Нагрузки и напряжения, действующие в деталях рулевого управления можно рассчитать, задавая максимальное усилие на рулевом колесе или определяя это усилие по максимальному сопротивлению повороту управляемых колес автомобиля на месте (что более целесообразно). Эти нагрузки являются статическими.

В рулевом механизме рассчитывают рулевое колесо, рулевой вал и рулевую передачу.

Максимальное усилие на рулевом колесе для рулевых управлений без уси­лителей – = 400 Н; для автомобилей с усилителями –
= 800 Н.

При расчете максимального усилия на рулевом колесе по мак­симальному сопротивлению повороту управляемых колес на ме­сте момент сопротивления повороту можно определить по эмпирической зависимости:

, (13.12)

где –коэффициент сцепления при повороте управ­ляемого колеса на месте;
– нагрузка на колесо;
–давление воздуха в шине.

Усилие на рулевом колесе для поворота на месте рассчитывают по формуле:

, (13.13)

где
– угловое передаточное число рулевого управления;
–радиус рулевого колеса;
– КПД рулевого управления.

По заданному или найденному усилию на рулевом колесе рас­считывают нагрузки и напряжения в деталях рулевого управле­ния.

Спицы рулевого колеса рассчитывают на изгиб, предполагая при этом, что усилие на рулевом колесе распределяется между спицами поровну. Напряжения изгиба спиц определяют по формуле:

, (13.14)

где
–длина спицы;
– диаметр спицы;
–число спиц.

Рулевой вал обычно выполняют трубча­тым. Вал работает на кручение, нагружаясь моментом:

. (13.15)

Напряжения кручения трубчатого вала рассчитывают по формуле:

, (13.16)

где
,
–наружный и внутренний диаметры вала соответственно.

Допустимые напряжения кручения рулевого вала – [
] = 100 МПа.

Рулевой вал проверяют также на жесткость по углу закручива­ния:

, (13.17)

где
–длина вала;
–модуль упругости 2-го рода.

Допустимый угол закручивания – [
] = 5 ÷ 8° на один метр длины вала.

В червячно-роликовой рулевой передаче глобоидный червяк и ролик рассчитывают на сжатие, контактные напряжения в зацеплении при котором определя­ют по формуле:

, (13.18)

где –осевая сила, действующая на червяк;
– площадь кон­такта одного гребня ролика с червяком; –число гребней ролика.

Осевую силу, действующую на червяк, рассчитывают по формуле:

, (13.19)

где – начальный радиус червяка в наименьшем сечении;
– угол подъема винтовой линии червяка.

Площадь контакта одного гребня ролика с червяком можно определить по формуле:

где и –радиусы зацепления ролика и червя­ка соответственно; и
– углы зацепления ролика и червяка.

Допустимые напряжения сжатия – [
] = 2500 ÷ 3500 МПа.

В винтореечной передаче пара «винт – шариковая гайка» проверя­ется на сжатие с учетом радиальной нагрузки на один шарик:

, (13.21)

где
– число рабочих витков;
– число шариков на одном витке (при полном заполнении канавки);
– угол контакта шариков с канавками.

Прочность шарика определяют по контактным напряжениям, рассчитываемым по формуле:

, (13.22)

где
– коэффициент кривизны соприкасающихся поверхностей; – модуль упругости 1-го рода;
и
– диа­метры шарика и канавки соответственно.

Допустимые контактные напряжения [
] = 2500 ÷3500 МПа.

В паре «рейка – сектор» рассчитывают зубья на изгиб и контакт­ные напряжения аналогично цилиндрическому зацеплению. При этом окружное усилие на зубьях сектора (при отсут­ствии или неработающем усилителе) определяют по формуле:

, (13.23)

где – радиус начальной окружности сектора.

Допустимые напряжения – [
] = 300 ÷400 МПа; [
] = 1500 МПа.

Реечную рулевую передачу рассчитывают аналогично.

В рулевом приводе рассчитывают вал рулевой сошки, рулевую сошку, палец рулевой сошки, продольную и по­перечную рулевые тяги, поворотный рычаг и рычаги поворотных кулаков (поворотных цапф).

