Рульове керування. Кінематичні схеми і силові передавальні числа

Рульове керування служить для зміни або підтримання обраного напрямку руху автомобіля і здійснення маневрування. В загальному випадку 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 осій);

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

- складанням 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 обгрунтуванні конструкції органів рульового керування необхідно забезпечити виконання вимог до нього: витримка таких співвідношень між кутами коліс, 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 q_с повороту вала сошки до півсуми елементарних кутів a₁ і a₂ повороту відповідно внутрішнього і зовнішнього керованих коліс:

 

(114)

Величина u_кп 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:

 

(115)

де Dq_рк і Dq_с – зміна кутів повороту відповідно рульового колеса і вала сошки.

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

 

(116)

Кут повороту рульового колеса сучасних автомобілів складає q_рк = 540 ... 1080°, кути повороту керованих коліс a₁ = a₂ = 30 ... 40°, кінематичні передаточні числа рульового керування вантажних автомобілів u_кр = 20 ... 25, легкових u_кр = 13 ... 22.

Силове передаточне число рульового керування дорівнює:

 

(117)

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

f_r = 0,018 ... 0,022 – коефіцієнт опору кочення;

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

r_ковз = (0,12 ... 0,15) × r_к – радіус ковзання шини, м;

r_к – радіус кочення шини, м;

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

М_рк = Р_рк × R – момент, який прикладається до рульового колеса, H×м;

Р_рк – зусилля, яке прикладається до рульового колеса, Н;

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

В існуючих конструкціях сучасних автомобілів u_ср = 100 ... 300.

Рульовий привод.

Рульовий 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 на рис. 28 (схема а – відноситься до автомобілів з залежною підвіскою, схема б – з незалежною підвіскою).

 

Рис. 28

 

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:

 

(118)

де a_з a_в – кути повороту відповідно зовнішнього і внутрішнього керованого моста;

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

L – поздовжня база автомобіля, м.

Використовуючи рівнобічну трапецію необхідно визначити M, m, n (рис. 29)

 

Рис. 29

 

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

Довжина поперечної тяги:

 

м (119)

де 0,12 ... 0,16

Значення кута q знаходять з виразу

???????????????????

 

де K » 0,7 при задньому і K » 1,0 при передньому розташуванні рульової трапеції

Для перевірки відповідності обраних розмірів рульової трапеції задовольняння вимоги кочення коліс при повороті без бокового ковзання необхідно побудувати графік залежності a_з = f (a_в) за даними, одержаними аналітичним методом на основі виразу (120), і даними графічної побудови кінематики рульової трапеції. Для реалізації аналітичного методу на основі виразу

 

(120)

проводять обчислення кута повороту зовнішнього колеса a_з при значеннях a_в: 0°, 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 40°.

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 0° до 40° з кроком 5°, визначити кути повороту зовнішнього колеса a_з (рис. 30)

Рис. 30

 

Результати отримані при реалізації аналітичного і графічного методів необхідно представити у вигляді таблиці (таблиця 17) і графіка (рис. 31)

Таблиця 17