Расчетные нагрузки в рулевом управлении

В силовом расчете рулевого управления определяются следующие усилия: необходимое для поворота управляемых колес на месте, развиваемое цилиндром усилителя при его наличии, на рулевом колесе при работающем и неработающем усилителе, на рулевом колесе со стороны реактивных элементов распределителя, на управляемых колесах при торможении. на отдельных деталях рулевого управления.

Наибольшие значения усилий достигаюся при повороте управляемых колес неподвижного автомобиля. В движении эти усилия значительно меньше. Поэтому расчет ведется для режима поворота управляемых колес для автомобиля, стоящего на горизонтальном сухом асфальто-бетонном покрытии. Расчетная схема к определению момента сопротивления повороту приведена на рис. 9.24.

     

Рис. 9.24. Расчетная схема к определению момента сопротивления повороту

 

Усилие, необходимое для поворота автомобиля для вышеизложенного расчетного условия, определяется исходя из суммарного момента М_∑ на цапфах управляемых колес:

 

М_∑ = М _f + М_φ + М_β + М_γ,                                                                                             (9.31)

 

где М _f – момент сопротивления перекатыванию колес при их повороте вокруг оси шкворня;

М_φ – момент сопротивления боковому скольжению шин при повороте колес;

М_β, М_γ  - мометы сил, затрачиваемых на подъем передней части автомобиля при повороте колес вокруг оси шкворня с учетом углов его продольного γ и поперечного β наклона.

  Эти силы определятся из следующих выражений:

 

М _f = f G ₁ r_f = f G ₁ [ l – πr ₀ (λ + β)/180];                                                                          (9.32)

 

М_φ = φ₀ G ₁ r_φ;                                                                                                                 (9.33)

 

  М_β = 0,5 G ₁ r_f sinβ (sinθ _Н + sinθ _В) ≈ G ₁ r_f sinβ sinθ                                                        (9.34)

 

М_γ ≈  - G₁r₀sin²γ sinθ,                                                                                                          (9.35)

где G ₁ –  нагрузка на передние колеса;

f –  коэффициент сопротивления качению; принимается f = 0,018;

φ₀ - коэффициент сцепления при повороте колеса на месте; принимается в расчетах φ = 0,8…0,9;

r ₀ –  расчетный радиус колеса;

r_f – радиус обкатки колеса вокруг оси шкворня (рис. 9.24);

r_φ –  плечо силы трения скольжения относительно центра отпечатка колеса; значение этого радиуса может быть определено из выражения: r_φ = 0,5 ;

r_c – свободный радиус колеса; при r ₀ = 0,96 r_c можно принять r_φ = 0,14 r_c;

l – длина цапфы;

λ – угол развала колес;

γ – угол продольного наклона шкворня (оси поворота);

β - угол поперечного наклона шкворня (оси поворота);

θн и θ _В – углы поворота наружного и внутреннего колес в град;

θ – средний угол поворота колес; θ = .

С большой степенью точности суммарный момент сопротивления повороту управляемых колес может быть определен с помощью эмпирической зависимости:

 

М_∑ = 10^-3φ₀ /3 ,                                                                                                          (9.36)

 

где p _ш – давление воздуха в шине.

     

Усилие на рулевом колесе, необходимое для поворота автомобиля в данных условиях, определится из зависимости:

 

Р_рк = М_∑/(R _рк u _ру η_ру),                                                                                                          (9.37)

 

 где R _рк – радиус рулевого колеса.

  Полученное значение Р_рк сравниваетс с допустимым на рулевом колесе, которое принимаетсяравным [ P _рк ] = 250Н. Если расчетное значение Р_рк> [ P _рк ]. то на автомобиле непременно устанавливается рулевой усилитель. Расчетные усилия для расчета деталей рулевого управления на прочность принимаются для легковых автомобилей Р_рк = 400Н, для грузовых автомобилей Р_рк = 700Н.

  В существующих конструкциях рулевых управлений с усилителем поворот управляемых колес на месте осуществляется без особых усилий на рулевом колесе. Уилие на штоке гидроцилиндра может быть определено из формулы:

 

P _шт = М_∑/(l _р u _р),                                                                                                              (9.38)

 

где l_р – плечо рычага гидроцилиндра;

u_р- передаточное число рычагов, расположенных между штоком цилиндра и управляемыми колесами.

   При торможении автомобиля на переднее колесо может действовать максимальная тормозная сила

 

Р_Т = 0,5 G ₁ k_Zφ,                                                                                                                  (9.39)

     

где k_Z - коэффициент динамического перераспределения нагрузки между мостами; k_Z = 1,15…1,2.

Нагрузки, действующие на детали рулевого управления, зависят от места установки гидроцилиндра. детали, расположенные между рулевым колесом и гидроцилиндром, нагружаются силой Р_рк, приложенной водителем к рулевому колесу. Детали, расположенные между гидроцилиндром и управляемыми колесами, рассчитываются по усилию P _шт.