Расчёт рулевого управления автомобиля ЗИЛ-4333 (130)

ЗИЛ-4333 (титульный лист).docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ижевский государственный технический университет
по дисциплине: «Автомобили» III часть
по теме: «Расчёт рулевого управления автомобиля ЗИЛ-4333»

3 лист - Картер.cdw

КЧ 35-10 ГОСТ 1215-59
Неуказанные радиусы не более R6
Острые кромки притупить до R1

2 лист - Гидроусилитель.cdw

Рулевое управление автомобиля
ЗиЛ-4333 с гидроусилителем
Габаритные размеры 480х350х320 мм.
Сборку проводить в соответствии с инструкцией
Покрытие по ОСТ 37.002.0218-80.
Шлицы и поверхность Б от покрытия предохранить.

ЗИЛ-4333 (основная часть).docx

Исходные данные для проектирования3
Момент сопротивления повороту управляемых колес4
Усилие на рулевом колесе для поворота на месте4
Гидроусилитель рулевого механизма4
Силовое передаточное число рулевого управления5
Шаровый палец рулевого наконечника9
Крестовина карданного шарнира неравных угловых скоростей10
Таблица 1.1 - Исходные данные
Марка автомобиля (прототип)
С гидроусилителем; Рабочая пара - винт с гайкой на циркулирующих шариках и рейка зацепляющая с зубчатым сектором
Разрешенная максимальная масса автомобиля кг
Давление воздуха в шинах Па
Допустимый суммарный люфт рулевого колеса 0
Допустимое усилие на рулевом колесе Н
Минимальный радиус поворота автомобиля м
Диаметр рулевого колеса мм
Передаточное число рулевого механизма
КПД рулевого механизма
Распределение нагрузки передних колес на дорогу от снаряженной массы через шины Н
Наибольший угол поворота передних колёс (вправо и влево) 0
Коэффициент сцепления при повороте
Рис. 1 – Кинематическая схема рулевого управления
(с неразрезной трапецией и объединённым гидроусилителем) ЗИЛ-4333
Момент сопротивления повороту рулевого колеса [7]
где – коэффициент сцепления с дорогой при повороте колеса на месте;
pш = 39х10 5– давление воздуха в шине МПа;
GK = 21750 Н – нагрузка на переднюю ось;
Усилие на рулевом колесе для поворота на месте [7]
где – передаточное число рулевого механизма;
– КПД рулевого механизма;
– радиус рулевого колеса:
Вычисленное значение усилия на рулевом колесе превышает допустимое [] = 700 H значит требуется установка рулевого усилителя..
Гидроусилитель рулевого управления уменьшает усилие которое необходимо приложить к рулевому колесу для поворота передних колёс смягчает удары возникающие из-за неровностей дороги и повышает безопасность движения позволяя сохранить контроль за направлением движения автомобиля в случае разрыва шины переднего колеса.
Схема гидроусилителя рулевого управления изображена в приложении на листе 1.
Момент на рулевом колесе при котором включается гидроусилитель зависит от силы центрирующих пружин и составляет около 5 Н что соответствует усилию 23 Н на ободе рулевого колеса. Этот же момент при максимальном расчетном моменте сопротивления повороту колес приблизительно равен 19 Н (усилие на ободе 86 Н). В действительности указанные величины несколько больше расчетных вследствие наличия указанных выше предварительных натягов в рулевом механизме. Несмотря на это максимальное усилие па ободе рулевого колеса автомобиля ЗИЛ-130 значительно ниже не только усилия большинства грузовых автомобилей но и многих легковых машин. «Чувство дороги» для данного гидроусилителя может характеризоваться коэффициентом [5]:
где — момент на рулевом колесе при максимальном расчетном моменте сопротивления повороту колес;
— момент на рулевом колесе соответствующий включению гидроусилителя. Для автомобиля ЗИЛ-130 коэффициент К = 38 что характеризует хорошее «чувство дороги».
Максимальное рабочее давление в полости цилиндра гидроусилителя при повороте автомобиля на месте равно 5885 МПа.
Удельная работоспособность гидроусилителя [5]:
где — рабочий объем гидроусилителя;
— максимальное давление развиваемое насосом.
Для автомобиля ЗИЛ-4333 при = 5885 МПа удельная работоспособность гидроусилителя:
При достаточной подаче насоса гидроусилителя частота вращения рулевого колеса такова что насос успевает заполнить рабочую полость цилиндра гидроусилителя. У автомобиля ЗИЛ- эта частота вращения равна не менее 131 обс одну сторону и 168 обс в другую при минимальной частоте вращения холостого хода двигателя.
Силовое передаточное число рулевого управления [7]
где – момент сопротивления повороту рулевого колеса Нм;
= 86 Н – момент приложенный к рулевому колесу [5].
Условие ограничений минимального (60 Н) и максимального (80 Н) усилий на рулевом колесе [7] после установки гидроусилителя рулевого механизма выполняется.
Рулевой вал (полый) нагружается моментом:
Напряжение кручения полого вала:
где - наружный диаметр вала м;
- внутренний диаметр вала м.
Вычисленное значение напряжения кручения рулевого вала не превышает допустимое [] = 100 МПа значит в изменении параметров рулевого вала нет необходимости.
