Рулевое управление легкового автомобиля

 

Белорусский национальный технический  университет

Автотракторный факультет

Кафедра: “Большегрузные автомобили”

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по  дисциплине “Автомобили”

 

Тема

«Рулевое управление легкового автомобиля»

 

 

 

 

Выполнил:                                                                                   Забавнюк Е.А.

                                          студент гр. 301419

Руководитель:                                                                            Альгин В.Б.          

 

 

 

 

Минск-2013

Содержание

2.Введение

3. Обзор схем и конструкций рулевых управлений легковых автомобилей

4.  Описание  работы, регулировок и технических  характеристик проектируемого узла

5. Кинематический расчет рулевого управления

6. Силовой расчет рулевого управления

7. Гидравлический расчет рулевого управления

8. Прочностной расчет рулевого управления

Заключения

^{Список  используемой  литературы}

 

2.Введение

Рулевое управление – это совокупность устройств, обеспечивающих поворот управляемых колес автомобиля при воздействии водителя на рулевое  колесо. Рулевое управление состоит  из рулевого механизма и рулевого привода. Для облегчения поворота колес  в рулевой механизм или привод может встраиваться усилитель. Рулевой  механизм предназначен для передачи усилия от водителя к рулевому приводу  и для увеличения крутящего момента, приложенного к рулевому колесу. Рулевым  механизмом называют механизм, который  позволяет осуществить поворот  колес с необходимым передаточным числом. Он состоит из рулевого колеса, колеса и редуктора. Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам  автомобиля и для обеспечения  необходимого соотношения между  углами их поворота. Рулевой привод – система тяг и рычагов, которые  в совокупности с рулевым механизмом осуществляют поворот автомобиля.

В данной курсовой работе содержится обзор современных  конструкций систем рулевого управления, а также проведен расчет рулевого управления легкового автомобиля Мазда 6.

Конструкция рулевого управления должна обеспечивать:

1. легкость управления, оцениваемую усилием на рулевом колесе. Для грузовых автомобилей: 250 Н — для рулевого управления без усилителя, 120 Н — для рулевого управления с усилителем;
2. качение управляемых колес с минимальным боковым уводом и скольжением при повороте автомобиля;
3. стабилизацию повернутых боковых колес, обеспечивающую их возвращение в положение, соответствующее прямолинейному движению, при отпущенном рулевом колесе;
4. предотвращение передачи ударов на рулевое колесо при наезде управляемых колес на препятствие;
5. минимальные зазоры в соединениях. Оцениваются углом свободного поворота рулевого колеса автомобиля, стоящего на сухой, твердой и ровной поверхности в положении соответствующему прямолинейному движению. По ГОСТ 21398 — 75 этот зазор не должен превышать 15° при наличии усилителя и 5° — без усилителя рулевого управления;
6. отсутствие      автоколебаний управляемых колес при работе автомобиля в любых условиях и на любых режимах движения.

Рисунок 2.1- Конструктивная схема рулевого управления

 

3. Обзор и анализ конструкций  рулевых управлений легковых  автомобилей

 

Рулевой механизм может представлять собой червячную (червяк-ролик или  червяк-сектор) или винтовую(винт-гайка-рейка или винт-гайка-кривошип) конструкцию.

 

3.1 Рулевой механизм в виде пары  глобоидальный червяк-двухгребневой ролик

 

Рулевой механизм, расположенный в чугунном картере 16 (рис. 3.1), выполнен в виде пары глобоидальный червяк - двухгребневой ролик. Ролик 11 установлен на оси 12 головки вала рулевой сошки на двухрядном радиально-упорном шарикоподшипнике. Червяк 15, закрепленный на нижнем конце составного рулевого вала, установлен в картере 16 рулевого механизма на двух конических роликоподшипниках. Подшипники регулируют нижней пробкой 17, ввернутой в картер на резьбе. Пробку фиксируют стопорной гайкой. Вал червяка уплотняют в картере сальником 14.

Рисунок 3.1--  Рулевой механизм в виде пары глобоидальный червяк — двухгребневой ролик

Вал 28 рулевой сошки 18 лежит в приливе картера на бронзовых втулках и уплотнен сальником 29. Зацепление ролика с червяком регулируют винтом 30, ввернутым в верхнюю крышку 31 картера и входящим головкой с регулировочной шайбой в паз вала рулевой сошки. Винт закреплен контргайкой.

Картер 16 рулевого механизма крепят на кронштейне основания кузова. Между картером и кронштейном на один крепящий болт поставлены регулировочные шайбы 10. Картер в стенке кронштейна уплотнен резиновым уплотнителем 26.

