Материал: ЗИЛ-4333 (основная часть)

Содержание

1. Исходные данные для проектирования 3

2. Момент сопротивления повороту управляемых колес 4

3. Усилие на рулевом колесе для поворота на месте 4

4. Гидроусилитель рулевого механизма 4

5. Силовое передаточное число рулевого управления 5

6. Рулевой вал 6

7. Рулевой механизм 6

8. Вал рулевой сошки 7

9. Рулевая сошка 8

10. Поперечная тяга 8

11. Шаровый палец рулевого наконечника 9

12. Крестовина карданного шарнира неравных угловых скоростей 10

Литература 11

1 Исходные данные

Таблица 1.1 - Исходные данные

Рис. 1 – Кинематическая схема рулевого управления (с неразрезной трапецией и объединённым гидроусилителем) ЗИЛ-4333

2 Момент сопротивления повороту рулевого колеса [7]

где – коэффициент сцепления с дорогой, при повороте колеса на месте;

p_ш = 3,9х10 ⁵– давление воздуха в шине, МПа;

G_K = 21750 Н – нагрузка на переднюю ось;

3 Усилие на рулевом колесе для поворота на месте [7]

где – передаточное число рулевого механизма;

– КПД рулевого механизма;

– радиус рулевого колеса:

Вычисленное значение усилия на рулевом колесе превышает допустимое [ ] = 700 H , значит требуется установка рулевого усилителя..

4 Гидроусилитель руля

Гидроусилитель рулевого управления уменьшает усилие, которое необходимо приложить к рулевому колесу для поворота передних колёс, смягчает удары, возникающие из-за неровностей дороги, и повышает безопасность движения, позволяя сохранить контроль за направлением движения автомобиля в случае разрыва шины переднего колеса.

Схема гидроусилителя рулевого управления изображена в приложении, на листе 1.

Момент на рулевом колесе, при котором включается гидроусилитель, зависит от силы центрирующих пружин и составляет около 5 Н, что соответствует усилию 23 Н на ободе рулевого колеса. Этот же момент при максимальном расчетном моменте сопротивления повороту колес приблизительно равен 19 Н (усилие на ободе 86 Н). В действительности указанные величины несколько больше расчетных, вследствие наличия указанных выше предварительных натягов в рулевом механизме. Несмотря на это максимальное усилие па ободе рулевого колеса автомобиля ЗИЛ-130 значительно ниже не только усилия большинства грузовых автомобилей, но и многих легковых машин. «Чувство дороги» для данного гидроусилителя может характеризоваться коэффициентом [5]:

где — момент на рулевом колесе при максимальном расчетном моменте сопротивления повороту колес;

— момент на рулевом колесе, соответствующий включению гидроусилителя. Для автомобиля ЗИЛ-130 коэффициент К = 3,8, что характеризует хорошее «чувство дороги».

Максимальное рабочее давление в полости цилиндра гидроусилителя при повороте автомобиля на месте равно 5,885 МПа.

Удельная работоспособность гидроусилителя [5]:

где — рабочий объем гидроусилителя;

— максимальное давление, развиваемое насосом.

Для автомобиля ЗИЛ-4333 при = 5,885 МПа удель­ная работоспособность гидроусилителя:

При достаточной подаче насоса гидроусилителя частота вра­щения рулевого колеса такова, что насос успевает заполнить ра­бочую полость цилиндра гидроусилителя. У автомобиля ЗИЛ- эта частота вращения равна не менее 1,31 об/с одну сторону и 1,68 об/с в другую при минимальной частоте вращения холосто­го хода двигателя.

5 Силовое передаточное число рулевого управления [7]

где – момент сопротивления повороту рулевого колеса, Нм;

= 86 Н – момент, приложенный к рулевому колесу [5].

Условие ограничений минимального (60 Н) и максимального (80 Н) усилий на рулевом колесе [7] после установки гидроусилителя рулевого механизма выполняется.

6 Рулевой вал

Рулевой вал (полый) нагружается моментом:

Напряжение кручения полого вала:

где - наружный диаметр вала ,м;

- внутренний диаметр вала, м.

Вычисленное значение напряжения кручения рулевого вала не превышает допустимое [ ] = 100 МПа , значит в изменении параметров рулевого вала нет необходимости.

7 Рулевой механизм

Для винтореечного механизма в звене: винт — шариковая гайка определяют услов­ную радиальную нагрузку Р_ш на один шарик [7]:

где - осевая сила, Н;

- число рабочих витков;

- число шариков на одном витке, находят из ус­ловия полного заполнения канавки;

- угол контакта шариков с канавками.

Контактное напряжение, определяющее прочность шарика [7]:

где Е - модуль упругости первого рода (Е = 200 ГПа);

d_ш - диаметр шарика;

d_к - диаметр канавки;

k_кр - коэффици­ент, зависящий от кривизны контактирую­щих поверхностей (k_кр = 0,6...0,8);

[ ] = 2500...3500 МПа в зависимости от диа­метра шарика.

По ГОСТ 3722-81 может быть определена разрушающая нагрузка, действующая на один шарик.

Следует учитывать, что наибольшие наг­рузки в винтовой паре имеют место при неработающем усилителе.

Зубья сектора и рейки рассчитывают на изгиб и контактное напряжение по ГОСТ 21354-87, при этом конусностью зубьев сектора пренебрегают.

Окружное усилие на зубьях сектора [7]:

где радиус начальной окружности сектора;

максимальное давление жидкости в усилителе;

диаметр гид­роцилиндра усилителя.

Второе слагаемое применяется в том случае, если усилитель нагружает рейку и сектор, т. е. когда рулевой механизм объединен с гидроцилиндром.

Материал сектора - сталь 18ХГТ, ЗОХ, 40Х, 20ХНЗА; [ σ_и ] = 300...400 МПа; [ σ_cж ] = 1500 МПа.

8 Вал рулевой сошки

Напряжение кру­чения вала сошки при наличии усилителя [7]:

где d - диаметр вала сошки.

Материал вала сошки - сталь 30, 18ХГТ, 20ХНЗА.; [ τ ] = 300...350 МПа.

9 Рулевая сошка

Рулевая сошка (рис. 2). Изгиб и кру­чение — основные виды напряжения.

Рис. 2 - Расчетная схема рулевой сошки

Рас­чет ведут на сложное сопротивление. Шлицы рассчитывают на срез. Усилие на шаровом пальце сошки, вызы­вающее изгиб и кручение (при наличии встроенного усилителя) [7]:

Напряжение изгиба в опасном сече­нии А-А [7]:

Напряжение кручения [7]: