Дипломная работа: Проект рулевого управления автомобилем
С каждым годом автомобильное движение на дорогах России неуклонно возрастает. В таких условиях важнейшее значение приобретает конструкция транспортных средств, отвечающая современным требованиям безопасности движения.
На безопасность движения огромное влияние оказывает конструкция рулевого управления, как важнейший фактор взаимодействия водителя с дорогой. Для улучшения характеристик рулевого управления в его конструкцию добавляют разные типы усилителей. В нашей стране усилители рулевого управления применяют практически только на грузовых автомобилях и автобусах. За границей все больше легковых автомобилей имеют рулевое управление с усилителями, в том числе и легковые автомобили среднего и даже малого классов, поскольку рулевое управление с усилителем имеет несомненное преимущество перед обычным, обеспечивает гораздо большие комфорт и безопасность движения.
1. Общие сведения об автомобиле
1.1 Исходные данные для проектирования рулевого управления
Параметры шасси зависят от типа кузова, расположения двигателя и коробки передач, распределения масс автомобиля и его наружных размеров. В свою очередь, схема и конструкция рулевого управления зависят как от параметров всего автомобиля, так и от принятых решений по схеме и конструкции других элементов шасси и привода. Схема и конструкция рулевого управления определяются на ранних этапов проектирования автомобиля.
Основой для выбора способа управления и компоновочной схемы рулевого управления являются принятые на этапе эскизного проектирования характеристики и конструктивные решения, как то: максимальная скорость движения, размеры базы, колеи, колесная формула, распределение нагрузки по осям, минимальный радиус поворота автомобиля.
В нашем случае, необходимо спроектировать рулевое управление для легкового автомобиля малого класса передним поперечно расположенным двигателем и передними ведущими колесами.
Исходные данные для расчетов:
| · Колея передних колес | b12 =1385 мм |
| · База автомобиля | L=2488 мм |
| · Минимальный радиус поворота | R=5…5,2 м |
| · Снаряженная масса автомобиля | 1029 кг |
| · Размер шин | 165/70R13 |
Для оценки сил и моментов, действующих в рулевом управлении, необходима также информация по основным кинематическим точкам передней подвески, а также углам установки управляемых колес. Обычно эти данные становятся определенными по мере завершения синтеза кинематической схемы подвески по окончании этапа компоновки и уточняются (корректируются) на этапе доводки автомобиля. Для начальных, приближенных расчетов достаточно данных по углам установки оси шкворня и величине плеча обкатки. В нашем случае это:
| · Угол продольного наклона оси шкворня | a=1,43 град |
| · Угол поперечного наклона оси шкворня | b=13,24 град |
| · Угол развала колес | j' =0 град |
| · Угол схождения колес | q'=0 град |
Следует отметить, что принятое значение минимального радиуса поворота автомобиля, характеризующее его маневренность, является, по-видимому, минимально возможным для переднеприводных автомобилей такого класса. В качестве ограничивающего фактора здесь выступает максимально возможный угол в шарнирах равных угловых скоростей, которые применяются для передачи крутящих моментов от силового агрегата к передним колесам. Анализ данных по радиусу поворота выпускаемых в 70-80-е годы легковых автомобилей малого класса показывает, что его значение лежит в пределах 4,8-5,6 м. Дальнейшее снижение этого показателя возможно лишь путем применения всеколесного рулевого управления.
Для оценки (расчета) момента на рулевом колесе и сил, действующих в рулевом управлении, необходимо знать нагрузку на ось. Для переднеприводных автомобилей среднее распределение массы по осям составляет (%):
| Нагрузки автомобиля | Передняя ось | Задняя ось |
| Без нагрузки | 61 | 39 |
| Два человека спереди | 60 | 40 |
| Четыре человека | 55 | 45 |
| Пять человек и багаж | 49 | 51 |
| Нагрузки автомобиля | Полная масса, кг | Масса, приходящаяся на переднюю ось, кг |
| Без нагрузки | 900 | 549 |
| Два человека спереди | 1050 | 630 |
| Четыре человека | 1200 | 660 |
| Пять человек и багаж | 1325 | 649,5 |
1.2 Назначение рулевого управления. Основные требования
Рулевое управление – это совокупность устройств, обеспечивающих поворот управляемых колес автомобиля при воздействии водителя на рулевое колесо. Оно состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Для облегчения поворота колес в рулевой механизм или привод может быть встроен усилитель. Кроме того, для повышения комфорта и безопасности езды на автомобиле в рулевое управление может встраиваться амортизатор.
