4. Рулевое управление
Поворот передних колес осуществляется с помощью рулевого управления. Соотношение углов поворота направляющих колес, обеспечивающее их качение без скольжения на повороте, определяют по следующему уравнению:
ctg α = ctg β + M / L,
где: α — угол поворота наружного колеса;
β — угол поворота внутреннего колеса;
М — расстояние между центрами шкворней (центр шкворня определяется точкой пересечения оси цапфы с осью шкворня);
L — база автомобиля.
Правильный поворот автомобилей обеспечивается рулевой трапецией, при помощи которой направляющие колеса одновременно поворачиваются на соответствующие углы, находящиеся между собой в указанном соотношении. При этом продолжения осей всех колес автомобиля пересекаются в одной точке — в центре поворота.
Рис. 4.1 Схема рулевой трапеции
Конструкция рулевой трапеции зависит от типа подвески и должна обеспечивать правильный поворот колес при независимом их качении на упругих элементах подвески. На автомобиле М-20 «Победа» имеющим независимую подвеску с качанием колес в поперечной плоскости, применяют расчлененную рулевую трапецию. У автомобилей М-20 «Победа» рулевая трапеция имеет переднее расположение. Поперечная рулевая штанга расчленена на три части. Средняя ее часть качается на двух рычагах, одним из которых является рулевая сошка, а вторым — маятниковый рычаг. Боковые штанги соединяют среднюю штангу с рычагами поворотных цапф.
Соблюдение приведенной выше зависимости между углами поворота и направляющих колес, определяющей правильную кинематику поворота автомобиля обеспечивается подбором размеров и соотношений основных элементов рулевой трапеции и углов между ними. Однако достигнуть при помощи рулевой трапеции указанных типов полного совпадения действительных углов поворота колес с теоретически необходимыми не представляется возможным, поэтому при повороте автомобиля получается некоторое отклонение действительных углов от теоретических. Эти отклонения незначительны и практически не нарушают правильности кинематики поворота автомобиля. Общие данные по рулевому управлению и основным размерам и соотношениям рулевых трапеций приведены в табл. 4.1.
Максимальные углы поворота правого и левого колеса, приведенные в табл. 4.1 на автомобиле ограничиваются специальными упорами и регулировочными болтами.
Основными оценочными параметрами рулевого управления являются его передаточные числа, к которым относятся угловое и силовое передаточные числа. Угловое передаточное число рулевого управления представляет собой отношение угла поворота рулевого колеса к соответствующему углу поворота направляющего колеса, расположенного со стороны руля, вокруг шкворня. Угловое передаточное число подсчитывают по формуле:
iω = i1 i2,
где i1, - угловое передаточное число рулевого механизма;
i2 - угловое передаточное число рулевого привода.
Угловое передаточное число рулевого механизма есть отношение угла поворота рулевого колеса к соответствующему углу поворота рулевой сошки. Для рулевого механизма автомобиля Победа, выполненного по типу червяк—ролик, вследствие неравенства зазоров пары в среднем и крайнем положениях и изменения при этом действительного радиуса зацепления, действительное передаточное число имеет переменное значение, увеличивающееся от среднего положения механизма к крайним. Величина изменения передаточного числа незначительна и не оказывает практического влияния на эксплуатационные показатели автомобиля. Поэтому для оценки рулевого управления учитывают передаточное число для среднего положения механизма. Передаточное число при этом определяют по формуле:
i1 = 2 π R1 / t,
где R1 - радиус зацепления пары;
t - шаг витка червяка.
Передаточное число рулевого привода определяют по формуле
i2 = lp / lc,
где lc - плечо рулевой сошки;
lp - плечо поворотного рычага цапфы.
Силовое передаточное число рулевого управления представляет собой отношение суммы усилий, действующих на оба направляющих колеса в точках их соприкосновения с дорогой на плече поворота r', к усилию, приложенному к ободу рулевого колеса. Силовое передаточное число рулевого управления определяют по формуле:
ip = iω Rk / r',
где Rk - радиус рулевого колеса;
r' - плечо поворота управляемого колеса.