Вал рулевой сошки рассчитывают на кручение.

При отсутствии усилителя напряжения вала сошки определяют по формуле:

, (13.24)

где – диаметр вала сошки.

Допустимые напряжения – [
] = 300 ÷350 МПа.

Расчет сошки проводят на изгиб и кручение в опасном сечении А -А .

При отсутствии усилителя максимальную силу, действующую на шаровой палец от продольной рулевой тяги, рассчитывают по формуле:

, (13.25)

где –расстояние между центрами головок рулевой сошки.

Напряжения изгиба сошки определяют по формуле:

, (13.26)

где – плечо изгиба сошки;a и b – размеры сечения сошки.

Напряжения кручения сошки определяют по формуле:

, (13.27)

где –плечо кручения.

Допустимые напряжения [
] = 150 ÷200 МПа; [
] = 60 ÷80 МПа.

Шаровой палец сошки рассчитывают на изгиб и срез в опасном сечении Б -Б и на смятие между сухарями продольной рулевой тяги.

Напряжения изгиба пальца сошки рассчитывают по формуле:

, (13.28)

где e – плечо изгиба пальца;
–диаметр пальца в опасном сечении.

Напряжения среза пальца определяют по формуле:

. (13.29)

Напряжения смятия пальца рассчитывают по формуле:

, (13.30)

где – диаметр шаровой головки пальца.

Допустимые напряжения – [
] = 300 ÷400 МПа; [
] = 25 ÷35 МПа; [
] = 25 ÷35 МПа.

Расчет шаровых пальцев продольной и поперечной рулевых тяг проводится аналогично расчету шарового пальца рулевой сошки с учетом действующих нагрузок на каждый палец.

Продольную рулевую тягу рассчитывают на сжатие и про­дольный изгиб.

Напряжения сжатия определяют по формуле:

, (13.31)

где
– площадь поперечного сечения тяги.

При продольном изгибе в тяге возникают критические напря­жения, которые рассчитывают по формуле:

, (13.32)

где –модуль упругости 1-го рода; J – момент инерции трубчатого сечения; – длина тяги по центрам шаровых пальцев.

Запас устойчивости тяги можно определить по формуле:

. (13.33)

Запас устойчивости тяги должен составлять –
=1,5 ÷2,5.

Поперечная рулевая тяга нагружается силой:

, (13.34)

где
и– активные длины поворотного рычага и рычага поворотного кулака соответственно.

Поперечную рулевую тягу рассчитывают на сжатие и продоль­ный изгиб так же, как и продольную рулевую тягу.

Поворотный рычаг рассчитывают на изгиб и кручение.

. (13.35)

. (13.36)

Допустимые напряжения – [
] = 150 ÷ 200 МПа; [
] = 60 ÷ 80 МПа.

Рычаги поворотных кулаков также рассчитывают на изгиб и кручение.

Напряжения изгиба определяют по формуле:

. (13.37)

Напряжения кручения рассчитывают по формуле:

. (13.38)

Таким образом, при отсутствии усилителя в основе прочностного расчета деталей рулевого управления лежит максимальное усилие на рулевом колесе. При наличии усилителя детали рулевого привода, расположенные между усилителем и управляемыми колесами, нагружены, кроме того, усилием, развиваемым усилителем, что необходимо учитывать при проведении расчетов.

Расчет усилителя обычно вклю­чает в себя следующие этапы:

выбор типа и компоновки усилителя;

статический расчет – определение сил и перемещений, раз­меров гидроцилиндра и распределительного устройства, центрирующих пружин и площадей реак­тивных камер;

динамический расчет – определение времени включения уси­лителя, анализ колебаний и устойчивости работы усилителя;

гидравлический расчет – определение производительности насоса, диаметров трубопроводов и т.п.

В качестве контрольных нагрузок, действующих на детали рулевого управления, могут быть взяты нагрузки, возникающие при наездах управляемых колес на дорожные неровности, а также нагрузки, возникающие в рулевом приводе, например, при торможении из-за неодинаковых тормозных сил на управляемых колесах или при разрыве шины одного из управляемых колес.

