Основи розрахунку елементів рульового керування на міцність

Вихідною величиною для розрахунку елементів рульового керування є момент опору керованих коліс нерухомого автомобіля

(4) де

- момент опору коченню керованих коліс, - момент опору ковзанню відносно опорної поверхні, - стабілізуючий момент від поперечного нахилу шкворня. де

- сила тяжіння, що припадає на керовані колеса, f – коефіцієнт опору коченню, С- радіус повороту (радіус обкочування) керованого колеса.

де

- коефіцієнт зчеплення шин из поверхнею полотна дороги,

- радіус ковзання (плече прикладання сумарної сили тертя шини об полотно дороги відносно осі шкворня.

де

- кут нахилу шкворня в поперечній площині, рад.

та -кути повороту зовнішнього та внутрішнього керованих коліс, рад.

- сила тяжіння, котра передається безпосередньо на дорогу (не через шкворневе з’єднання). При інженерних розрахунках приймають

З урахуванням вище наведенного

Зусилля, яке необхідно прикласти до рульового колеса для повороту керованих коліс нерухомого автомобіля,

де

- радіус рульового колеса, - кінематичне передаточне число рульового керування, - коефіцієнт корисної дії рульового привода.

Обід рульового колеса, як правило, на міцність не розраховують. Спиці рульового колеса розраховують на згин. Рульовий вал розраховують на скручування в місці кріплення ведучої ланки рульової передачі.

Елементи зачеплення рульової передачі розраховують на міцність по напругах згину та на зношування по контактних напругах стиску .

Для зачеплення типу “ глобоїдний черв’як – ролик “

Рис 30. Рульовий механізм типу «глобоїдний

черв’як-ролик» без посилювач.

1- ролик, 2- черв’як.

Рис 31. Схема сил, що діють у рульовій передачі

типу “ глобоїдний червяк – ролик”.

, (5) де

- осьова сила, що діє на гребені ролика та витка черв’яка, - площа контакту,

де

- колова сила, що діє на контакті зачеплення, - кут підйому гвинтової лінії черв’яка.

З умови однаковості моментів, що діють на рульовий вал з боку рульового колеса та з боку червяка , одержуємо

. (6)

Тоді . (7)

Площа контакту матиме вигляд

де

- центральні кути секторів черв’яка та ролика, що знаходиться в зачепленні, - зовнішні радіуси черв’яка та ролика, - кількість гребенів ролика, які знаходяться в зачепленні.

Підставивши в значення та в попереднє рівняння 5, отримаємо

У рульової передачі типу “гвинт – гайка – рейка – сектор” сили та , що діють у гвинтовій парі, знаходять з рівнянь 6,7

Рис 32. Рульовий механізм “ гвинт – гайка – рейка – сектор “.

Рис 33. Схема сил, які діють в парі “ гвинт – гайка “.

Напруги стиску в парі “ кулька – поверхня “ канавки знаходять з рівняння

де

- коефіцієнт кривизни дотичних поверхонь, - модуль пружності матеріала, для сталі ; - діаметр кульки; - діаметр канавки гвинта (гайки); - кількість кульок, які знаходяться одночасно в нарізці гвинта та в канавці гайки; - кут контакту кульок, .

Напруги згину в зуб’ях сектора:

де

- колове зусилля, котре діє на зуб’я сектора; - кутове передаточне число рульової передачі; -радіус первісного кола зуб’їв сектора.

- коефіцієнт форми зуба; - довжина зуба сектора; - крок зуб’їв сектора;

- коефіцієнт перекриття зуб’їв.

У тому випадку, коли силовий пристрій підсилювача суміщений рульовою передачею, величину знаходять з виразу

, де

Де - тиск рідини в системі підсилювача; - внутрішній діаметр циліндра силового пристрою підсилювача.

Контактні напруги на поверхні зуб’їв підраховують за відомим виразом Біляєва – Герца.

В рульовій передачі “черв’як – сектор” з боковим розташуванням сектора, напруги згину визначають для зуб’їв сектора:

де

- колове зусилля, що діє на зубя сектора,

- радіус первісного кола черв’яка; - кути спіралей нарізки витків черв’яка та зуб’їв сектора; - коефіцієнт форми зуба; - модуль

(нормальний) по первісному обводу; - довжина зуба сектора; - коефіцієнт перекриття; - кількість заходів черв’яка.

Контактні напруги на зуб’ях сектора:

де

- кут зачеплення; - еквівалентні первісні радіуси черв’яка та зуб’їв сектора.

Вал сошки руля розраховують на напругу кручення:

де

- передаточне число рульової передачі; - момент опору крученню рульової сошки.

Якщо силовий пристрій підсилювача сумісний з рульовою передачею, то

Напруга кручення де

- радіус прикладення скручувального зусилля до вала сошки руля

(наприклад, радіус первинного обводу зуб’їв сектора).

Напруги кручення не повинні перевищувати 350 МПа. Рульову сошку розраховують на згин та на кручення відносно повздовжньої осі.

Тяги та важелі рульового привода розраховують на міцність з умови поворота керованих коліс нерухомого автомобіля та гальмування з максимальною інтенсивністю.

Поперечну та повздовжню рульові тяги розраховують за запасом стійкості повздовжньому згину

де

- критична напруга (при ній порушується повздовжня стійкість),

- напруга стиску.

Поворотний важіль розраховують на згин в місці запасовки важеля та на небезпечному перерізі, а бокові важелі трапеції – аналогічно.

Шарнірні з’єднання рульового привода розраховують на тиск між головкою кульового пальця та сухарями; ніжку пальця – на згин та зріз в місці запасовки пальця в важелях та тягах.

При розрахунку підсилювача визначають геометричні параметри розподільника та силового циліндра, продуктивність насоса та умови сталої роботи рульового керування з підсилювачем.

Рульові керування з підсилювачем розробляють таким чином, щоб при відмові від роботи підсилювача зберігалася можливість безопасно керувати автомобілем.

Дата добавления: 2014-12-25