Кинематический расчет рулевого привода

При проектировании рулевого управления обычно выполняют два расчета: кинематический и прочностной.

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

Для того чтобы исключить боковое скольжение колес при движении автомобиля на повороте, траектории всех колес должны представлять собой дуги концентрических окружностей с общим центром О (мгновенный центр поворота). Для этого управляемые колеса должны быть повернуты на разные углы.

Соотношение между углами по­ворота наружного  и внутреннего  управляемых колес, при котором обеспечивается их качение без сколь­жения, определя­ется из геометрических соотношений:

,                     (13.10)

где  – расстояние между осями шкворней (между осями поворотных цапф); – база автомобиля.

Максимальный угол поворота наружного управляемого колеса  ограничивается по условиям компоновки автомобиля лонжероном рамы или продольной балкой основания несущего кузова. После подстановки  в выражение (13.10) находят максимальный угол поворота внутреннего управляемого колеса .

Для определения геометрических пара­метров рулевой трапеции используют в большинстве случаев графические методы. Для этой цели предварительно задаются размерами поперечной тяги и боковых сторон трапеции, исходя из следующих соображений.

В существующих конструкциях пере­сечение продолжения осей боковых тяг трапеции имеет место приблизительно на расстоянии 0,7  от передней оси, если трапеция задняя, и на расстоянии , если трапеция передняя.

Считается, что оптимальное отношение длины m боко­вого рычага трапеции к длине n попереч­ной рулевой тяги составляет:

 = 0,12 ÷ 0,16.                                           (13.11)

Численные зна­чения m и n можно найти из подобия тре­угольников:

,

С учетом выражения (13.11) и , получим уравнение с одним неизвестным, решение которого дает приближенные численные значения искомых величин.

Таким же образом можно найти приближенные значения параметров пе­редней трапеции.

По полученным данным выполняют в масштабе графическое пост­роение рулевой трапеции. Затем, построив через равные угловые промежутки поло­жение цапфы внутреннего колеса, гра­фически находят соответствующие положе­ния наружного колеса и строят график зависимости , которую называют фактической (штриховая кри­вая). Далее по уравнению (13.10) строят теоретическую зависимость (сплошная кривая).

Если максимальная разница между теоретическим и фактическим значениями не превосходит 1,5° при мак­симальном угле поворота внутреннего колеса, то считается, что трапеция подоб­рана правильно.

Подбор параметров рулевой трапеции с учетом увода управляемых колес представляет определенные трудности, так как продольное смещение мгновенного центра поворота зависит от скорости движения. Существует ряд ана­литических способов определения опти­мальных параметров рулевой трапеции, которые дают также приближенное значе­ние искомых величин.

Схематическую компоновку рулевого привода выполняют для определения размеров и расположения в пространстве сошки, тяг и рычагов, а также передаточного числа привода. При этом стремятся обеспечить одновременно симметричность крайних положений сошки относительно ее нейтрального положения, а также равенство передаточных чисел привода при повороте колес как вправо, так и влево.

Если углы между сошкой и продольной тягой, а также между тягой и поворотным рычагом в его крайних положениях приблизительно одинаковы, то эти условия выполняются.

Кинематически перемещения продольной тяги и подвески должны быть согласова­ны, чтобы исключить самопроизвольный поворот управляемых колес при деформа­ции упругого элемента подвески.

Компо­новка, показанная на рисунке, не обес­печивает необходимого согласования тра­екторий переднего конца продольной тяги и центра колеса. Поэтому при верти­кальных и угловых колебаниях автомобиля возникает самопроизвольный поворот управляемых колес.

Сравнительно хорошее согласование может быть получено при расположении рулевого механизма перед передней осью или при расположении рулевого механизма за передней осью и передним расположением серьги листовой рессоры. Однако при переднем распо­ложении серьги продольные силы, возни­кающие при наезде передних колес на препятствие, в большей степени переда­ются на раму автомобиля.