3 Кинематический расчет рулевого управления

Исходные данные ЗИЛ-131 6×6

База – L = 3,975 м;

Колея – = 1,820 м;

Полная масса 10158 кг;

Полная масса 10185 кг;

Нагрузка на управляемую ось 3060 кг;

Передаточное число рулевого механизма

Радиус поворота по оси следа наружного колеса м.

Радиус рулевого колеса R_р=0,25

Шины 12.00R20

Свободный радиус 0,571 м;

Статический радиус 0,530 м.

Радиус обкатки колеса вокруг шкворня м;

Расстояние между осями шкворней м;

Кинематический расчет заключается в определении углов поворота управляемых колес, нахождении передаточных чисел рулевого механизма, привода и управления в целом, выборе параметров рулевой трапеции, а также в согласовании кинематики рулевого управления и подвески.

Рис. 3.1 Кинематика поворота колес с одним управляемым мостом

Из рис. 3.1 следует:

, (3.1)

где , – углы поворота наружного и внутреннего колес.

Находим необходимые максимальные углы поворота колес при заданном наименьшем радиусе поворота R.

, (3.2) , (3.3)

где L – база;

R – минимальный радиус поворота

– радиус обкатки колеса вокруг шкворня.

Подбор параметров трапеции при жестких в боковом направлении управляемых колесах начинается с определения угла Ф наклона боковых рычагов трапеции. Они располагаются таким образом, чтобы a=(0,7…0,8)L [1. стр.31]. Принимаем a=0,7L=0,7∙3,975=3,22 м и строим рулевую трапецию рис. 3.2.

Рис. 3.2 Рулевая трапеция

Из схемы рулевой трапеции рис. 3.2 принимаем Ф = 74˚.

Отношение длинны бокового рычага к длине поперечной тяги m/n = 0,12…0,16 [1. стр.31], принимаем m/n = 0,14. Тогда:

, (3.4)

м.

Согласно компоновки принимаем длину бокового рычага m = 0,54 м.

Общее кинематическое передаточное число рулевого управления, определяется передаточными числами механизма и привода [1. стр.32], равно отношению полного поворота рулевого колеса к углу поворота колес от упора до упора:

, (3.5)

где – полный угол поворота рулевого колеса для грузовых автомобилей [1. стр.32].

4 Силовой расчет рулевого управления

В силовом расчете определяются усилия: необходимое для поворота управляемых колес на месте; развиваемое цилиндром усилителя; на рулевом колесе при работающем и не работающем усилителе.

Наибольшего значения усилие на рулевом колесе достигает при повороте автомобиля, стоящего на сухом асфальтобетонном покрытии.

Сила F_р, необходимая для поворота управляемых колес стоящего на горизонтальной поверхности автомобиля, находится исходя из суммарного момента М_Σ на цапфах управляемых колес:

, (4.1)

где – момент сопротивления перекатыванию управляемых колес при их повороте вокруг шкворней;

– момент сопротивления деформации шин и трения в контакте с опорной поверхностью вследствие проскальзывания шины;

– моменты, обусловленные поперечными и продольными наклонами шкворней.

, (4.2)

где – осевая нагрузка, передаваемая управляемым колесам;

f = 0,018 – коэффициент сопротивления перекатыванию колеса [1. стр.33];

r_f – радиус обкатки колеса вокруг шкворня.

Н∙м.

, (4.3)

где φ = 0,8 – коэффициент сцепления колес с опорной поверхностью [1. стр. 33];

– плечо силы трения скольжения относительно центра отпечатка шины

, (4.4)

где – свободный радиус шины;

– статический радиус.

м.

Н∙м.

, (4.5)

где β – угол поперечного наклона шкворня (β=5˚);

– средний угол поворота колес.

, (4.6)

Н∙м.

, (4.7)

где 𝛾 – угол продольного наклона шкворня (𝛾 = 2,5˚).

Н∙м.

Н∙м.

Усилие на рулевом колесе:

, (4.8)

где м – радиус рулевого колеса;

– КПД рулевого управления [1. стр. 33].

Н.

Это больше допустимого значения 250 Н, следовательно, необходима установка усилителя.

Требуемое усилие для поворота колес:

, (4.9)

Поскольку, на автомобиле ЗИЛ-131 установлен интегральный усилитель, значение не учитывается, значит:

Н.

Определяем ход поршня-рейки из одного крайнего положения в другое:

, (4.10)

где, м – длина поршень рейки;

м – длина сошки.

м.

Определим шаг винта:

(4.11)

где, м – радиус начальной окружности сектора.

м.