватися без вагань. Допускається один перехід кермового колеса через нейтральне положення. Цю вимогу також погоджено з Правилами ЄЕК ООН №79;
4) Інформативність кермового управління, що забезпечується його реактивною дією. Відповідно до ОСТ 37.001.487.88, зусилля на рульовому колесі для автомобіля категорії М 1 має монотонно зростати зі збільшенням бічного прискорення до величини 4,5 м/с 2;
5) Запобігання передачі ударів на рульове колесо при наїзді керованих коліс на перешкоду;
6) Мінімальні зазори у з'єднаннях. Оцінюються кутом вільного повороту кермового колеса автомобіля, що стоїть на сухій, твердій та рівній поверхні у положенні, що відповідає прямолінійному руху. За ГОСТ 21398-75 цей проміжок не повинен перевищувати 15 0 при наявності підсилювача і 5 0 - без підсилювача рульового управління;
7) Відсутність автоколивань керованих коліс при роботі автомобіля в будь-яких умовах та на будь-яких режимах руху;
8) Кути повороту рульового колеса для автомобілів категорії М1 повинні знаходитися в межах, встановлених в табл. :
Крім зазначених основних функціональних вимог, кермо повинно забезпечувати хороше "почуття дороги", яке також залежить від:
1) відчуття точності керування;
2) плавності роботи кермового управління;
3) зусилля на кермі у зоні прямолінійного руху;
4) відчуття тертя у рульовому управлінні;
5) відчуття в'язкості рульового керування;
6) точності центрування кермового колеса.
При цьому, залежно від швидкості руху автомобіля, найбільшу значущість мають різні характеристики. Практично, на цьому етапі проектування створити оптимальну конструкцію кермового управління, яке забезпечило б хороше "почуття дороги", дуже складно. Зазвичай це завдання вирішується емпіричним шляхом, з урахуванням особистого досвіду конструкторів. Остаточне вирішення цього завдання забезпечується на етапі доведення автомобіля та його вузлів.
Особливі вимоги пред'являються до надійності кермового керування, оскільки при його блокуванні, при руйнуванні або ослабленні будь-якої з його деталей автомобіль стає некерованим, а аварія майже неминучою.
Усі викладені вимоги враховуються при формулюванні приватних вимог до окремих деталей та елементів кермового управління. Так, вимоги щодо чутливості автомобіля до повороту керма та до граничних зусиль на рульовому колесі обмежують передатне відношення кермового керування. Для забезпечення "почуття дороги" та зниження зусилля на кермі прямої ККД рульового механізму має бути мінімальним, але з точки зору інформативності рульового управління та його в'язкості зворотний ККД повинен бути досить великим. У свою чергу, велике значення ККД може бути досягнуто за рахунок зниження втрат на тертя в шарнірах підвіски та кермового управління, а також у кермовому механізмі.
Для забезпечення мінімального ковзання керованих коліс рульова трапеція повинна мати певні кінематичні параметри.
Велике значення для керованості автомобіля має жорсткість кермового керування. З підвищенням жорсткості покращується точність керування, підвищується швидкодія кермового керування.
Тертя у рульовому управлінні грає як позитивну, і негативну роль. Мале тертя погіршує стійкість кочення керованих коліс, підвищує рівень їх коливань. Велике тертя знижує ККД кермового управління, підвищує зусилля на кермі, погіршує почуття дороги.
Зазори у кермовому управлінні також грають як позитивну, і негативну роль. З одного боку, за їх наявності виключається заклинювання рульового управління, зменшується тертя за рахунок "струшування" вузлів; з іншого боку, погіршується прозорість рульового управління, погіршується його швидкодія; надмірні зазори в рульовому управлінні здатні привести до автоколивань керованих коліс.
Особливі вимоги пред'являються до геометричних розмірів кермового колеса, його конструкції. Збільшення діаметра кермового колеса призводить до зниження зусилля на кермі, проте ускладнює його компонування в салоні автомобіля, погіршує ергономічні показники, оглядовість. В даний час для легкових автомобілів малого класу загального призначення величина діаметра кермового колеса становить 350...400 мм.
Рульовий механізм повинен забезпечувати мінімальний зазор у середньому положенні керма (відповідному прямолінійному руху автомобіля). У цьому положенні робочі поверхні деталей рульового механізму схильні до найбільш інтенсивного зношування, тобто люфт рульового колеса в середньому становищі збільшується швидше, ніж у крайніх. Щоб при регулюванні зазорів не відбувалося заклинювання в крайніх положеннях, зачеплення кермового механізму виконується зі збільшеним зазором у крайніх положеннях, що досягається конструктивними та технологічними заходами. У процесі експлуатації різниця в зазорах зачеплення в середньому та крайніх положеннях зменшується.
Кермовий механізм повинен мати мінімальну кількість регулювань.
Для забезпечення пасивної безпеки автомобіля вал рульового колеса повинен згинатися або розчіплюватися при аварії, труба рульової колонки та її кріплення не повинні перешкоджати цьому процесу. Ці вимоги реалізуються в автомобілебудуванні як травмобезпечних рульових колонок. Рульове колесо повинно деформуватися при аварії і поглинати енергію, що передається на нього. При цьому воно не повинно руйнуватися, утворювати уламки та гострі кромки. Обмежувачі повороту передніх коліс на поворотних важелях або корпусі рульового механізму повинні скорочувати жорсткість навіть при великих навантаженнях. Це запобігає перекручування гальмівних шлангів, тертя шин об бризковик крила та пошкодження деталей підвіски та рульового управління.