Рулевой вал  3,4 установлен во втулке в резиновой обойме 33, закрепленной в кронштейне 32, который прикреплен к щитку кузова. На верхнем конце рулевого вала установлено рулевое колесо / с двумя спицами. В центре колеса расположена кнопка 2 включения звукового сигнала. Нижний конец рулевого вала соединен с валом 13 червяка на шлицах при помощи стяжного зажима 27. Такая конструкция составного рулевого вала с энергопоглощающим промежуточным зажимом устраняет передачу удара от картера на рулевой вал в случае аварии автомобиля. Энергия удара поглощается вследствие трения при скольжении вала червяка в зажиме 27, затягиваемом с определенным усилием при сборке.

На наружном конце вала 28 укреплена на елочных шлицах гайкой с шайбой рулевая сошка 18, соединяемая шарнирно с левым концом поперечной рулевой тяги 19. Правый конец этой тяги соединен с маятниковым рычагом 21, закрепленным на пальце 25, который установлен на двух конусных резиновых втулках 24. Втулки зажаты шплинтуемой гайкой с шайбой в кронштейне, закрепленном с правой стороны на кронштейне трубчатых кожухов передней подвески. Рулевая сошка 18 и маятниковый рычаг 21 боковыми тягами 22 шарнирно соединены с рычагами 23, закрепленными в поворотных кулаках передних колес. Соединения рулевых тяг выполнены на шаровых сочленениях.

В каждом сочленении хвостовик шарового пальца 9 коническим концом закреплен шплинтуемой гайкой в головке рычага. Шаровой палец 9 установлен в головке 8 тяги на двух пластмассовых вкладышах 4, поджимаемых подпятником 5 с пружиной 7. Пружина упирается в заглушку 6, укрепленную в головке стопорным кольцом. Шаровое сочленение закрыто резиновым чехлом 3 с опорной шайбой. Заглушка уплотняется в головке 8 резиновым кольцом. Сочленение заполняется при сборке смазкой и в дополнительной смазке не нуждается.

Наконечники шаровых сочленений соединяются с поперечной тягой 19 На резьбе. Это дает возможность изменять длину тяги и регулировать схождение колес. В установленном положении наконечники закрепляют в тяге контргайкой.

Наибольший  поворот управляемых колес ограничивается упором сошки и маятникового рычага в ограничительные болты 20, ввернутые в кронштейны на верхнем трубчатом кожухе подвески.

 

3.2 Рулевой механизм с цилиндрическим червяком и боковым сектором

 

Рисунок 3.2.1-- Рулевой механизм с цилиндрическим червяком и боковым сектором

 

На конец трубчатого вала 12 напрессован червяк 4. Опорами вала в картере 7 служат конические роликовые подшипники 3 и 8, установленные с предварительным натягом, который регулируют прокладками 9. Зубья червячного сектора 5 нарезаны на боковой поверхности, выполненной как одно целое с валом рулевой сошки. Вал поворачивается в картере на двух игольчатых подшипниках 13 и 14. На конце вала имеется конусная поверхность, на которой нарезаны мелкие шлицы для крепления сошки. 
 Зацепление червяка с сектором выполнено так, что зазор в зацеплении увеличивается при повороте червяка в обе стороны от среднего положения. Минимальный зазор в среднем положении определяется толщиной упорной шайбы 15, которая предохраняет вал от осевого перемещения.

3.3 Рулевой механизм реечного  типа (винт-гайка-рейка)

 

Но с середины 70-х годов, с  распространением на легковых автомобилях  переднего привода, стали в основном ставить тип рулевого механизма  — "шестерня—рейка" или попросту реечный, будучи легче и технологичнее  других механизмов, идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления.

 

Рисунок 1.6 Реечный  рулевой механизм с тягами

 

Рассмотрим несколько вариантов  систем с реечными механизма в зависимости от способа усиления воздействия водителя. Заметим что на сегодня для грузовых автомобилей актуальна система с "винт- шариковая гайка- рейка- сектор", и является приоритетной для грузовых машин, пикапов и больших внедорожников, однако появляются тенденции ставить даже на них реечные механизмы, примером может служить реечный рулевой механизм Freightliner Cascadia.

 

 

Рисунок 1.7 Реечный рулевой механизм Freightliner Cascadia

 

 
1 — рулевая рейка; 2 — поршень; 3 — сальники; 
4 — шарниры рулевых тяг; 5 — распределитель с золотником; 
6 — шестерня; 7 — торсион; 8 — роторный гидронасос

Рисунок  1.8 Реечный рулевой механизм с гидроусилителем.

 

Если рулевые тяги, как здесь, располагаются по бокам рейки, то поршень размещается посередине корпуса. А если тяги крепятся к центральной  части рейки, как это сделано  на Самарах и Москвиче-2141, то поршень выносят вбок.