Для рулевого механизма силовое передаточное число iр.м. представляет собой отношение усилия, действующего вдоль продольной штанги, к усилию, прикладываемому к ободу рулевого колеса, без учета потерь на трение. Это передаточное число можно определить по формуле:
iр.м. = iω Rk / ( lc cos(β-β0)),
где Rk - радиус рулевого колеса;
lc - плечо рулевой сошки;
β - угол перемещения сошки от первоначального ее положения;
β0 - начальный угол, составляемый осью сошки в среднем положении колес с перпендикуляром к оси продольной штанги.
Угловое и силовое передаточные числа, зависящие от конструктивных соотношений элементов рулевого управления, подбирают так, чтобы обеспечить максимальную легкость и удобство управления автомобилем. При малом значении силового передаточного числа к рулевому колесу для поворота автомобиля требуется приложение больших усилий. При значительном увеличении силового передаточного числа угловое передаточное число увеличивается. Это вызывает необходимость повороте рулевого колеса на большие углы, что затрудняет пользование рулевым управлением.
Значения передаточных чисел рулевого управления приведены в табл. 4.2
Оценивать рулевой механизм, кроме величин передаточных чисел, характеризующих его как передаточный механизм, можно также по следующим показателям:
1) по обратимости, к. п. д. и отдаче обратных ударов на рулевое колесо;
2) по зазорам в передаче и изменению этих зазоров по мере повоя механизма.
Первый показатель характеризует эксплуатационные качества рулевого механизма, а второй — конструктивные особенности передачи. Требуемая закономерность изменения приращения радиуса беззазорного зацепления для рулевых механизмов, выполненных в виде пары глобоидальный червяк—ролик, показано на рис.4.2(а).
Рис. 4.2. Диаграммы приращения радиуса беззазорного зацепления
а - желаемого вида
б - действительного механизма автомобиля М-20 Победа
Действительный характер изменения этого параметра для рулевого механизма автомобиля М-20 «Победа» показан на рис.4.2(б), где по оси ординат отложена величина холостого хода сошки при разных углах ее поворота.
Поворот передних колес осуществляется с помощью рулевого управления. Соотношение углов поворота направляющих колес, обеспечивающее их качение без скольжения на повороте, определяют по следующему уравнению:
где: α — угол поворота наружного колеса;
β — угол поворота внутреннего колеса;
М — расстояние между центрами шкворней (центр шкворня определяется точкой пересечения оси цапфы с осью шкворня);
L — база автомобиля.
Правильный поворот автомобилей обеспечивается рулевой трапецией, при помощи которой направляющие колеса одновременно поворачиваются на соответствующие углы, находящиеся между собой в указанном соотношении. При этом продолжения осей всех колес автомобиля пересекаются в одной точке — в центре поворота.
Рис. 4.1 Схема рулевой трапеции
Таблица 4.1.
| Наименьший радиус поворота по колее наружного колеса, в м | 6.3 | |
| Максимальные углы поворота управляемых колес | наружного | 28° |
| внутреннего | 30° | |
| Размеры рулевой трапеции | M | 1216 |
| L | 2700 | |
| m | 170 | |
| d | 164 | |
| n | 448 | |
| b | 448 | |
| c | 455.5 | |
Конструкция рулевой трапеции зависит от типа подвески и должна обеспечивать правильный поворот колес при независимом их качении на упругих элементах подвески. На автомобиле М-20 «Победа» имеющим независимую подвеску с качанием колес в поперечной плоскости, применяют расчлененную рулевую трапецию. У автомобилей М-20 «Победа» рулевая трапеция имеет переднее расположение. Поперечная рулевая штанга расчленена на три части. Средняя ее часть качается на двух рычагах, одним из которых является рулевая сошка, а вторым — маятниковый рычаг. Боковые штанги соединяют среднюю штангу с рычагами поворотных цапф.
Соблюдение приведенной выше зависимости между углами поворота и направляющих колес, определяющей правильную кинематику поворота автомобиля обеспечивается подбором размеров и соотношений основных элементов рулевой трапеции и углов между ними. Однако достигнуть при помощи рулевой трапеции указанных типов полного совпадения действительных углов поворота колес с теоретически необходимыми не представляется возможным, поэтому при повороте автомобиля получается некоторое отклонение действительных углов от теоретических. Эти отклонения незначительны и практически не нарушают правильности кинематики поворота автомобиля. Общие данные по рулевому управлению и основным размерам и соотношениям рулевых трапеций приведены в табл. 4.1.
