13.3. Кинематический расчет рулевого привода

При проектировании рулевого управления обычно выполняют два расчета: кинематический и прочностной.

Кинематический расчет заключается в определении углов поворота управляемых колес, выборе параметров рулевой трапеции, согласовании кинематики рулевого управления и подвески, а также нахождения передаточных чисел рулевого механизма, привода и управления в целом.

Для того чтобы исключить боковое скольжение колес при движении автомобиля на повороте, траектории всех колес должны представлять собой дуги концентрических окружностей с общим центром О (мгновенный центр поворота). Для этого управляемые колеса должны быть повернуты на разные углы.

Соотношение между углами по­ворота наружного и внутреннегоуправляемых колес, при котором обеспечивается их качение без сколь­жения, определя­ется из геометрических соотношений:

, (13.10)

где – расстояние между осями шкворней (между осями поворотных цапф);– база автомобиля.

Максимальный угол поворота наружного управляемого колеса ограничивается по условиям компоновки автомобиля лонжероном рамы или продольной балкой основания несущего кузова. После подстановкив выражение (13.10) находят максимальный угол поворота внутреннего управляемого колеса.

Для определения геометрических пара­метров рулевой трапеции используют в большинстве случаев графические методы. Для этой цели предварительно задаются размерами поперечной тяги и боковых сторон трапеции, исходя из следующих соображений.

В существующих конструкциях пере­сечение продолжения осей боковых тяг трапеции имеет место приблизительно на расстоянии 0,7от передней оси, если трапеция задняя, и на расстоянии , если трапеция передняя.

Считается, что оптимальное отношение длины m боко­вого рычага трапеции к длине n попереч­ной рулевой тяги составляет:

= 0,12 ÷ 0,16. (13.11)

Численные зна­чения m и n можно найти из подобия тре­угольников:

,

С учетом выражения (13.11) и , получим уравнение с одним неизвестным, решение которого дает приближенные численные значения искомых величин.

Таким же образом можно найти приближенные значения параметров пе­редней трапеции.

По полученным данным выполняют в масштабе графическое пост­роение рулевой трапеции. Затем, построив через равные угловые промежутки поло­жение цапфы внутреннего колеса, гра­фически находят соответствующие положе­ния наружного колеса и строят график зависимости ,которую называют фактической (штриховая кри­вая). Далее по уравнению (13.10) строят теоретическую зависимость (сплошная кривая).

Если максимальная разница между теоретическим и фактическим значениями не превосходит 1,5° при мак­симальном угле поворота внутреннего колеса, то считается, что трапеция подоб­рана правильно.

Подбор параметров рулевой трапеции с учетом увода управляемых колес представляет определенные трудности, так как продольное смещение мгновенного центра поворота зависит от скорости движения. Существует ряд ана­литических способов определения опти­мальных параметров рулевой трапеции, которые дают также приближенное значе­ние искомых величин.

Схематическую компоновку рулевого привода выполняют для определения размеров и расположения в пространстве сошки, тяг и рычагов, а также передаточного числа привода. При этом стремятся обеспечить одновременно симметричность крайних положений сошки относительно ее нейтрального положения, а также равенство передаточных чисел привода при повороте колес как вправо, так и влево.

Если углы между сошкой и продольной тягой, а также между тягой и поворотным рычагом в его крайних положениях приблизительно одинаковы, то эти условия выполняются.

Кинематически перемещения продольной тяги и подвески должны быть согласова­ны, чтобы исключить самопроизвольный поворот управляемых колес при деформа­ции упругого элемента подвески.

Компо­новка, показанная на рисунке, не обес­печивает необходимого согласования тра­екторий переднего конца продольной тяги и центра колеса. Поэтому при верти­кальных и угловых колебаниях автомобиля возникает самопроизвольный поворот управляемых колес.

Сравнительно хорошее согласование может быть получено при расположении рулевого механизма перед передней осью или при расположении рулевого механизма за передней осью и передним расположением серьги листовой рессоры. Однако при переднем распо­ложении серьги продольные силы, возни­кающие при наезде передних колес на препятствие, в большей степени переда­ются на раму автомобиля.