автомобіль кермовий шестерня рейка
1.3 Аналіз відомих конструкцій кермового управління. Обґрунтування
вибору рейкового керування
Рульове колесо через свій вал передає на кермовий механізм крутний момент, що розвивається водієм, і перетворює його на сили розтягування з одного боку, і сили стиснення з іншого, які через бічні тяги впливає на поворотні важелі кермової трапеції. Останні закріплені на поворотних цапфах та повертають їх на необхідний кут. Поворот відбувається навколо шкворневих осей.
Рульові механізми поділяються на механізми з обертальним та зворотно-поступальним рухом на виході. На легкові автомобілі встановлюються кермові механізми трьох видів: "черв'як-двогребневий ролик", "гвинт-гайка з кульками, що циркулюють" - з обертальним рухом на виході, і "шестерня-рейка" - з обертально-поступальним.
Рульовий механізм "гвинт-гайка з кульками, що циркулюють" є досить досконалим, але і найбільш дорогим з усіх кермових механізмів. У гвинтовій парі цих механізмів має місце не тертя ковзання, а тертя кочення. Гайка, будучи одночасно і рейкою, знаходиться в зачепленні із зубчастим сектором. Зважаючи на малий кут повороту сектора, у такого механізму легко реалізувати змінне передатне відношення з підвищенням його у міру збільшення кута повороту керма за рахунок установки сектора ексцентриситетом або застосуванням змінного кроку зубчастого зачеплення. Високий ККД, надійність, стабільність характеристик при великих навантаженнях, висока зносостійкість, можливість отримання безсоромного з'єднання зумовили практичне виключне застосування цих механізмів на автомобілях великого та вищого класів, частково та середнього класу.
На легкових автомобілях малого та особливо малого класів застосовуються кермові механізми виду "черв'як-ролик" та "шестерня-рейка". При залежній підвісці передніх коліс, яка в даний час застосовується тільки на автомобілях підвищеної та високої прохідності, необхідний кермовий механізм лише з обертальним рухом на виході. За переважним числом показників механізми виду "черв'як-ролик" поступаються механізму "шестерня-рейка" і через зручність компонування на передньопривідних автомобілях останні механізми отримали виключно широке застосування.
Перевагами кермового управління виду "шестірня-рейка" є:
· Простота конструкції;
· Малі витрати на виготовлення;
· Легкість ходу завдяки високому ККД;
· Автоматичне усунення зазорів між зубчастою рейкою та шестернею, а також рівномірне власне демпфування;
· Можливість шарнірного кріплення бічних поперечних тяг безпосередньо до кермової рейки;
· Низька податливість рульового управління і, як наслідок, його висока швидкодія;
· Малий об'єм, необхідний для встановлення цього кермового керування (завдяки чому на всіх передньопривідних автомобілях, що випускаються в Європі та Японії, встановлено саме воно).
· Відсутність маятникового важеля (включаючи і його опори) та середньої тяги;
· Високий ККД внаслідок малого тертя як у кермовому механізмі, так і в кермовому приводі за рахунок зменшення кількості шарнірів.
До недоліків відносяться:
· Підвищена чутливість до ударів внаслідок малого тертя, великого зворотного ККД;
· Підвищене навантаження від зусиль з боку бічних тяг;
· Підвищена чутливість до коливань кермового управління;
· Обмежена довжина бічних тяг (при їх шарнірному закріпленні до кінців кермової рейки);
· Залежність кута повороту коліс від ходу зубчастої рейки;
· Підвищені зусилля у всьому рульовому управлінні через іноді занадто короткі поворотні важелі рульової трапеції;
· Зменшення передавального відношення при збільшенні кута повороту коліс, внаслідок чого маневрування на стоянці потребує великих зусиль;
· Неможливість застосування цього кермового керування в автомобілях із залежною підвіскою передніх коліс.
Найбільш широке застосування знайшли такі типи виконання рейкового кермового керування:
Тип 1 – бічне розташування шестерні (ліворуч або праворуч залежно від розташування кермового колеса) при кріпленні бічних тяг до кінців зубчастої рейки;
Тип 2 - середнє розташування шестерні при такому ж кріпленні кермових тяг;
Тип 3 - бічне розташування шестерні при кріпленні бічних тяг до середини зубчастої рейки;
Тип 4 – економічний укорочений варіант: бічне розташування шестерні при кріпленні обох бічних тяг до одного кінця зубчастої рейки.
Конструкція рейкового рульового керування типу 1 є найпростішою і вимагає мінімум місця його розміщення. Оскільки шарніри кріплення бічних тяг закріплені на кінцях зубчастої рейки. Рейка навантажена в основному осьовими зусиллями. Радіальні зусилля, які залежать від кутів між бічними тягами та віссю рейки, невеликі.
Практично у всіх передньопривідних автомобілів із поперечним розташуванням двигуна поворотні важелі кермової трапеції спрямовані назад. Якщо при цьому внаслідок зміни висоти зовнішніх та внутрішніх шарнірів бічних тяг необхідний нахил при русі на повороті не досягається, то як при ході стиснення, так і при ході відбою сходження стає негативним. Запобігання небажаній зміні сходження можливе у автомобіля, у якого кермовий механізм розташований низько, а бічні тяги дещо довші за нижні поперечні важелі підвіски. Більш сприятливим випадком є переднє розташування кермової трапеції, яке практично можна досягти тільки для автомобілів класичного компонування. В цьому випадку поворотні важелі рульової трапеції повинні бути розгорнуті назовні, зовнішні шарніри бічних тяг входять глибоко в колеса, бічні тяги можуть бути виконані довшими.