Максимальные углы поворота правого и левого колеса, приведенные в табл. 4.1 на автомобиле ограничиваются специальными упорами и регулировочными болтами.
Основными оценочными параметрами рулевого управления являются его передаточные числа, к которым относятся угловое и силовое передаточные числа. Угловое передаточное число рулевого управления представляет собой отношение угла поворота рулевого колеса к соответствующему углу поворота направляющего колеса, расположенного со стороны руля, вокруг шкворня. Угловое передаточное число подсчитывают по формуле:
где i1, - угловое передаточное число рулевого механизма;
i2 - угловое передаточное число рулевого привода.
Угловое передаточное число рулевого механизма есть отношение угла поворота рулевого колеса к соответствующему углу поворота рулевой сошки. Для рулевого механизма автомобиля Победа, выполненного по типу червяк—ролик, вследствие неравенства зазоров пары в среднем и крайнем положениях и изменения при этом действительного радиуса зацепления, действительное передаточное число имеет переменное значение, увеличивающееся от среднего положения механизма к крайним. Величина изменения передаточного числа незначительна и не оказывает практического влияния на эксплуатационные показатели автомобиля. Поэтому для оценки рулевого управления учитывают передаточное число для среднего положения механизма. Передаточное число при этом определяют по формуле:
где R1 - радиус зацепления пары;
t - шаг витка червяка.
Передаточное число рулевого привода определяют по формуле
где lc - плечо рулевой сошки;
lp - плечо поворотного рычага цапфы.
Силовое передаточное число рулевого управления представляет собой отношение суммы усилий, действующих на оба направляющих колеса в точках их соприкосновения с дорогой на плече поворота r', к усилию, приложенному к ободу рулевого колеса. Силовое передаточное число рулевого управления определяют по формуле:
где Rk - радиус рулевого колеса;
r' - плечо поворота управляемого колеса.
Для рулевого механизма силовое передаточное число iр.м. представляет собой отношение усилия, действующего вдоль продольной штанги, к усилию, прикладываемому к ободу рулевого колеса, без учета потерь на трение. Это передаточное число можно определить по формуле:
где Rk - радиус рулевого колеса;
lc - плечо рулевой сошки;
β - угол перемещения сошки от первоначального ее положения;
β0 - начальный угол, составляемый осью сошки в среднем положении колес с перпендикуляром к оси продольной штанги.
Угловое и силовое передаточные числа, зависящие от конструктивных соотношений элементов рулевого управления, подбирают так, чтобы обеспечить максимальную легкость и удобство управления автомобилем. При малом значении силового передаточного числа к рулевому колесу для поворота автомобиля требуется приложение больших усилий. При значительном увеличении силового передаточного числа угловое передаточное число увеличивается. Это вызывает необходимость повороте рулевого колеса на большие углы, что затрудняет пользование рулевым управлением.
Значения передаточных чисел рулевого управления приведены в табл. 4.2
Таблица 4.2.
| Угловое передаточное число | Рулевого механизма в среднем положении, i1 | 16.6 |
| Рулевого привода, i2 | 0.96 | |
| Рулевого управления, iω | 15.99 | |
| Силовое передаточное число | Плечо поворота управляемого колеса, r' | 37.75 |
| Отношение радиуса рулевого колеса к плечу поворота Rk / r' | 5.8 | |
| Силовое передаточное число рулевого управления iр | 92.7 |
Оценивать рулевой механизм, кроме величин передаточных чисел, характеризующих его как передаточный механизм, можно также по следующим показателям:
1) по обратимости, к. п. д. и отдаче обратных ударов на рулевое колесо;
2) по зазорам в передаче и изменению этих зазоров по мере повоя механизма.
Первый показатель характеризует эксплуатационные качества рулевого механизма, а второй — конструктивные особенности передачи. Требуемая закономерность изменения приращения радиуса беззазорного зацепления для рулевых механизмов, выполненных в виде пары глобоидальный червяк—ролик, показано на рис.4.2(а).
Рис. 4.2. Диаграммы приращения радиуса беззазорного зацепления
а - желаемого вида
б - действительного механизма автомобиля М-20 Победа
Действительный характер изменения этого параметра для рулевого механизма автомобиля М-20 «Победа» показан на рис.4.2(б), где по оси ординат отложена величина холостого хода сошки при разных углах ее поворота.
