Пример расчета. Произвести расчет деталей рулевого управления на нагрузку от рулевого колеса и от переднего колеса автомобиля

Произвести расчет деталей рулевого управления на нагрузку от рулевого колеса и от переднего колеса автомобиля. Определить напряжение рулевого вала и вала сошки на кручение, результирующее напряжение сошки, напряжение сжатия и запас устойчивости продольной тяги.

Дано

Радиус рулевого колеса R = 225 мм; диаметр полого сечения рулевого вала d₁ = 28 мм, d₂ = 22 мм, диаметр вала сошки d₃ = 26 мм, длина сошки l₁ = 210 мм; плечо изгиба сошки m = 145 мм; плечо кручения сошки C = 13 мм; размеры эллипса сечения сошки a = 39 мм, b = 29 мм, длина продольной тяги l₂ = 815 мм; диаметры полого сечения продольной тяги d₄ = 33 мм, d₅ = 23 мм, длина поперечной тяги l₃ = 1210 мм; диаметры полого сечения поперечной тяги d₆ = 32 мм, d₇ = 19 мм, передаточное число рулевого механизма i = 16, высота рулевой трапеции h = 220 мм; расстояние между осью продольной тяги и осью шкворня \= 215 мм, вес, приходящийся на переднее колесо G = 8500 Н.

Для всех вариантов усилие на рулевом колесе Р = 400 Н.

(8.18)

Расчет

Рулевой вал нагружается крутящим моментом

М_Рк = PR = 400 х 0.225 = 90 Нм. Напряжение кручения полого вала

т = M_{p> K}d₁ /[0, 2(d₁⁴ -d₂⁴)] = 90х0, 028/[0.2х(0.028⁴ - 0.022⁴)] = 33.1 МПа.

Запас прочности составляет n = [т]/т = 100/33.1 = 3.02.

Напряжение кручения вала сошки при отсутствии усилителя

т = М_Ркг_РМп_РМ / 0, 2d₃³ = 90 х16 х 0, 7/0, 2 х 0, 026³ = 286, 75 МПа, где d₃ = 0, 026 м - диаметр вала сошки, П_РМ - КПД рулевого механизма.

Величина П_РМ в среднем составляет 0, 67...0, 82 при передаче усилия от рулевого колеса к управляемым колесам (прямой КПД). Примем ^прм = 0, 7.

Материал вала сошки - сталь 30, 18ХГТ, 20ХНЗА., [т] = 350 МПа. Запас прочности составляет n = [т]/т = 350/286, 75 = 1, 22.

Рулевая сошка испытывает как изгиб, так и кручение (рис.8.5). Шлицы (рифты) рассчитывают на срез. Усилие на шаровом пальце сошки, вызывающее изгиб и кручение (при наличии встроенного усилителя),

Poo0 = Мр_К1рМПрМ /m = 90х16х0.7/0, 145 = 6951H.

Напряжение изгиба в опасном сечении А-А (рис.8.5)

o_u = P_oo0m/W_u = 6951х0, 145/0, 441х10^-5 = 228, 5МПа, где W_u = a²b/10 = 0.039² х0.029/10 = 0, 441 х 10^-5 м³ - момент сопротивления эллиптического поперечного сечения сошки.

Касательное напряжение

т = P_ooxC / W_k = 6951х 0, 013/0, 882 х10^-5 = 10, 2МПа, где W_k = a²b/5 = 0, 039²х0, 29/5 = 0, 882х10^-5 м³ - полярный момент сопротивления эллиптического поперечного сечения сошки.

Эквивалентное напряжение рассчитывается по третьей теории прочности

о_экв =-\1°2 + 3т² => /228, 5² + 3х10, 2² = 228, 7МПа.

Материал сошки: сталь 30, 18ХГТ, [о_эке] = 300...400МПа. Запас прочности m = [о_экв ]/ о жв = 350/228, 7 = 1, 53.

Определим напряжение сжатия продольной тяги

= P_OO0 / F = 6951/0.00176 = 3.95 МПа,

где F =K(d\ -d₅²) =п(0, 033² -0, 023²) = 0, 00176 м² - площадь поперечного сечения тяги.

Критическое напряжение при сжатии

о_р = к²EJ/(l₂²F) = 78.9 МПа,

где l₂ = 0, 815 м- длина продольной тяги, J = n(d^ -d₅⁴)/64 = 0.445х 10^-7 м⁴ - момент инерции поперечного сечения, E = 2, 1х10⁵ МПа - модуль упругости материала продольной тяги. Запас устойчивости тяги

S=o_kp/о_сж =к² EJ/(Р_соЛ) = 19.97.

.Материал: сталь 20, сталь 35.

 

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию рулевого управления.

2. Какой состав рулевого управления?

3. Какие основные требования, предъявляемые к рулевому управлению?

4. Дайте определение основных параметров рулевого управления.

5. По каким критериям оцениваются усилители рулевого привода?

6. Какова функция рулевой трапеции?

7. Запишите условие, при котором мгновенный центр поворота автомобиля находится на оси задних колес.

8. Как определить усилие, необходимое для поворота автомобиля?

9. Что необходимо предусмотреть при проектировании рулевого управления, чтобы на повороте движение автомобиля не сопровождалось боковым скольжением его колес?

10. Сформулируйте расчетный случай для рулевого управления.

11. Какой порядок расчета рулевого вала?

12. Какой порядок расчета рулевого привода?

13. Какие деформации испытывает рулевой вал?

14. Какие деформации испытывает рулевая сошка?

15. Какими конструктивными мероприятиями можно ограничить передачу толчков от дорожных неровностей на рулевое колесо?