Работу  рулевого управления также характеризует  общее передаточное отношение системы, а также интенсивность усиления воздействия водителя на рулевое  колесо и здесь вариантов много.

Основным  критерием системы является ее информативность  или обратная связь, т.е усиление должно быть не малым но и не сильно большим для того чтобы не лишать водителя «чувства дороги». На необходимое и достаточное усиление влияет ряд факторов: производительность насоса, параметры золотника и жесткость торсиона, геометрия передней подвески и углы установки колес (от этого в первую очередь зависит величина возвращающего усилия), параметры задней подвески, уводные характеристики шин и даже жесткость кузова на скручивание. Еще одна задача, которая стоит перед конструкторами, — сделать так, чтобы на маленькой скорости руль был легким, а на большом ходу становился более упругим и информативным.

Несколько лет назад, появились  серийные гидроусилители с электронной регулировкой работы распределителя в зависимости от скорости. 

В американской системе Magnasteer производства фирмы Delphi Saginaw, которой снабжены некоторые автомобили концерна General Motors (Chevrolet Corvette, многие модели Cadillac), с помощью электромагнитного устройства изменяется жесткость торсиона следящего устройства.

 
Рисунок 1.9 Разъем соединяет блок управления с электромагнитным устройством  изменения жесткости торсиона  

	1 — гидронасос с бачком;  2 — блок управления;  3 — электронный спидометр; 4 — реечный рулевой  механизм с гидроусилителем;  5 — распределитель с электромагнитным устройством изменения жесткости торсиона
Рисунок 1.10 Система Magnasteer

 

 

А в немецких гидроусилителях ZF Servotronic, которые стоят на машинах Audi A6 и A8, BMW 5-й и 7-й серий и всех моделях Jaguar, на помощь золотнику приходит электрогидравлический модулятор давления — с ростом скорости по сигналу от управляющего блока он ограничивает давление в рабочем контуре, и помощь гидроусилителя сходит на нет.

 

	1 - электронный спидометр;   2 - блок управления;   3 - электорогидравлический модулятор;  4 - реечный рулевой механизм; 5 -гидронасос;  6 - бачок; 7 - карданный шарнир
Рисунок 1.10 Гидроусилители ZF Servotroniс

 

 

 

Реечный рулевой механизм с гидроусилителем и переменным усилием на руле ZF Servotronic. С ростом скорости электрогидравлический модулятор снижает помощь усилителя до нуля.

Существует еще один вариант  решения — приводить насос  гидроусилителя не от коленчатого вала двигателя, а от электромотора. Тогда, с помощью электроники изменяя частоту вращения электропривода, можно варьировать производительность насоса как угодно. Такая схема применяется в гидроусилителях автомобилей Mercedes-Benz А-класса. Однако на прямой вообще отключать насос, чтобы экономить топливо (на привод гидронасоса уходит несколько лошадиных сил), неосуществимо — при резком отклонении баранки давление не успеет возрасти так быстро, и руль может "закусить".  
Впрочем, выход уже найден. Это электроусилители, в которых не осталось никакой гидравлики! На торсионе следящего устройства стоит датчик, и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную передачу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику усилителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью.

 

Вариант для автомобилей малого класса — усилитель встроен в  рулевую колонку

Вариант для автомобилей среднего класса

Вариант для автомобилей большого класса и микроавтобусов — электропривод  усилителя интегрирован с рулевой  рейкой

1  рулевая колонка; 2  электроусилитель с червячной передачей и электронным блоком управления;3  промежуточный вал; 4  реечный рулевой механизм; 5  следящее устройство с торсионом; 6  блок управления; 7  электропривод с механизмом винт—шариковая гайка—рейка

 

4.Описание работы, регулировок и технических характеристик проектируемого узла

4.1 Особенности конструкции

Рисунок 5.1.1-Реечный рулевой механизм

В рулевом  механизме показанном на рисунке 2.1 , вал-шестерня 1 и рейка 6 размешены в картере 7 открытые торцы которого защищены чехлам 5. Пружина плунжера 9 и регулировочная пробка 8 обеспечивает беззазорное  зацепление рейки и шестерни и гашение колебаний при ударах со стороны дороги. К концам рейки с помощью шаровых шарниров 4 присоединены боковые тяги 3 регулируемой длинны. Шарниры 2 соединяют тяги 3 с поворотными рычагами колес. Обычно вал-шестерню устанавливают в паре радиально упорных подшипников 10 (рисунок 2.1 а), или в радиальном подшипнике 12 с увеличенной глубиной канавок для повышения несущей способности в осевом направлении и игольчатом подшипнике 11(рисунок 2.1б). Прямой и обратный КПД соответственно 0.65 и 0.59.