Определение параметров рулевого управления

Оценочными параметрами рулевого управления являются кинематические и силовые передаточные числа, величина зазора в зацеплении, КПД рулевого управления в целом и его составных частей (рулевого привода, рулевого механизма).

Кинематическое передаточное число i_Pn рулевого привода определяется как отношение элементарного угла Q_c поворота сошки к полусумме элементарных углов с^и а₂ поворота соответственно внутреннего и внешнего управляемых колес. Величина i_Pn не является постоянной и зависит от положения звеньев привода. Поэтому ее значения должны определяться графически для различных углов поворота колес.

Рис.8.1. Схема рулевого управления

Для рулевого привода (рис.8.1), основываясь на том, что в среднем положении сошка 1 и

поворотный рычаг 3 перпендикулярны к продольной рулевой тяге 2, а в крайних положениях рычага и сошки углы между ними и тягой одинаковы, можно принимать i_KPn = l_nP / l_c, где l_nP и l_c - длины соответственно поворотного рычага и сошки.

Силовое передаточное число рулевого привода i_CPn равно отношению момента сопротивления повороту M_cn управляемых колес к моменту M_c на валу сошки. Оно также зависит от схемы рулевого привода и положения его звеньев. Для рулевого привода (рис. 8.1) практическое значение имеет величина 160 Рулевое управление
i_cpn, соответствующая началу поворота колес из правого крайнего положения в левое. В этом случае рычаги и тяги занимают положения, соответствующие штриховым линиям. Момент на валу сошки

Mc = 0, 5Mcn(1С /П)(1 + т'_л /ш'п).

Силовое передаточное число рулевого привода

'СРП

= Men /Mc = 2(П / 1С)[m П ^/(mn + ^тл ^)], где l_np, l_c, т_л, m_n - активные длины соответственно поворотного рычага, сошки, левого и правого рычагов.

Кинематическое передаточное число рулевого механизма в зависимости от принципа, положенного в основу его конструкции, может быть постоянным или переменным и, соответственно, равным

*кн = ^РК ^/ ^C.

Кинематические передаточные числа современных рулевых механизмов обычно постоянны: i_KH = 13...22 легковых автомобилей, i_KH = 20...25 для грузовых.

КПД рулевого управления равно произведению П = Л_РПЛ_Рм, где Лрп и Лр_М - КПД соответственно рулевого привода и рулевого механизма.

Величина п в среднем составляет 0, 67...0, 82 при передаче усилия от рулевого колеса к управляемым колесам (прямой КПД), а при передаче усилия в обратном направлении (обратный КПД) 0, 58...0, 63. Величина П_РП оценивает потери на трение в шарнирах тяги и шкворневых узлах управляемых колес, которые составляют, соответственно, 10...15 и 40...50 % общих потерь в рулевом управлении.

Необходимость высокого значения прямого КПД очевидна. Значение обратного КПД должно быть выше предела обратимости, чтобы сохранить стабилизацию управляемых колес и " чувство дороги", но возможно ближе к пределу обратимости. При этом поворачивающий момент, возникающий вследствие наезда управляемых колес на неровности дорожного покрытия (обратный удар), должен достигать рулевого колеса существенно ослабленным.

При наличии в рулевом управлении усилителей требования в отношении КПД рулевого механизма в значительной степени снижаются, так как легкость управления и гашение толчков и ударов в рулевом управлении обеспечиваются действием усилителя.

Если принять во внимание только трение в зацеплении рулевой пары, пренебрегая трением в подшипниках, сальниках и других зонах, то КПД червячных и винтовых механизмов в прямом направлении

4pm = ^Рд ^{/ t}g^(вд +Р⁾,

в обратном направлении

V2PM = ^tg^(вд ^-Р^)/ ^Рд, где вд - угол подъема винтовой линии червяка или винта, р - угол трения.

Зазоры во всех кинематических звеньях рулевого управления (от шкворневых узлов до рулевого колеса) должны быть соответствующими конструктивными решениями сведены до возможного минимума, чтобы исключить влияние управляемых колес.

Наибольшему износу подвергаются элементы рабочих поверхностей при нейтральном положении управляемых колес. Поэтому в этом положении зазор должен быть минимальным (близким к нулю). От среднего положения к периферии зазор в зацеплении постепенно увеличивается и в крайних положениях составляет 25°...35°. Это позволяет при очередных регулировках зазора компенсировать износы в среднем положении без опасности заклинивания рулевого механизма при поворотах рулевого колеса в ту или иную сторону.

Сопротивление повороту управляемых колес определяется для наиболее тяжелых условий, например, при повороте колес на месте на сухой шероховатой опорной поверхности. Момент, препятствующий повороту управляемого колеса M_cn, складывается из стабилизирующего момента M₃, момента силы сопротивления качению колеса относительно оси шкворня M₁ и момента силы трения скольжения шины по опорной поверхности вследствие различных расстояний от элементов его отпечатка до оси шкворня M₂. Таким образом,

M_cn = Mj + M₂ + M₃. (8.1)

Причем

M1 = G_kfa, M2 = G_kxp, ^M3 = ^aGk[Msin«1_Cp + sina_2cp⁾ + 7⁽cosa_Cp + cosa_2cp⁾,

где G_k - нагрузка на управляемую ось, a - плечо обкатки, f - коэффициент сопротивления качению; Я

и 7 - углы наклона шкворня вбок и назад, a_1cp и a_2cp - средние углы поворота соответственно

внутреннего и наружного колес автомобиля, ф - коэффициент сцепления ((р = 0, 9).

= 0, 5д/

где r и r_c - радиусы колеса, соответственно, свободный и статический.

Для практических расчетов удобно момент M_cn привести к валу сошки M_c

^mc = ^Mcn ^/(icpnVpn ⁾.

Тангенциальное усилие на ободе рулевого колеса, необходимое для поворота управляемых колес

FpK = ^Mc ^/(lpJpM^rPK)

не должно превышать 150...200 Н для легковых автомобилей и 500 Н для грузовых. В противном случае применяют усилитель рулевого управления. Диаметр 2r_PK рулевого колеса, тип соединения рулевого колеса с валом, присоединительные размеры ступицы рулевого колеса и вала установлены отраслевым стандартом ОСТ 37.001.062-75.