Расчёт рулевого управления автомобиля ЗИЛ-4333

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1 Исходные данные для проектирования

2 Момент сопротивления повороту управляемых колес

3 Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

4 Гидроусилитель рулевого механизма

5 Силовое передаточное число рулевого управления

6 Рулевой вал

7 Рулевой механизм

8 Вал рулевой сошки

9 Рулевая сошка

10 Поперечная тяга

11 Шаровый палец рулевого наконечника

12 Крестовина карданного шарнира неравных угловых скоростей

Литература



1. Исходные данные

колесо автомобиль рулевой карданный

Таблица 1.1- Исходные данные

Марка автомобиля (прототип)	ЗИЛ-4333
Рулевой механизм	С гидроусилителем; Рабочая пара - винт с гайкой на циркулирующих шариках и рейка, зацепляющая с зубчатым сектором
Разрешенная максимальная масса автомобиля, кг	11200
Размерность шин	260R508
Давление воздуха в шинах, Па	3,9х105
База, мм.	3800
Допустимый суммарный люфт рулевого колеса, 0	15
Допустимое усилие на рулевом колесе, Н	700
Минимальный радиус поворота автомобиля, м	6,9
Диаметр рулевого колеса, мм	450
Передаточное числорулевого механизма	20
КПД рулевого механизма	0,97
Распределение нагрузки передних колес на дорогу от снаряженной массы через шины, Н	21750
Наибольший угол поворота передних колёс (вправо и влево), 0	34 и 36
Коэффициент сцепления, при повороте колеса на месте	0,85

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



2. Момент сопротивления повороту рулевого колеса

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

p_ш= 3,9х10⁵- давление воздуха в шине, МПа;

G_K= 21750 Н -нагрузка на переднюю ось;

3. Усилие на рулевом колеседля поворота на месте

где -передаточное число рулевого механизма;

-КПД рулевого механизма;

-радиус рулевого колеса:

Вычисленное значение усилия на рулевом колесепревышает допустимое []= 700H, значит требуетсяустановка 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 23Н 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--рабочийобъемгидроусилителя;

-- 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

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:



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; [у_и] = 300...400 МПа; [у_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.; [ф] = 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]:

где W_ИиW_К -соответственноосевойиполярныймоментысопротивления опасного сечения.

Эквивалентное напряжение рассчитывается по одной из теорий прочности. Материал сошки: сталь 30, 18ХГТ; [W_Э] = 300...400 МПа.

10. Поперечная тяга

Усилие, передаваемое шестерней на рейку Р_х,вызывает напряжение сжатия и продольный изгиб тяги[7]:

где F- площадь поперечного сечения:

где d-диаметр сечения тяги;



Критическое напряжение при продольном изгибе

где L- длина тяги, м; E-продольный модуль упругости, МПа;

J- момент инерции сечения тяги.

L=0,3м

Запас устойчивости

Запас устойчивости , что удовлетворяет условию



11. Шаровый палец рулевого наконечника

Напряжение среза при площади сеченияшарового пальца у основания:

где - площадь сечения шарового пальца у основания:

где - диаметр шарового пальца

12. Крестовина карданного шарнира неравных угловых скоростей

Шипы крестовины испытывают на напряжения изгиба и смятия, а крестовина - напряжение разрыва. Расчеты ведут по формулам [3]:

Рис. 3 - Расчетная схема карданного шарнира неравных угловых скоростей



Напряжение изгиба шипа крестовины:

- условие напряжения изгиба крестовины выполняется.

Напряжение среза шипа крестовины:

- условие напряжения среза крестовины выполняется.

Напряжение крестовины на разрыв в прямоугольном сечении А-А площадью F:

b=10,0005мм; h=20мм.

- условие напряжения на разрыв крестовины выполняется.



Литература

1. Вахламов В.К. Техника автомобильного транспорта: Подвижной состав и эксплуатационные свойства: Учеб.пособие для студ. высш. учеб. заведений. - М.: "Академия", 2004. - 528 с.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для машиностроительных специальных вузов. - М.: Высшая школа, 1985 - 416 с., ил

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя в 3-х т. Т.3. - 5 изд., переработанное и дополненное. - М. Машиностроение, 1980. - 559 с, ил.

4. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкции, элементы расчета. - М: Машиностроение, 1979. - 557 с.

5. Кригер А. М. Шасси автомобиля ЗИЛ-130. - М: Машиностроение, 1973. - 400 с.

6. Оформление пояснительной записки и графической части курсовых и дипломных проектов. Методические указания. В.М. Пономарёв, О.И. Горбунова, г. Чайковский. ЧТИ (филиал) ИжГТУ, 2003. - 99с.

7. В.Ф. Яркеев. Методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности190601 "Автомобили и автомобильное хозяйство" по дисциплине "Автомобили" Часть 2.

Размещено на Allbest.ru