Рейкове рульове управління типу 2, в якому шестерня встановлена в середній площині автомобіля, застосовується тільки на автомобілях із середнім або заднім розташуванням двигуна, оскільки середнє розташування двигуна тягне за собою такий недолік, як великий необхідний об'єм для рульового управління через необхідність "зламу" рульового валу.
Якщо рульовий механізм повинен бути розташований відносно високо, при використанні підвіски МакФерсон неминуче кріплення бічних тяг до середини зубчастої рейки. Схема, що ілюструє основи вибору довжини бічних тяг для підвіски МакФерсон, наведено на рис.1. У таких випадках внутрішні шарніри цих тяг кріпляться в середній площині автомобіля безпосередньо до рейки або пов'язаного з нею елементу. При цьому конструкція кермового механізму повинна запобігати скручуванню зубчастої рейки моментами, що впливають на неї. Це пред'являє особливі вимоги до напрямних рейки і повідців, тому що при занадто малих зазорах в них кермо буде дуже важким (через високе тертя), при занадто великих виникають стукіт. Якщо поперечний переріз зубчастої рейки не круглий, а Y-подібний, то додаткові заходи щодо запобігання кручення рейки навколо поздовжньої осі можна не передбачати.
Рис. 1. Визначення довжини бічної тяги.
Рульове управління типу 4, яке встановлюється на легкові автомобілі фірми Volkswagen, відрізняється легкістю ходу та недорого у виготовленні. До недоліків слід віднести підвищені навантаження окремих деталей та можливе внаслідок цього зниження жорсткості.
Для запобігання викликаного згинальним моментом прогину/скручування зубчаста рейка має відносно великий діаметр – 26 мм.
На практиці вибір типу рейкового кермового керування проводиться з компонувальних міркувань. У нашому випадку через відсутність місця для розміщення кермового механізму внизу, прийнято верхнє розташування кермового механізму. Це зумовлює застосування кермового керування типів 3,4. для забезпечення міцності та жорсткості конструкції остаточно приймається верхнє розташування кермового механізму та тип 3 кермового управління.
Слід визнати, що таке компонування кермового управління не є найвдалішим. Високе розташування кермового механізму зумовлює його велику податливість через прогин амортизаційних стійок. При цьому зовнішнє колесо прогинається у бік позитивного розвалу, внутрішнє – у бік негативного. В результаті колеса додатково нахиляються у напрямку, куди їх уже прагнуть нахилити бічні сили під час руху в повороті.
Кінематичний розрахунок кермового приводу.
Кінематичний розрахунок полягає у визначенні кутів повороту керованих коліс, знаходженні передавальних чисел рульового механізму, приводу та управління в цілому, виборі параметрів рульової трапеції, а також узгодженні кінематики рульового управління та підвіски.
1.4 Визначення параметрів кермової трапеції
Спочатку розраховується максимальний середній кут повороту керованих коліс, необхідний руху автомобіля з мінімальним радіусом. Відповідно до схеми, зображеної на рис.2.
(1)
Рис. 2.Схема повороту автомобіля з абсолютно твердими колесами.
Рис. 3. Схема повороту автомобіля з податливими колесами.
Щоб керовані жорсткі колеса котилися при повороті без прослизания, їх миттєвий центр повороту повинен лежати на перетині осей обертання всіх коліс. При цьому зовнішній q н і внутрішній q вн кути повороту коліс пов'язані залежністю:
(2)
де l 0 - Відстань між точками перетину осей шворнів з опорною поверхнею. Оскільки ці точки практично збігаються для передньопривідних автомобілів із центрами контакту коліс із дорогою (що обумовлено малим плечем обкатки та поздовжнім кутом нахилу шкворня),
Забезпечити таку залежність можна лише за допомогою досить складної кінематичної схеми приводу, однак рульова трапеція дозволяє максимально наблизитися до неї.
Внаслідок податливості шин у бічному напрямку колеса під дією бічних сил котяться з відведенням. Схему повороту автомобіля з податливими колесами наведено на рис. 3. Для високоеластичних шин форму трапеції наближають до прямокутника для того, щоб підвищити ефективність роботи зовнішнього, більш навантаженого колеса. На деяких автомобілях трапеція спроектована таким чином, що до кута повороту 10 0 колеса залишаються приблизно паралельними. Але за великих кутах повороту коліс крива фактичних кутів повороту знову сягає кривою необхідних кутів по Аккерману. Завдяки цьому знос шин при паркуванні та поворотах зменшується.
Підбір параметрів трапеції починається з визначення кута нахилу бічних важелів трапеції. Нині цей кут зазвичай підбирається виходячи з досвіду проектування попередніх моделей.
Для проектованого кермового управління приймаємо l = 84,190.
Далі визначається довжина поворотного важеля трапеції. Цю довжину приймають можливо більшою за умовами компонування. Збільшення довжини поворотного важеля дозволяє знизити зусилля, що діють у кермовому управлінні, як наслідок, підвищити довговічність та надійність кермового керування, а також знизити його податливість.
У нашому випадку довжина поворотного важеля прийнята 135,5 мм.
Очевидно, що зі збільшенням довжини поворотного важеля зростає хід рейки, необхідний досягнення заданого максимального кута повороту керованих коліс.
Потрібний хід рейки визначається графічним шляхом чи розрахунковим шляхом. Також графічним чи розрахунковим шляхом визначається кінематика кермової трапеції.
Рис. 4. Залежність середнього кута повороту керованих коліс від ходу рейки
На рис. 4 показаний графік залежності середнього кута повороту коліс від ходу рейки. Дані для побудови графіка отримані за допомогою програми WKFB5M1, яка застосовується у відділі загального компонування та відділі ходової частини та відділі гальм УПШ ДТР ВАЗу для розрахунку кінематики підвіски МакФерсон та рейкового кермового управління. За графіком визначаємо, що для забезпечення кута повороту коліс q=34,32 0 необхідний хід рейки в один бік дорівнює 75,5 мм. Повний хід рейки l=151 мм.