Данные дополнительные расчеты позволяют полнее оценить проч­ностные характеристики деталей рулевого управления.

ВВЕдение

Дисциплине «Основы расчета конструкции и агрегатов автомобилей» является продолжением дисциплины «Конструкция автомобилей и тракторов» и целью курсовой работы является закрепление знаний, полученных студентом при изучении этих дисциплин.

Курсовая работа выполняется студентом самостоятельно с использованием учебников, учебных пособий, справочников, ГОСТов, ОСТов и других материалов (монографий, научных журналов и отчетов, интернета).

Курсовой работа включает расчет систем управления автомобиля: рулевого (нечетная цифра шифра студента) или тормозного (четная цифра шифра студента). Прототип автомобиля и исходные данные выбирается по двум последним цифрам шифра студента. Коэффициент сцепления колес с дорогой = 0,9.

По рулевому управлению в графической должны быть: 1) схема поворота автомобиля с указанием радиуса и углов управляемых колес, 2) схема рулевой трапеции с расчетными формулами ее параметров, 3) схема рулевой трапеции в по определению зависимости углов поворота наружного и внутреннего управляемых колес графическим способом, 4) графики зависимостей углов поворота наружного и внутреннего управляемых колес, 5) общая схема рулевого управления, 6) схема по расчету напряжений в рулевой сошке.

Графическая часть по тормозной системе должна содержать: 1) схему тормозного механизма с расчетными формулами тормозного момента, 2) статическую характеристику тормозного механизма, 3) общую схему тормозной системы, 4) схему тормозного крана или главного тормозного цилиндра с гидровакуумным усилителем.

Исходные данные к тяговому, динамическому и экономическому расчету автомобиля.

Расчет рулевого управления автомобиля

Основные технические параметры

Минимальный радиус поворота (по внешнему колесу).

где L - база автомобиля;

Нmax - максимальный угол поворота наружного управляемого колеса.

При заданном значении минимального радиуса и базы автомобиля определяют максимальный угол поворота наружного колеса.

В соответствии со схемой поворота автомобиля (которую необходимо составить) определяют максимальный угол поворота внутреннего колеса

где М - расстояние между осями шкворней.

Геометрические параметры рулевой трапеции.

Для определения геометрических параметров рулевой трапеции используют графические методы (необходимо составить схему в масштабе).

Длину поперечной тяги и боковых сторон трапеции определяют, исходя из следующих соображений.

Пересечение продолжения осей боковых рычагов трапеции находится на расстоянии 0,7L от передней оси, если трапеция задняя, и на расстоянии L, если трапеция передняя (определяется по прототипу).

Оптимальное отношение длины m бокового рычага трапеции к длине n поперечной тяги m = (0,12…0,16)n.

Численные значения m и n можно найти из подобия треугольников

где -расстояние от шкворня до точки пересечения продолжения осей боковых рычагов рулевой 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. Далее по уравнению (2.5.2) строят теоретическую зависимость. Если максимальная разница между теоретическим и фактическим значениями не превышает 1,50 при максимальном угле поворота внутреннего колеса, то считается, что трапеция подобрана правильно.

Угловое передаточное число рулевого управления-это отношение элементарного угла поворота рулевого колеса к полусумме элементарных углов поворота наружного и внутреннего колес. Оно переменно и зависит от передаточных чисел рулевого механизма Uрм и рулевого привода U рп

Передаточное число рулевого механизма -это отношение элементарного угла поворота рулевого колеса к элементарному углу поворота вала сошки. Максимальное значение должно соответствовать нейтральному положению рулевого колеса для легковых автомобилей и крайним положением рулевого колеса для грузовых автомобилей без рулевых усилителей.

Передаточное число рулевого привода -это отношение плеч рычагов привода. Поскольку положение рычагов в процессе поворота рулевого колеса изменяется, то передаточное число рулевого привода переменно: Uрп=0,85…2,0.

Силовое передаточное число рулевого управления

где -момент, приложенный к рулевому колесу;

Момент сопротивления повороту управляемых колес.