Рулевой механизм предназначен для передачи усилия от водителя к рулевому приводу и для увеличения момента, приложенного к рулевому колесу. Он состоит из рулевого колеса, рулевого вала и редуктора. Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого механизма (редуктора) к управляемым колесам автомобиля и для обеспечения необходимого соотношения между углами их поворота. Амортизатор компенсирует ударные нагрузки и предотвращает биение рулевого управления.
Задачей рулевого управления является возможно более однозначное преобразование угла поворота рулевого колеса в угол поворота колес и передача водителю через рулевое колесо информации о состоянии движения автомобиля. Конструкция рулевого управления должна обеспечивать:
1) Легкость управления, оцениваемую усилием на рулевом колесе. Для легковых автомобилей без усилителя при движении это усилие составляет 50…100 Н, а с усилителем 10…20 Н. Согласно проекту ОСТ 37.001 "управляемость и устойчивость автомобилей. Общие технические требования", который введен в действие в 1995 году, усилие на руле для автомобилей категории М1 и М2 не должно превышать нижеследующих величин.
Нормы по усилию на рулевом колесе, приведенные в проекте ОСТ соответствуют введенным в действие правилам ЕЭК ООН №79;
· Для неподвижного автомобиля без усилителя | …250 Н |
| · Для неподвижного автомобиля с усилителем | … 60 Н |
| · Для движущегося автомобиля с исправным рулевым автомобилем | …150 Н |
| · Для движущегося автомобиля при отказе усилителя | …300 Н |
2) Качение управляемых колес с минимальным боковым уводом и скольжением при повороте автомобиля. Несоблюдение этого требования приводит к ускорению изнашивания шин и снижению устойчивости автомобиля при движении;
3) Стабилизацию повернутых управляемых колес, обеспечивающую их возвращение в положение, соответствующее прямолинейному движению при отпущенном рулевом колесе. Согласно проекту ОСТ 37.001.487, возврат рулевого колеса в нейтральное положение должен происходить без колебаний. Допускается один переход рулевого колеса через нейтральное положение. Это требование также согласовано с Правилами ЕЭК ООН №79;
4) Информативность рулевого управления, что обеспечивается его реактивным действием. Согласно ОСТ 37.001.487.88, усилие на рулевом колесе для автомобиля категории М1 должно монотонно возрастать с увеличением бокового ускорения до величины 4,5 м/с2 ;
5) Предотвращение передачи ударов на рулевое колесо при наезде управляемых колес на препятствие;
6) Минимальные зазоры в соединениях. Оцениваются углом свободного поворота рулевого колеса автомобиля, стоящего на сухой, твердой и ровной поверхности в положении, соответствующем прямолинейному движению. По ГОСТ 21398-75 этот зазор не должен превышать 150 при наличие усилителя и 50 – без усилителя рулевого управления;
7) Отсутствие автоколебаний управляемых колес при работе автомобиля в любых условиях и на любых режимах движения;
8) Углы поворота рулевого колеса для автомобилей категории М1 должны находиться в пределах, установленных табл. :
| Кривизна траектории х10-2 , м-1 | Угол поворота руля, рад | |
| минимальный | максимальный | |
| 0,21 | (0,21L+0,2)i×10-2 | (0,21L+1,3)i×10-2 |
| 0,42 | (0,42L+0,4)i×10-2 | (0,42L+2,6)i×10-2 |
| 0,84 | (0,84L+0,48)i×10-2 | (0,84L+5,0)i×10-2 |
Помимо указанных основных функциональных требований, рулевое управление должно обеспечивать хорошее "чувство дороги", которое также зависит от:
1) ощущение точности управления;
2) плавности работы рулевого управления;
3) усилия на руле в зоне прямолинейного движения;
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--