На рис. 5 показана залежність різниці кутів повороту зовнішнього та внутрішнього коліс у функції кута повороту внутрішнього колеса. Тут же наведена розрахована за Аккерманом крива необхідної зміни різниці кутів повороту коліс.
Показником, що служить для оцінки кінематики рульового приводу, є різниця кутів повороту коліс при куті повороту внутрішнього колеса, що дорівнює 20 0:
1.5 Передатне відношення рульового керування
Загальне кінематичне передатне відношення рульового управління, що визначається передавальними числами механізму U р.м. та приводу U р.п. дорівнює відношенню повного кута повороту кермового колеса до кута повороту коліс від упору до упору:
(5)
Рис. 5.Залежність різниці кутів повороту коліс від кута повороту внутрішнього колеса:
1-розрахована за співвідношенням Аккермана
2-для проектованого автомобіля
Для легкових автомобілів з механічним кермовим керуванням q р.к. max =1080 0 …1440 0 (3…4 обороту рульового колеса), за наявності підсилювача q р.к. max =720 0 …1080 0 (2…3 обороту кермового колеса).
Зазвичай кількість обертів рульового колеса визначається цих межах за результатами розрахунку зубчастого зачеплення " шестерня - рейка " . У нашому випадку розрахунки показали оптимальну кількість оборотів, що дорівнює 3,6 (1296 0).
Тоді загальне передатне число дорівнює:
(6)
Відомо що
(7)
Оскільки для проектованого автомобіля прийнято кермовий механізм з постійним передатним числом, U р.м. постійно для будь-якого кута повороту керма:
Передавальне число рульового приводу не є постійною величиною і зменшується зі збільшенням кута повороту керма, що несприятливо позначається на зусиллі на рульовому колесі при паркуванні.
Залежність кінематичного передавального відношення проектованого кермового управління наведена на рис.6
Рис. 6. Залежність передавального відношення кермового керування від кута повороту керма.
Існує два підходи до узгодження кінематики підвіски та кермового приводу. Згідно з першим, при ходах відбою та стиску підвіски не повинно відбуватися повороту керованих коліс; згідно з другим, більш досконалим, конструктор свідомо задає закон зміни сходження коліс при ходах підвіски для поліпшення керованості автомобіля та зниження зносу шин. За рекомендаціями фірми Порше, які використовуються на ВАЗі при проектуванні, сходження коліс повинно збільшуватися під час відбою та зменшуватися під час стиснення підвіски. Швидкість зміни сходження повинна дорівнювати 3-4 хвилин на сантиметр ходу підвіски.
Ця робота проводиться спеціалістами відділу загального компонування та включається синтез кінематики підвіски та кермового управління, в результаті якого визначаються координати характерних кінематичних точок.
1.7 Розрахунок параметрів зачеплення механізму "шестерня-рейка"
Розрахунок параметрів зачеплення передачі "шестірня-рейка" має низку особливостей. Оскільки ця передача тихохідна, а також безсоромна, то до профілю зубців шестірні та рейки висуваються особливі вимоги щодо точності.
Вихідні дані для розрахунків:
1. Модуль за номограмами, зазвичай із стандартного ряду (1,75;1,9;2,0;…) залежно від ходу рейки та числа оборотів рульового колеса: m 1 =1,9
2. Число зубів шестерні z1. Також вибирається за номограмами. Для рейкових кермових механізмів зазвичай лежить у межах 6…9. z 1 = 7
3. Кут вихідного контуру a і.ш. =20 0
4. Кут нахилу осі вала шестерні до поздовжньої осі рейки d=0 0 .
5. Кут нахилу зуба шестерні b.
Найменше ковзання, отже, і найвищий ККД забезпечується при b=0 0 . при цьому на підшипники кріплення валу шестерні не діє осьове навантаження.
Косозубе зачеплення приймається за необхідності забезпечення підвищеної міцності, а також механізмів зі змінним передатним числом – для забезпечення плавності роботи.
Приймаємо b=15 0 50".
6. Міжосьова відстань a. Зазвичай приймається мінімально можливим за умовами міцності, що забезпечує компактність конструкції, знижує вагу кермового механізму та забезпечує гарне компонування. а = 14,5 мм
7. Діаметр рейки d. Для забезпечення міцності механізму з допомогою довжини зуба приймаємо d=26 мм.
8. Хід рейки l р =151 мм.
9. Коефіцієнт радіального зазору шестерні 1 =0,25 мм.
10. Коефіцієнт головки зуба інструменту виготовлення шестерні
11. Коефіцієнт радіального зазору рейки 2 =0,25 мм.
12. Коефіцієнт головки зуба інструменту виготовлення рейки
Розрахунок параметрів шестерні:
1. Коефіцієнт усунення вихідного контуру мінімальний (визначається з умови максимального профільного перекриття)
2. Мінімальний діаметр ніжки зуба.