При проектировании автомобилей ограничивается как минимальное (60Н), так и максимальное (120Н) усилие.

По ГОСТ 21398-75 для поворота на месте на бетонной поверхности усилие не должно превышать для легковых автомобилей 400 Н, для грузовых автомобилей 700 Н.

Момент сопротивления повороту управляемых колес рассчитывают по эмпирической формуле:

где -коэффициент сцепления при повороте колеса на месте (=0,9…1,0);

Рш -давление воздуха в шине, МПа.

Параметры рулевого колеса.

Максимальный угол поворота рулевого колеса в каждую сторону находится в пределах 540…10800 (1,5…3 оборота).

Диаметр рулевого колеса нормирован: для легковых и грузовых малой грузоподъемности автомобилей он составляет 380…425 мм, а для грузовых автомобилей 440…550 мм.

Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

Рр.к =Мс / (), (1.8)

где Rpк -радиус рулевого колеса;

КПД рулевого механизма.

КПД рулевого механизма. Прямой КПД -при передаче усилия от рулевого колеса к сошке

рм = 1 - (Мтр1 / Мр.к) (1.9)

где Мтр1 -момент трения рулевого механизма, приведенный к рулевому колесу.

Обратный КПД характеризует передачу усилия от сошки к рулевому колесу:

рм = 1 - (Мтр2 / Мв.с) (1.10)

где Мтр2 - момент трения рулевого механизма, приведенный к валу сошки;

Мв.с -момент на валу сошки, подведенный от управляемых колес.

КПД как прямой, так и обратный зависят от конструкции рулевого механизма и имеют следующие значения:

рм =0,6…0,95; рм =0,55…0,85

Расчет элементов рулевого управления

Нагрузки в элементах рулевого управления и рулевого привода определяются на основании следующих двух расчетных случаев˸

По заданному расчетному усилию на рулевом колесе;

По максимальному сопротивлению повороту управляемых колес на месте.

При движении автомобиля по дорогам с неровной поверхностью или при торможении с различными коэффициентами сцепления под управляемыми колесами ряд деталей рулевого управления воспринимает динамические нагрузки, которые лимитируют прочность и надежность рулевого управления. Динамическое воздействие учитывается введением коэффициента динамичности к д = 1,5...3,0 .

Расчетное усилие на рулевом колесе для легковых автомобилей P PK = 700 H . Для определения усилия на рулевом колесе по максимальному сопротивлению повороту управляемых колес на месте 166 Рулевое управление необходимо рассчитать момент сопротивления повороту по следующей эмпирической формуле

M c = (2р о /3)VО ъ к / р ш ,

где р о - коэффициент сцепления при повороте колеса на месте ((р о = 0,9...1,0), G k - нагрузка на управляемое колесо, р ш - давление воздуха в шине.

Усилие на рулевом колесе для поворота на месте

Р ш = Mc /(u a R PK nPp y ),

где u a - угловое передаточное число.

Если вычисленное значение усилия на рулевом колесе превосходит указанное выше условное расчетное усилие, то на автомобиле требуется установка рулевого усилителя. Рулевой вал. В большинстве конструкций ᴇᴦο выполняют полым. Рулевой вал нагружается моментом

М РК = P PK R PK .

Напряжение кручения полого вала

т = M PK D/. (8.4)

Допускаемое напряжение [т] = 100 МПа.

Проверяется также угол закрутки рулевогого вала, который допускается в пределах 5...8° на один метр длины вала.

Рулевой механизм. Для механизма, включающего глобоидный червяк и ролик, определяется контактное напряжение в зацеплении

о= Px /(Fn) , (8.5)

P x - осевое усилие, воспринимаемое червяком; F - площадь контакта одного гребня ролика с червяком (сумма площадей двух сегментов, рис. 8.4), и-число гребней ролика.

Осевая сила

Px = Мрк /(r wo tgP),

Материал червяка-цианируемая сталь ЗОХ, 35Х, 40Х, ЗОХН; материал ролика- цементуемая сталь 12ХНЗА, 15ХН.