Для винтореечного механизма в звене: винт — шариковая гайка определяют условную радиальную нагрузку Рш на один шарик [7]:
где - осевая сила Н;
- число рабочих витков;
- число шариков на одном витке находят из условия полного заполнения канавки;
- угол контакта шариков с канавками.
Контактное напряжение определяющее прочность шарика [7]:
где Е - модуль упругости первого рода (Е = 200 ГПа);
dш - диаметр шарика;
dк - диаметр канавки;
kкр - коэффициент зависящий от кривизны контактирующих поверхностей (kкр = 06 08);
[] = 2500 3500 МПа в зависимости от диаметра шарика.
По ГОСТ 3722-81 может быть определена разрушающая нагрузка действующая на один шарик.
Следует учитывать что наибольшие нагрузки в винтовой паре имеют место при неработающем усилителе.
Зубья сектора и рейки рассчитывают на изгиб и контактное напряжение по ГОСТ 21354-87 при этом конусностью зубьев сектора пренебрегают.
Окружное усилие на зубьях сектора [7]:
где радиус начальной окружности сектора;
максимальное давление жидкости в усилителе;
диаметр гидроцилиндра усилителя.
Второе слагаемое применяется в том случае если усилитель нагружает рейку и сектор т. е. когда рулевой механизм объединен с гидроцилиндром.
Материал сектора - сталь 18ХГТ ЗОХ 40Х 20ХНЗА; [ и ] = 300 400 МПа; [ cж ] = 1500 МПа.
Напряжение кручения вала сошки при наличии усилителя [7]:
где d - диаметр вала сошки.
Материал вала сошки - сталь 30 18ХГТ 20ХНЗА.; [ ] = 300 350 МПа.
Рулевая сошка (рис. 2). Изгиб и кручение — основные виды напряжения.
Рис. 2 - Расчетная схема рулевой сошки
Расчет ведут на сложное сопротивление. Шлицы рассчитывают на срез. Усилие на шаровом пальце сошки вызывающее изгиб и кручение (при наличии встроенного усилителя) [7]:
Напряжение изгиба в опасном сечении А-А [7]:
Напряжение кручения [7]:
где WИ и WК - соответственно осевой и полярный моменты сопротивления опасного сечения.
Эквивалентное напряжение рассчитывается по одной из теорий прочности. Материал сошки: сталь 30 18ХГТ; [WЭ ] = 300 400 МПа.
Усилие передаваемое шестерней на рейку Рх вызывает напряжение сжатия и продольный изгиб тяги [7]:
где F – площадь поперечного сечения:
где d - диаметр сечения тяги;
Критическое напряжение при продольном изгибе
где L - длина тяги м;
E - продольный модуль упругости МПа;
J - момент инерции сечения тяги.
Запас устойчивости что удовлетворяет условию
Шаровый палец рулевого наконечника
Напряжение среза при площади сечения шарового пальца у основания:
где - площадь сечения шарового пальца у основания:
где - диаметр шарового пальца
Крестовина карданного шарнира неравных угловых скоростей
Шипы крестовины испытывают на напряжения изгиба и смятия а крестовина – напряжение разрыва. Расчеты ведут по формулам [3]:
Рис. 3 - Расчетная схема карданного шарнира неравных угловых скоростей
Напряжение изгиба шипа крестовины:
- условие напряжения изгиба крестовины выполняется.
Напряжение среза шипа крестовины:
- условие напряжения среза крестовины выполняется.
Напряжение крестовины на разрыв в прямоугольном сечении А-А площадью F:
b = 100005 мм; h = 20 мм.
- условие напряжения на разрыв крестовины выполняется.
Вахламов В. К. Техника автомобильного транспорта: Подвижной состав и эксплуатационные свойства: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: «Академия» 2004. – 528 с.
Дунаев П. Ф. Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для машиностроительных специальных вузов. - М.: Высшая школа 1985 - 416 с. ил
Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя в 3-х т. Т.3. – 5 изд. переработанное и дополненное. – М. Машиностроение 1980. – 559 с ил.
Осепчугов В. В. Фрумкин А. К. Автомобиль: Анализ конструкции элементы расчета. - М: Машиностроение 1979. – 557 с.
Кригер А. М. Шасси автомобиля ЗИЛ-130. - М: Машиностроение 1973. - 400 с.
Оформление пояснительной записки и графической части курсовых и дипломных проектов. Методические указания. В. М. Пономарёв О. И. Горбунова г. Чайковский. ЧТИ (филиал) ИжГТУ 2003. – 99с.
В. Ф. Яркеев. Методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» по дисциплине «Автомобили» Часть 2.

1 лист - Схема рулевого управления.cdw

Перепускной клапан фильтра
Предохранительный клапан
Демпфирующее отверстие предохранительного клапана
Демпфирующее отверстие перепускного клапана
Калиброванное отверствие
Винт рулевого механизма
Цилиндр гидроусилителя
Схема рулевого управления

2 лист - Спецификация (г-у).spw

Вал-винт рулевого механизма
Болт М10 ГОСТ 7805-70
Болт М12 ГОСТ 7805-70
Болт М14 ГОСТ 7805-70
Гайка М20 ГОСТ 5915-70
Шайба 10Н ГОСТ 6402-70
Шайба 12Н ГОСТ 6402-70
Шайба 14Н ГОСТ 6402-70

3 лист - Вал рулевой сошки.cdw

3 лист - Вал-винт гидроусилителя.cdw

Вал рулевого механизма
Сталь 25ХГТ ГОСТ 1139-80
Трещины и волосовины не допускаются
Острые кромки притупить до R1
Твердость HRC 58 - 62