3. Діаметр основного кола
(10)
4. Діаметр початкового кола
(11)
5. Коефіцієнт висоти голівки зуба
(12)
6. Кут зачеплення (торцевий кут) під час виготовлення
7. Максимальний коефіцієнт усунення вихідного контуру x 1 max визначається з умови, що товщина головки зуба дорівнює 0,4m 1 . Для розрахунку потрібен діаметр кола головки зуба d a 1 . попередній розрахунок діаметра головки зуба проводиться за формулою:
,(Див. рис.7.) (14)
Кут a SK приймається рівним 50 0 а потім коригується операційним методом за формулою:
(15)
де 
- виправлення до кута a SK (рад);
(17)
Достатня точність при обчисленні a SK досягається після 4-х операцій
Тоді 
(18)
8. Коефіцієнт усунення вихідного контуру х 1 вибирається в межах х 1 min 9. Діаметр кола головки зуба шестерні d a 1 при вибраному х 1: d a 1 = 2m 1 (h * 01 + х 1) + d 01 = 19,87 мм (19) 10. Діаметр кола ніжки зуба шестерні 11. Діаметр активного кола ніжки зуба шестерні d n 1 розраховується залежно від знака: d n 1 =d B 1 при B£Ф (21) де h * a2 – коефіцієнт головки зуба рейки d n 1 = 13,155 мм Висота зуба шестерні 12. Кут a SK при прийнятому коефіцієнті зміщення вихідного контуру х 1: 13. Пропорційне перекриття у торцевому перерізі e a обчислюється залежно від А: (27) при А<Ф де А=а-r Na 2 -0,5d B 1 cosa wt – відстань між активною лінією головки зуба рейки та основним колом; r Na 2 – відстань від осі рейки до активної лінії голівки зуба 14. Осьове перекриття у торцевому перерізі де b 2 - Середня ширина зуба рейки 15. Модуль торцевий 16. Радіальний зазор шестірні З 1 =m n C 1 * =0,475 мм (30) 17. Основний крок P b = pm n cosa 01 = 5,609 мм (31) 18. Коефіцієнт зміщення вихідного контуру в торцевому перерізі x f1 = x n1 × cosb 1 = 0,981 (32) 19. Товщина зуба на основному колі в торцевому перерізі S bt1 =(2 х 1 tga 0 +0,5p)cosa wt m t +d B1 ×inva wt =4,488210мм (33) inv a wt = tga wt -a wt / 180 = 0,01659 (34) 20. Товщина голівки зуба шестерні Діаметр контакту шестерні на кінці рейки при d a 1 -d y >0 при d a 1 -d y £Ф d a 1 =d y де r Na 2 – відстань від осі рейки до активної лінії голівки зуба 21. Вимірювана кількість зубів шестерні округляється в меншу сторону, де b B = arcsin (cosa 0 × sinb 01) - кут нахилу зуба по основному колу; P l = pm n cosa 01 – основний крок 22. Довжина загальної нормалі W=(z"-1)P b +S bt1 cosb B =9,95мм (38) 23. Мінімальна активна ширина шестерні 1.8 Розрахунок параметрів рейки 1. Кут нахилу зуба рейки b 02 = d-b 01 = -15 0 50 "(40) 2. Коефіцієнт голівки зуба рейки h * a2 = h * ap01 -C * 2 = 1,25 (41) 3. Радіальний зазор рейки З 2 = m n C * 2 = 0,475 (42) 4. Відстань від осі рейки до середньої лінії зуба r 2 =a-0,5d 01 -m n x 1 =5,65 мм (43) 5. Відстань від осі рейки до лінії ніжки зуба r f2 = r 2 -m n h * ap02 = 4,09 мм (44) 6. Відстань від осі рейки до активної лінії голівки зуба r Na2 = r 2 + m n h * ap01 -m n C * 2 = 8,025 мм (45) 7. Відстань від осі рейки до лінії головки зуба рейки r a 2 = r Na 2 +0,1 = 8,125 (46) 8. Середня ширина зуба рейки 9. Відстань від осі рейки до активної лінії ніжки зуба r N2 = a-0,5d a1 cos (SK-a wt) = 5,78 мм (48) 10. Висота головки зуба рейки h a2 = r a2 -r 2 = 2,475 мм (49) 11. Висота ніжки зуба рейки h f2 = r 2 -r f2 = 1,558мм (50) 12. Висота зуба рейки h 2 = h a 2 - h f 2 = 4,033 мм (51) 13. Торцевий крок 14. Товщина зуба рейки у ніжки S fn2 = 2 (r 2 - r f2) tga 0 +0,5 pm n = 4,119 мм (53) 15. Ширина западини біля ніжки S ef2 = pm n - S fn2 = 1,85 мм (54) 16. Товщина голівки зуба рейки S an2 = 0,5 pm n - (r Na2 +0,1 - r 2) 2tga 0 = 1,183 мм (55) 17. Радіус основи ніжки зуба рейки P f2 = 0,5 S ef2 × tg (45 0 +0,5 d 0) = 1,32 мм (56) 18. Мінімальна кількість зубів рейки z 2 min: де l p – хід рейки Втрата довжини (різниця між загальним зачепленням та ходом рейки) (58); l 1 =a-r a2 (60) 19. Діаметр вимірювального ролика теоретичний округляємо до існуючого d 1 =4,5 мм 20. Вимірюваний розмір від краю рейки 21. Вимірюваний діаметр від осі рейки 22. Вимірюваний діаметр до головки зуба 23. Вимірюваний діаметр до ніжки зуба Параметри шасі залежать від типу кузова, розташування двигуна та коробки передач, розподілу мас автомобіля та його зовнішніх розмірів. У свою чергу, схема та конструкція кермового управління залежать як від параметрів автомобіля в цілому, так і від прийнятих рішень щодо схеми та конструкції інших елементів шасі та приводу. Схема та конструкція кермового управління визначаються на ранніх етапах проектування автомобіля. Основою вибору способу управління і компонування схеми рульового управління служать прийняті на етапі ескізного проектування характеристики і конструктивні рішення: максимальна швидкість, розмір бази, колісна формула, розподіл навантаження по осях, мінімальний радіус повороту автомобіля і т.