13.2. Определение параметров рулевого управления

Тип рулевого управления зависит от типа автомобиля, его компоновочной схемы и веса, приходящегося на управляемые колеса. При выборе рулевого управления определяющими факторами являются следующие: расчетное усилие, необходимое для поворота автомобиля на месте; обеспечение безопасности движения на высоких скоростях при разрыве шины; уменьшение утом­ляемости водителя, особенно при движении в тяжелых дорожных условиях.

Оценочными параметрами рулевого механизма являются угловое передаточное число, прямой и обратный КПД и величина зазора в зацеплении.

Угловое передаточное число рулевого механизма определяют по формуле:

, (13.1)

где – элементарный угол поворота рулевого колеса;– элементарный угол поворота вала сошки.

При выборе величины передаточного числа рулевого механизма необходимо выполнение двух условий:

1. передаточное число должно быть достаточным для поворота управляемых колес в наиболее тяжелых условиях, т.е. на месте при максимальном сцеплении колес с дорогой;

2. для обеспечения легкости управления число оборотов рулевого колеса от его среднего положения до каждого из крайних не должно превышать: для легковых автомобилей – 1,8, для грузовых – 3.

В зависимости от типа и конструкции рулевого механизма его передаточное число при повороте рулевого колеса может оставаться постоянным или изменяться.

Рулевые механизмы с переменным передаточным числом необходимы, прежде всего, для рулевых управлений, не оборудованных усилителями (легковые автомобили).

На среднем участке передаточное число рулевого механизма должно иметь максимальное значение. Это обеспечивает высокую точность управления автомобилей на прямолинейных участках, повышает безопасность движения и облегчает управление.

Для автомобилей, снабженных усилителями, не выдвигается особых требований в отношении характера изменения передаточного числа рулевого механизма. Рулевой механизм в таких автомобилях служит в основном лишь для включения системы усилителя в работу и для обеспечения кинематического и силового следящего действия этой системы. Однако передаточное число и здесь должно быть достаточно большим, чтобы при выходе из строя усилителя водитель мог бы некоторое время управлять автомобилем без излишнего перенапряжения.

Рулевые механизмы большинства автомобилей имеют постоянное передаточное число: у легковых автомобилей – = 13 ÷ 22; грузовых –= 20 ÷ 25.

Прямой КПД, характеризующий, как уже было указано выше, передачу усилия от рулевого колеса к управляемым колесам, определяют по формуле:

, (13.2)

где – момент трения в рулевом механизме, приведенный к рулевому валу;– момент, прикладываемый к рулевому колесу.

Обратный КПД рассчитывают по формуле:

, (13.3)

где – момент трения в рулевом механизме, приведенный к валу сошки;– момент на валу сошки, подведенный от управляемых колес.

Прямой и обратный КПД зависят от конструкции рулевого механизма и составляют: = 0,6 ÷ 0,96;= 0,55 ÷ 0,85.

Зазор в зацеплении рулевого механизма должен быть минимальным, чтобы предотвратить виляние управляемых колес и ухудшение устойчивости автомобиля. Зазор в рулевом управлении определяется по углу свободного поворота рулевого колеса (люфту) при нейтральном положении управляе­мых колес.

Наибольшее изнашивание рабочих поверхностей деталей происходит при прямолинейном движении авто­мобиля, когда управляемые колеса находятся в нейтральном по­ложении. Поэтому при нейтральном положении управляемых ко­лес зазор в зацеплении рулевого механизма должен быть мини­мальным (близким к нулю).

При увеличении угла поворота рулевого колеса от нейтрально­го положения к крайним положениям зазор в зацеплении рулево­го механизма должен постепенно увеличиваться, что необходимо для предотвращения заклинивания (заедания) руле­вого механизма после регулировки зацепления при изнашивании, которое обычно происходит в зоне, соответствующей небольшим углам поворота рулевого колеса.

Необходимая величина зазора в зацеплении рулевого механиз­ма и характер его изменения обеспечиваются конструктивными методами (особенностями рулевого механизма) или технологией (например, сдвигом режущего инструмента при нарезке деталей зацепления механизма).

Оценочными параметрами рулевого привода являются передаточные числа, КПД и податливость деталей привода.

Угловое передаточное число рулевого привода автомобиля с двумя управляемыми колесами рассчитывают по формуле:

, (13.4)

где – элементарный угол поворота сошки;– элементарный средний угол поворота управляемых колес.

Силовое передаточное число рулевого привода рассчитывают по формуле:

, (13.5)

где – момент сопротивления повороту управляемых колес;– момент на валу сошки.

При нейтральном положении управляемых колес передаточное число рулевого привода можно определить через соотношение длин рычага поворотного кулака и сошки:

. (13.6)

Передаточное число рулевого привода при повороте управляемых колес не остается постоянным, т.к. положения рычага и сошки изменяются. Данное передаточное число изменяется в пределах – = 0,85 ÷ 1,1.

Отношение силового передаточного числа рулевого привода к угловому определяет КПД привода:

. (13.7)

Податливость рулевого привода определяют экспериментально при закрепленных управляемых колесах. При этом замеряют углы поворота рулевого колеса и соответствующие им моменты, приложенные к рулевому колесу.

Оценочные параметры усилителей: силовая статическая характеристика; коэффициент эффективности; показатели чувствительнос­ти и реактивного действия.

Силовая статическая характеристика представляет собой графическую зависимость между усилием на рулевом колесе и моментом сопротивления повороту управляемых колес при наличии усилителя (сплошная ли­ния) и без усилителя (штриховая линия).

За точкой перегиба, со­ответствующей , дальнейшее увеличение усилия возможно только за счет большего усилия водите-ля на рулевом колесе.

Коэффициент эффективности характери-зует усиление на руле­вом колесе, представляет собой отношение усилия на рулевом колесе без усилителя к усилию на рулевом колесе при работа­ющем усилителе, и определяется по формуле:

, (13.8)

где –усилие, создаваемое усилителем, приведенное к руле­вому колесу.

Значение коэффициента эффективности за­висит от конструкции рулевого усилителя. Максимальное значе­ние коэффициента эффективности рулевых усилителей – Э = 10 ÷ 15.

Показателями чувствительности являются усилие на рулевом колесе и угол поворота рулевого колеса, необходимые для включения усили­теля.

На силовой статической характеристике зона определяет усилие на рулевом колесе, соответствующее моменту включения усилителя. Это усилие не­обходимо для перемещения золотника гидрораспределителя из нейт­рального положения при повороте.

Угол пово­рота, необходимый для вклю­чения усилителя, зависит от зазора в рулевом управлении и смещения при этом золотника гидрораспределите­ля.

Показатель реактивного действия определяет силовое следящее действие усилителя («чувство дороги») и рассчитывается по формуле:

. (13.9)

Для оценки усилителей могут быть использованы и другие оценочные параметры, например, показатель чувствительности при обратном (от колес) включении усилителя, показатель маневренности на поворотах и т.д.