Допускаемое напряжение [а] = 7...8МПа.

Для винтореечного механизма в звене "винт-шариковая гайка" определяют условную радиальную нагрузку P 0 на один шарик

Р ш = 5P x /(mz COs -$кон) ,

где m - число рабочих витков, z - число шариков на одном витке, 8 кон - угол контакта шариков с канавками (д кон = 45 o).

Контактное напряжение, определяющее прочность шарика

где Е - модуль упругости, d m - диаметр шарика, d k - диаметр канавки, к кр - коэффициент, зависящий от

кривизны контактирующих поверхностей (к кр = 0,6...0,8).

Допускаемое напряжение [а (Ж ] = 2500..3500 МПа исходя из диаметра шарика. По ГОСТ 3722-81 должна быть определена разрушающая нагрузка, действующая на один шарик.

Расчет элементов рулевого управления - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Расчет элементов рулевого управления" 2015, 2017-2018.

Механизмы управления автомобиля - это механизмы, которые предназначены обеспечивать движение автомобиля в нужном направлении, и его замедление или остановку в случае необходимости. К механизмам управления относятся рулевое управление и тормозная система автомобиля .

Р улевое управление автомобиля - это совокупность механизмов, служащих, для поворота управляемых колес, обеспечивает движение автомобиля в заданном направлении. Передачу усилия поворота рулевого колеса к управляемым колесам обеспечивает рулевой привод . Для облегчения управления автомобилем применяют усилители руля , которыеделают поворот руля легким и комфортным.

1 - поперечная тяга; 2 - нижний рычаг; 3 - поворотная цапфа; 4 - верхний рычаг; 5 - продольная тяга; 6 - сошка рулевого привода; 7 - рулевая передача; 8 - рулевой вал; 9 - рулевое колесо.

Принцип работы рулевого управления

Каждое управляемое колесо установлено на поворотном кулаке, соединенном с передней осью посредством шкворня, который неподвижно крепится в передней оси. При вращении водителем рулевого колеса усилие передается посредством тяг и рычагов на поворотные кулаки, которые поворачиваются на определенный угол (задает водитель), изменяя направление движения автомобиля.

Механизмы управления, устройство

Рулевое управление состоит из следующих механизмов:

1. Рулевой механизм - замедляющая передача, преобразовывающая вращение вала рулевого колеса во вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
2. Рулевой привод - система тяг и рычагов, осуществляющая в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля.
3. Усилитель рулевого привода (не на всех автомобилях) - применяется для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса.

1 – Рулевое колесо; 2 – корпус подшипников вала; 3 - подшипник; 4 – вал колеса рулевого управления; 5 – карданный вал рулевого управления; 6 – тяга рулевой трапеции; 7 - наконечник; 8 - шайба; 9 – палец шарнирный; 10 – крестовина карданного вала; 11 – вилка скользящая; 12 – наконечник цилиндра; 13 – кольцо уплотнительное; 14 – гайка наконечника; 15 - цилиндр; 16 –поршень со штоком; 17 – кольцо уплотнительное; 18 – кольцо опорное; 19 - манжета; 20 – кольцо нажимное; 21 - гайка; 22 – муфта защитная; 23 – тяга рулевой трапеции; 24 - масленка; 25 – наконечник штока; 26 – кольцо стопорное; 27 - заглушка; 28 – пружина; 29 – обойма пружины; 30 – кольцо уплотнительное; 31 – вкладыш верхний; 32 – палец шаровый; 33 – вкладыш нижний; 34 - накладка; 35 – муфта защитная; 36 – рычаг поворотного кулака; 37 – корпус поворотного кулака.

Устройство рулевого привода:

1 – корпус золотника; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – кольцо плунжеров подвижное; 4 - манжета; 5 – картер рулевого механизма; 6 - сектор; 7 – пробка заливного отверстия; 8 - червяк; 9 – боковая крышка картера; 10 - крышка; 11 – пробка сливного отверстия; 12 – втулка распорная; 13 – игольчатый подшипник; 14 – сошка рулевого управления; 15 – тяга сошки рулевого управления; 16 – вал рулевого механизма; 17 - золотник; 18 - пружина; 19 - плунжер; 20 – крышка корпуса золотника.