д. Рульове керування автомобіля ВАЗ-2110 складається з кермового механізму рейкового типу та кермового приводу. Конструкцією, представленою в графічній частині даного дипломного проекту, є рейковий кермовий механізм із тягами у зборі, а також робочі креслення його деталей. Рейкові рульові механізми більш поширені, так як мають малу масу, високий ККД і підвищену жорсткість, добре компонуються з гідравлічними підсилювачами, що зумовило їх використання на легкових автомобілях з переднім розташуванням двигуна, наприклад, на ВАЗ-2110 застосовують рульове управління через те, що у даної моделі автомобіля максимальне навантаження на керовану вісь до 24 кН. Схема кермового керування автомобіля ВАЗ-2110 представлена на рис.8. На цьому малюнку: 1 – головка наконечника тяги; 2 - кульовий шарнір; 3 – поворотні важелі; 5 - трубчаста тяга; 6 – горизонтальні тяги; 8 - тяга, що кріпить; 12 - сполучна пластина; 13 - стопорна пластина; 14 - гумометалевий шарнір; 15 - кільця ущільнювачів; 16 – втулка; 17 – рейка; 18 – картер; 19 - хомут; 20 - еластична муфта; 21 - кермові тяги; 22 - демпфуючий елемент; 23 - рульове колесо; 24 - кульковий радіальний підшипник; 26 - рульова колонка; 27 – кронштейн; 28 – захисний ковпачок; 29 - роликовий підшипник; 30 - приводна шестерня; 31 - кульковий підшипник; 32 - стопорне кільце; 33 – захисна шайба; 34 - кільця ущільнювачів; 35 – гайка; 36 - пильовик; 37 - гумове кільце; 38 - стопорне кільце; 39 - металокерамічний упор; 40 – пружина; 44 – гайка. На рис.9 зображено кермовий механізм рейкового типу з тягами у зборі. Дана конструкція включає: 1 – захисний ковпачок; 2 - картер кермового механізму; 3 - рейка кермового механізму; 4 – приводна шестерня; 5 – рульова тяга; 6 - розпірна втулка, що обмежує хід рейки; 7 - болт кріплення кермової тяги, затягують з моментами 7,8±0,8 кгс×м і закручують їх відгинанням країв стопорної пластини на межі болтів; 8 – сполучна пластина; 9 - завзята втулка; 10 - опора кермового механізму, що щільно прилягає до чохла; 11 - опорна втулка рейки; 12 - захисний чохол, встановлений так, щоб його правий торець знаходився на відстані 28,5 -0,5 мм від торця труби, та закріплений хомутами; 13 - хомут; 14 - наполегливе кільце рейки, що обмежує хід рейки; 15 - кільце ущільнювача упору рейки; 16 – гайка; 17 - упор рейки; 18 - роликовий підшипник; 19 - кульковий підшипник; Установочный гвинт отримує навантаження за впливу радіальної сили F r = 985 Hі F L 1 = 1817,6 H. Матеріал: · Настановний гвинт GD - Zі Al 4 · Втулка CDAl 98 Cu 3 Несуча довжина різьблення 5 мм. Контактна напруга Матеріал для всіх, що передають зусилля деталей, таких, як важелі кермової трапеції, поворотні важелі, поперечна тяга, кульові шарніри і т. д. повинні мати досить великим відносним подовженням. При навантаженні ці деталі повинні пластично деформуватися, але не руйнуватися. Деталі з матеріалу з малим відносним подовженням, наприклад, чавуну або алюмінію, повинні бути відповідно товщі. При блокуванні рульового керування, при руйнуванні або ослабленні будь-якої з його деталей автомобіль стає некерованим, а аварія - практично неминуча. Саме тому надійність всіх деталей грає значної ролі. 6. Іларіонов В.А., Морін Н.М., Сергєєв Н.М. Теорія та конструкція автомобіля. М: Машинобудування, 1972 7. Логінов М.І. Рульове керування автомобілів. М: Машинобудування, 1972 8. Лукін П.П., Гапарянц Г.А., Родіонов В.Ф. Конструювання та розрахунок автомобіля. М: Машинобудування, 1984 9. Охорона праці машинобудуванні. М.: машинобудування, 1983 10. Охорона праці на запобіганнях автомобільного транспорту. М: Транспорт, 1985 11. Раймпель Й. Шасі автомобіля. М: Машинобудування, 1987 12. Чайковський І.П., Соломатін П.А. Кермові керування автомобілів. М. Машинобудування, 1987 Дисципліна «Основи розрахунку конструкції та агрегатів автомобілів» є продовженням дисципліни «Конструкція автомобілів та тракторів» та метою курсової роботи є закріплення знань, отриманих студентом при вивченні цих дисциплін. Курсова робота виконується студентом самостійно з використанням підручників, навчальних посібників, довідників, ГОСТів, ОСТів та інших матеріалів (монографій, наукових журналів та звітів, інтернету). Курсова робота включає розрахунок систем керування автомобіля: рульового (непарна цифра шифру студента) або гальмівного (парна цифра шифру студента). Прототип автомобіля та вихідні дані вибирається за двома останніми цифрами шифру студента. Коефіцієнт зчеплення коліс із дорогою = 0,9. По кермовому управлінню в графічній повинні бути: 1) схема повороту автомобіля із зазначенням радіусу та кутів керованих коліс; 2) схема кермової трапеції з розрахунковими формулами її параметрів; 4) графіки залежностей кутів повороту зовнішнього та внутрішнього керованих коліс; 5) загальна схема кермового управління; 6) схема з розрахунку напруг у рульовій сошці. Графічна частина за гальмівною системою повинна містити: 1) схему гальмівного механізму з розрахунковими