Расчеты рулевого привода, рулевого механизма и гидроусилителя руля. Определение диаметра силового цилиндра усилителя

2.4. Определение элементов надежности разрабатываемых изделий и расчеты их выходных параметров.

2.4.1. Расчеты рулевого привода, рулевого механизма и гидроусилителя руля.

Кинематический расчет рулевого управления.

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

Для того, чтобы управляемые жесткие колеса катились при повороте без проскальзывания, их мгновенный центр поворота должен лежать на пересечении осей вращения всех колес (рис. ).

Для схемы поворота автомобиля 4*2 наружный  и внутренний  углы поворота колес связаны зависимостью

 (1)

где L- база автомобиля;

l0- расстояние между точками пересечения осей шкворней с опорной поверхностью.

При заданном наименьшем радиусе поворота R (по оси следа наружного колеса)

где rf =107- радиус обкатки колеса вокруг шкворня.

Максимальный внутренний угол поворота ограничивается по условиям компоновки автомобиля лонжероном рамы или продольной балкой основания несущего кузова. После подстановки  в (1) находится . Для автомобиля

Определим кинематическое передаточное число рулевого управления

где  (для грузовых автомобилей);

Upy=21- передаточное число рулевого управления.

Силовой расчет рулевого управления.

В силовом расчете определяются усилия: на месте, на колесах при торможении, на отдельных деталях рулевого управления. Также в ходе силового расчета определяется диаметр силового цилиндра усилителя.

Определение усилия необходимого для поворота управляемых колес на месте.

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

где Mf- 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 поперечным и продольным наклонами шкворней;

G1=m1g=6500*9,81=63765 H - осевая нагрузка, передаваемая колесам;

f=0,018 - коэффициент сопротивления качению колеса;

- коэффициент сцепления колес с опорной поверхностью;

rf=107 мм- радиус обкатки колеса вокруг шкворня;

- углы наклона шкворня в боковом направлении и назад;

- углы поворота наружного и внутреннего колес;

- плечо силы трения скольжения относительно отпечатка шины; rc,r0- свободный и расчетный радиусы колеса соответственно.

Тогда

Отсюда усилие на ободе рулевого колеса

где Rp=225 мм- радиус рулевого колеса;

Up.y.=21 - передаточное число рулевого управления;

- КПД рулевого привода и рулевого механизма.

Так как  необходима установка усилителя рулевого управления.

Определение диаметра силового цилиндра усилителя.

Работа, которую совершает водитель для поворота управляемых колес на месте:

где - углы поворота колес из одного крайнего положения в другое;

Мв- момент на колесах, создаваемый усилием водителя

где Fвр=120 Н- усилие на рулевом колесе по ГОСТ 21398-89.

Работа совершаемая для поворота управляемых колес из одного положения в другое

где Мс=6500- суммарный момент на колесах.

Работа совершаемая усилителем

Тогда необходимый объем цилиндра

Рмах=10 МПа- максимальное давление в гидросистеме усилителя.

Диаметр силового цилиндра

где lсц=280 мм- ход штока силового цилиндра по компоновке; dш=28 мм- диаметр штока силового цилиндра.

Определение усилия на управляемых колесах при торможении.

Максимальная сила действующая на автомобиль при торможении, определяется условиями сцепления колеса с дорогой.

, где f- коэффициент сцепления принимаемый равным 0.7;