Бак масляный. 1 – Корпус бачка; 2 - фильтр; 3 – корпус фильтра; 4 – клапан перепускной; 5 - крышка; 6 - сапун; 7 – пробка заливной горловины; 8 - кольцо; 9 – шланг всасывающий.

Насос усилительного механизма. 1 – крышка насоса; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - корпус; 5 – игольчатый подшипник; 6 - проставка; 7 - шкив; 8 - валик; 9 - коллектор; 10 – диск распределительный.

Принципиальная схема. 1 – трубопроводы високого давления; 2 – механизм рулевой; 3 – насос усилительного механизма; 4 – шланг сливной; 5 – бак масляный; 6 – шланг всасывающий; 7 – шланг нагнетательный; 8 – механизм усилительный; 9 – шланги.

Рулевое управление автомобиля КамАЗ

1 - корпус клапана управления гидроусилителем; 2 - радиатор; 3 - карданный вал; 4 - рулевая колонка; 5 - трубопровод низкого давления; 6 - трубопровод высокого давления; 7- бачок гидросистемы; 8- насос гидроусилителя; 9 - сошка; 10 - продольная тяга; 11 - рулевой механизм с гидроусилителем; 12 - корпус углового редуктора.

Механизм рулевого управления автомобиля КамАЗ:

1 - реактивный плунжер; 2- корпус клапана управления; 3 - ведущее зубчатое колесо; 4 - ведомое зубчатое колесо; 5, 22 и 29- стопорные кольца; 6 - втулка; 7 и 31 - упорные колы к», 8 - уплотнительное кольцо; 9 и 15 - бинты; 10 - перепускной клапан; 11 и 28 - крышки; 12 - картер; 13 - поршень-рейка; 14 - пробка; 16 и 20- гайки; 17 - желоб; 18 - шарик; 19 - сектор; 21 - стопорная шайба; 23 - корпус; 24 - упорный подшипник; 25 - плунжер; 26 - золотник; 27- регулировочный винт; 30- регулировочная шайба; 32- зубчатый сектор вала сошки.

Рулевое управление автомобиля ЗИЛ;

1 - насос гидроусилителя; 2 - бачок насоса; 3 - шланг низкого давления; 4 - шланг высокого давления; 5 колонка; 6 - контактное устройство сигнала; 7 - переключатель указателей поворота; 8 карданный шарнир; 9 - карданный вал; 10 - рулевой механизм; 11 - сошка.

Рулевое управление автомобиля МАЗ-5335:

1 - продольная рулевая тяга; 2- гидроусилитель рулевого привода; 3 - сошка; 4 - рулевой механизм; 5- карданный шарнир привода рулевого управления; 6 - рулевой вал; 7- рулевое колесо; 8 - поперечная рулевая тяга; 9- левый рычаг поперечной рулевой тяги; 10 - поворотный рычаг.

Рулевой привод, представляющий собой систему тяг и рычагов, служит для передачи усилия от сошки на поворотные цапфы и осуществления заданной зависимости между углами поворота управляемых колес. При проектировании рулевых управлений выполняют кинетический и силовой расчет рулевого привода и прочностной расчет узлов и деталей рулевого управления.

Основной задачей кинематического расчета рулевого привода является определение углов поворота управляемых колес, нахождении передаточных чисел рулевого механизма, привода и управления в целом, выбор параметров рулевой трапеции и согласовании кинематики рулевого управления и подвески. Исходя из геометрии поворота троллейбуса (рис. 50) при условии, что управляемые передние колеса катятся без проскальзывания и их мгновенный центр поворота лежит на пересечении осей вращения всех колес наружный , и внутренний углы поворота колес связаны зависимостью:

, (4)

где - расстояние между точками пересечения осей шкворней с опорной поверхностью.

Рисунок 50. Схема поворота троллейбуса без учета боковой эластичности шин.