формулами гальмівного моменту; 2) статичну характеристику гальмівного механізму; 3) загальну схему гальмівної системи; 4) схему гальмівного крана або головного гальмівного циліндра. Вихідні дані до тягового, динамічного та економічного розрахунку автомобіля. Мінімальний радіус повороту (за зовнішнім колесом). де L – база автомобіля; Нmax – максимальний кут повороту зовнішнього керованого колеса. При заданому значенні мінімального радіусу та бази автомобіля визначають максимальний кут повороту зовнішнього колеса. Відповідно до схеми повороту автомобіля (яку необхідно скласти) визначають максимальний кут повороту внутрішнього колеса де М – відстань між осями шворнів. Геометричні параметри кермової трапеції. Для визначення геометричних параметрів стернової трапеції використовують графічні методи (необхідно скласти схему в масштабі). Довжину поперечної тяги та бічних сторін трапеції визначають, виходячи з наступних міркувань. Перетин продовження осей бічних важелів трапеції знаходиться на відстані 0,7L від передньої осі, якщо трапеція задня, і на відстані L, якщо трапеція передня (визначається прототипом). Оптимальне відношення довжини m бічного важеля трапеції до довжини n поперечної тяги m = (0,12...0,16)n. Чисельні значення m та n можна знайти з подоби трикутників де -відстань від шворня до точки перетину продовження осей бічних важелів кермової трапеції. За отриманими даними виконують у масштабі графічну побудову кермової трапеції. Потім, побудувавши через рівні кутові проміжки положення цапфи внутрішнього колеса, графічно знаходять відповідні положення зовнішнього колеса і будують графік залежності, яку називають фактичною. Далі за рівнянням (2.5.2) будують теоретичну залежність. Якщо максимальна різниця між теоретичним та фактичним значеннями не перевищує 1,50 при максимальному куті повороту внутрішнього колеса, то вважається, що трапеція підібрана правильно. Кутове передавальне число рульового управління-це відношення елементарного кута повороту рульового колеса до напівсуми елементарних кутів повороту зовнішнього та внутрішнього коліс. Воно змінне і залежить від передавальних чисел рульового механізму Uрм та рульового приводу Uрп Передавальне число кермового механізму - це відношення елементарного кута повороту кермового колеса до елементарного кута повороту вала сошки. Максимальне значення має відповідати нейтральному положенню кермового колеса для легкових автомобілів та крайнім положенням кермового колеса для вантажних автомобілів без кермових підсилювачів. Передавальне число рульового приводу - це відношення плечей важелів приводу. Оскільки положення важелів у процесі повороту рульового колеса змінюється, то передатне число рульового приводу є змінним: Uрп=0,85…2,0. Силове передавальне число рульового керування де -момент, прикладений до кермового колеса; Момент опору повороту керованих коліс. При проектуванні автомобілів обмежується як мінімальне (60Н), і максимальне (120Н) зусилля. За ГОСТ 21398-75 для повороту на місці на бетонній поверхні зусилля не повинно перевищувати легкових автомобілів 400 Н, для вантажних автомобілів 700 Н. Момент опору повороту керованих коліс розраховують за емпіричною формулою: де-коефіцієнт зчеплення при повороті колеса дома (=0,9…1,0); Рш-тиск повітря в шині, МПа. Параметри кермового колеса. Максимальний кут повороту кермового колеса в кожну сторону знаходиться в межах 540 ... 10800 (1,5 ... 3 обороту). Діаметр рульового колеса нормований: для легкових та вантажних малої вантажопідйомності автомобілів він становить 380...425 мм, а для вантажних автомобілів 440...550 мм. Зусилля на рульовому колесі для повороту на місці Рр.к = Мс / (), (1.8) де Rpк -радіус кермового колеса; ККД кермового механізму. ККД кермового механізму. Прямий ККД при передачі зусилля від рульового колеса до сошки рм = 1 - (Мтр1/Мр.к) (1.9) де Мтр1 - момент тертя кермового механізму, наведений до кермового колеса. Зворотний ККД характеризує передачу зусилля від сошки до кермового колеса: рм = 1 - (Мтр2/Мв.с) (1.10) де Мтр2 - момент тертя кермового механізму, наведений до валу сошки; Мв.с -момент на валу сошки, підведений від керованих коліс. ККД як прямий, так і зворотний залежать від конструкції кермового механізму і мають такі значення: рм = 0,6 ... 0,95; рм = 0,55 ... 0,85 Механізми керування автомобіля- це механізми, які призначені забезпечувати рух автомобіля у потрібному напрямку, та його уповільнення чи зупинку у разі потреби. До механізмів управління відносяться рульове управління та гальмівна система автомобіля. Рульове управління
автомобіля- цесукупність механізмів, службовців, для повороту керованих коліс, забезпечуєрух автомобіляу заданому напрямку. Передавання зусилля повороту рульового колеса до керованих колес забезпечує рульовий привід . Для полегшення керування автомобілем застосовують підсилювачі керма ,