Из полученного выражения (4) следует, что разность котангенсов углов поворота внешнего и внутреннего управляемых колес должна быть всегда величиной постоянной, а мгновенный центр поворота троллейбуса (точка 0) должен лежать на продолжении неуправляемой оси.

Только при соблюдении этих теоретических условий вес колеса троллейбуса на повороте будут двигаться без скольжения, т.е. иметь чистое качение. От рулевой трапеции требуется, чтобы она обеспечивала вытекающие из геометрии поворота соотношения между углами поворота управляемых колес.

Параметрами рулевой трапеции являются шкворневая ширина (рис. 51), расстояние п между центрами шаровых шарниров рычагов трапеции; длина т и угол θ наклона рычагов поворотных цапф. Подбор параметров трапеции при жестких в боковом направлении управляемых колесах начинается с определения угла θ наклона рычагов трапеции. Они располагаются таким образом, чтобы а - (0.7...0.8,)L при заднем расположении поперечной тяги. Угол θ может быть найден для максимальных теоретических углов и по формуле:

или по графикам, приведенным на (рис.7б). Значение угла θ = 66...74°, а отношение длины рычагов к длине поперечной тяги т/п = 0.12....0.16. Длину m принимают возможно большей по условиям компоновки. Тогда

.

Рисунок 51. Схема рулевой трапеции и зависимость а/L от l 0 /L 1-3: при m/n равном соответственно 0,12; 0.14; 0,16

Общее кинематическое передаточное число рулевого управления, определяемое передаточными числами механизма U м и привода U пк равно отношению полного угла поворота рулевого колеса к углу поворота колеса от упора до упора

.

Для нормальной работы рулевого привода максимальное значение углов а, и а, находится в пределах
. Для троллейбусов суммарное число оборотов рулевого колеса при повороте управляемых колес на 40 о (± 20°) от нейтрального положения не должно превышать 3,5 ( = 1260 о) без учета угла свободного поворота рулевого колеса, что соответствует .

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 одновременную симметричность крайних положений сошки относительно ее нейтрального положения, а также равенство кинематических 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 крайнем положении приблизительно одинаковы, то эти условия выполняются.

В силовом расчете определяются усилия: необходимые для поворота управляемых колес на месте, развиваемые цилиндром усилителя; на рулевом колесе при работающем и неработающем усилителе; на рулевом колесе со стороны реактивных элементов распределителя; на колесах при торможении; на отдельных деталях рулевого управления.

Сила F , необходимая для поворота управляемых колес на горизонтальной поверхности троллейбуса, находится исходя из суммарного момента М Σ на цапфах управляемых колес:

где М f –момент сопротивления перекатыванию управляемых колес при повороте вокруг шкворней; М φ –момент сопротивления деформации шин и трения в контакте с опорной поверхностью в следствии проскальзывания шины; М β , М φ –моменты обусловленные поперечным и продольным наклоном шкворней (рис. 8).

Рисунок 52. К расчету момента сопротивления повороту колеса.

Момент сопротивления перекатыванию управляемых колес при повороте вокруг шкворней определяется зависимостью:

,

где f – коэффициент сопротивления перекатыванию; G 1 – осевая нагрузка передаваемая управляемыми колесами; – радиус обкатки колеса вокруг оси шкворня: =0.06...0.08 м; l –длина цапфы; r 0 –расчетный радиус колеса; λ – угол развала колес; β – угол наклона шкворня.

Момент сопротивления деформации шин и трения в контакте с опорной поверхностью в следствии проскальзывания шины определяются зависимостью:

,

где – плечо силы трения скольжения относительно центра отпечатка шины.

Если принять, что давление по площади отпечатка распределяется равномерно,

,

где – свободный радиус колеса. В случае, когда .

При расчетах коэффициент сцепления с опорной поверхностью выбирают максимальным φ= 0.8.

Моменты, обусловленные поперечным и продольным наклоном шкворней, равны:

где - средний угол поворота колеса; ; γ – угол наклона шкворня назад.

Усилие на ободе рулевого колеса

,

где – радиус рулевого колеса; η – КПД рулевого управления: η= 0.7…0.85.