які роблять поворот керма легким та комфортним. 1 – поперечна тяга; 2 – нижній важіль; 3 – поворотна цапфа; 4 – верхній важіль; 5 - поздовжня тяга; 6 - сошка кермового приводу; 7 – рульова передача; 8 - кермовий вал; 9 – рульове колесо. Кожне кероване колесо встановлено на поворотному кулаку, з'єднаному з передньою віссю за допомогою шкворня, який кріпиться нерухомо в передній осі. При обертанні водієм рульового колеса зусилля передається за допомогою тяг та важелів на поворотні кулаки, які повертаються на певний кут (задає водій), змінюючи напрямок руху автомобіля. 1. Рульовий механізм -
сповільнювальна передача, що перетворює обертання валу рульового колеса на обертання вала сошки. Цей механізм збільшує зусилля, що прикладається до рульового колеса.водія та полегшує його роботу. 1 – Рульове колесо; 2 – корпус підшипників валу; 3 – підшипник; 4 – вал колеса кермового керування; 5 – карданний вал кермового управління; 6 – тяга кермової трапеції; 7 – наконечник; 8 – шайба; 9 – палець шарнірний; 10 – хрестовина карданного валу; 11 - вилка ковзна; 12 - наконечник циліндра; 13 - кільце ущільнювальне; 14 - гайка наконечника; 15 – циліндр; 16 -поршень зі штоком; 17 - кільце ущільнювальне; 18 – кільце опорне; 19 – манжета; 20 - натискне кільце; 21 – гайка; 22 - муфта захисна; 23 - тяга кермової трапеції; 24 - маслянка; 25 - наконечник штока; 26 - кільце стопорне; 27 - заглушка; 28 – пружина; 29 - обойма пружини; 30 - кільце ущільнювальне; 31 - вкладиш верхній; 32 – палець кульовий; 33 - вкладиш нижній; 34 – накладка; 35 - муфта захисна; 36 – важіль поворотного кулака; 37 – корпус поворотного кулака. 1 – корпус золотника; 2 – кільце ущільнювальне; 3 – кільце плунжерів рухоме; 4 – манжета; 5 – картер кермового механізму; 6 – сектор; 7 – пробка заливного отвору; 8 – черв'як; 9 – бічна кришка картера; 10 – кришка; 11 - пробка зливного отвору; 12 - розпірна втулка; 13 – голчастий підшипник; 14 - сошка кермового управління; 15 - тяга сошки кермового управління; 16 - вал кермового механізму; 17 – золотник; 18 – пружина; 19 – плунжер; 20 – кришка корпусу золотника. Бак олійний.1 – Корпус бачка; 2 – фільтр; 3 – корпус фільтра; 4 – клапан перепускний; 5 – кришка; 6 – сапун; 7 – пробка заливної горловини; 8 - кільце; 9 – шланг, що всмоктує. Насос підсилювального механізму.
1 – кришка насоса; 2 – статор; 3 – ротор; 4 – корпус; 5 – голчастий підшипник; 6 – проставка; 7 – шків; 8 – валик; 9 – колектор; 10 – диск розподільний. Принципова схема.
1 – трубопроводи високого тиску; 2 – механізм кермовий; 3 – насос підсилювального механізму; 4 – шланг зливний; 5 – бак масляний; 6 - шланг всмоктувальний; 7 – шланг нагнітальний; 8 – механізм підсилювальний; 9 – шланги. Рульове керування автомобіля КамАЗ
1 - корпус клапана керування гідропідсилювачем; 2 – радіатор; 3 – карданний вал; 4 – рульова колонка; 5 - трубопровід низького тиску; 6 - трубопровід високого тиску; 7- бачок гідросистеми; 8 - насос гідропідсилювача; 9 - сошка; 10 - поздовжня тяга; 11 - кермовий механізм з гідропідсилювачем; 12 – корпус кутового редуктора. Механізм кермового керування автомобіля КамАЗ:
1 – реактивний плунжер; 2 корпус корпусу управління; 3 - провідне зубчасте колесо; 4 - ведене зубчасте колесо; 5, 22 і 29-стопорні кільця; 6 – втулка; 7 і 31 - упорні кілки», 8 - кільце ущільнювача; 9 та 15 - бинти; 10 – перепускний клапан; 11 та 28 - кришки; 12 – картер; 13 - поршень-рейка; 14 – пробка; 16 та 20- гайки; 17 – жолоб; 18 - кулька; 19 – сектор; 21 - стопорна шайба; 23 - корпус; 24 - завзятий підшипник; 25 - плунжер; 26 – золотник; 27 - регулювальний гвинт; 30 - регулювальна шайба; 32 зубчастий сектор валу сошки. Рульове керування автомобіля ЗІЛ;
1 - насос гідропідсилювача; 2 – бачок насоса; 3 – шланг низького тиску; 4 – шланг високого тиску; 5 колонка; 6 - контактний пристрій сигналу; 7 - перемикач покажчиків повороту; 8 карданний шарнір; 9 – карданний вал; 10 - кермовий механізм; 11 – сошка. Рульове керування автомобіля МАЗ-5335:
1 - поздовжня рульова тяга; 2- гідропідсилювач рульового приводу; 3 – сошка; 4 - кермовий механізм; 5 карданний шарнір приводу рульового управління; 6 - кермовий вал; 7- рульове колесо; 8 - поперечна кермова тяга; 9 - лівий важіль поперечної кермової тяги; 10 – поворотний важіль.
при В>Ф (22)
(23);
(24)
(25)
(28)
(29)
(37)
(52)
(59)
(62)
(63)
Різьблення М32 х 1,5
Вступ
Розрахунок кермового керування автомобіля
Основні технічні параметри
Принцип роботи кермового управління
Механізми керування, пристрій
Рульове управління складається з таких механізмів:
2. Рульовий привід -система тяг та важелів, що здійснює в сукупності з кермовим механізмом поворот автомобіля.
3. Підсилювач рульового приводу (не на всіх автомобілях)застосовується зменшення зусиль, необхідні повороту рульового колеса.
Пристрій рульового приводу:
