КИНЕМАТИКА ПОВОРОТА АВТОМОБИЛЯ

Существует несколько схем компоновки элементов гидроусилителей. Практическое применение получили четыре схемы.

Схема № 1 (рис.19).

Рис.19. Компоновка гидроусилителя по схеме №1

Рулевой механизм РМ, гидрораспределитель ГР и гидроцилиндр ГЦ представляют собой один агрегат, который называют усилителем интегрального типа (гидроруль); гидронасос ГН и бачок с рабочей жидкостью Б располагаются отдельно.

Такая компоновка применяется на всех автомобилях ЗИЛ и КамАЗ.

Достоинством схемы является:

- компактность;

- малая длина трубопроводов;

- малое время срабатывания усилителя.

К недостаткам схемы следует отнести дополнительное нагружение всех деталей рулевого управления, а также кронштейна (или рамы) в месте крепления картера гидроруля, усилием, создаваемым гидроцилиндром.

На рис.20. показана компоновка на автомобиле и конструкция гидроусилителя автомобиля КамАЗ.

Рис.19. Компоновка на автомобиле и конструкция гидроусилителя

автомобиля КамАЗ

Здесь винтореечный рулевой механизм объединен с гидроцилиндром, гидрораспределителем и угловым редуктором в общем картере. Для охлаждения масла предусмотрен специальный радиатор 1. Угловой редуктор 8, передаточное число которого равно единице, служит для передачи вращения от вала рулевого колеса к винту рулевого механизма, поскольку рулевой механизм расположен горизонтально. Рулевой вал, соединяющий рулевое колесо с редуктором, составной; он включает вал рулевой колонки 3 и карданный вал 2 с двумя карданными шарнирами. Винт рулевого механизма, поворачиваясь, перемещает шариковую гайку 10, закрепленную в поршне-рейке; рейка, перемещаясь, поворачивает зубчатый сектор 9, выполненный за одно с валом сошки. В отдельном корпусе, прикрепленном к корпусу редуктора, установлен осевой золотниковый гидрораспределитель. Золотник гидрораспределителя 4 закреплен на конце вала винта между двумя упорными подшипниками 12 и 13. Золотник вместе с подшипниками имеет возможность перемещаться относительно корпуса в осевом направлении на 1,1 мм в обе стороны от нейтрального положения. В нейтральном положении золотник удерживается центрирующими пружинами 6, которые воздействуют на упорные подшипники через реактивные плунжеры 5 и 7. При повороте рулевого колеса в начальный момент, вследствие сопротивления повороту со стороны дороги, поршень усилителя остается неподвижным, а винт 11 получает осевое перемещение вместе с золотником на 1,1 мм. При этом, в зависимости от направления поворота рулевого колеса, золотник сообщает одну полость гидроцилиндра с напорной гидролинией, а другую— со сливной гидролинией. В реактивных камерах (между плунжерами) создается давление тем большее, чем больше сопротивление повороту. При большем давлении перемещение реактивных плунжеров требует большего усилия, что позволяет водителю «чувствовать» дорогу.

В усилителе предусмотрены предохранительный клапан, ограничивающий максимальное давление в системе до 6,5...7,0 МПа, и предохраняющий от перегрузок гидронасос, а также перепускной клапан, соединяющий обе полости цилиндра, уменьшая этим гидравлическое сопротивление при повороте в случае, если гидронасос не работает.

 

Схема № 2 (рис.21).

Рис.21. Компоновка гидроусилителя по схеме 2

 

В усилителе этого типа гидрораспределитель ГР смонтирован в одном блоке с гидроцилиндром ГЦ отдельно от рулевого механизма.

Такая компоновка применяется на автомобиле МАЗ MA3-5335.

Достоинством схемы являются:

- возможность применения рулевого механизма любой конструкции;

- меньшая сложность и стоимость по сравнению со схемой 1;

- несколько меньшее число деталей нагруженных гидроусилителем.

 

Гидроусилитель автомобиля МАЗ-5335 представлен на рис.22.

Рис.22. Гидроусилитель автомобиля МАЗ-5335

Осевой золотниковый гидрораспределитель 1 своим корпусом закреплен на корпусе шаровых шарниров 2, который, в свою очередь связан с гидроцилиндром 4 при помощи резьбового соединения. Шаровой палец 3 рулевой сошки помещен в стакане, который может перемещаться вместе с пальцем в осевом направлении в пределах 4 мм, перемещая одновременно закрепленный в стакане золотник гидрораспределителя. Шаровой палец 5 соединен с продольной рулевой тягой. В нейтральном положении золотник центрируется реактивными камерами, центрирующие пружины отсутствуют. Гидроусилитель обладает большой чувствительностью, включаясь при перемещении золотника на 0,4...0,6 мм.

Схема № 3 (рис.23).

Рис.23. Компоновка гидроусилителя по схеме 3

 

В этой схеме гидрораспределитель ГР располагается перед рулевым механизмом РМ, а гидроцилиндр ГЦ - отдельно.

По такой схеме выполнены усилители автомобилей Урал - 4320 и КАЗ-4540.

При установке гидрораспределителя перед рулевым механизмом увеличивается чувствительность гидроусилителя. Недостатком схемы является большая длина трубопроводов, особенно если гидроцилиндр располагается на удалении от рулевого механизма.

Схема № 4 (рис.24).

Рис.24. Компоновка гидроусилителя по схеме 4

Отличительная особенность этой схемы - раздельное размещение всех элементов гидроусилителя.

По такой схеме выполнен усилитель автомобиля ГАЗ-66.

Достоинством схемы является свободная компоновка, возможность применения рулевого механизма любой конструкции. Основной недостаток — большая длина трубопроводов. Следует отметить, что большая длина трубопроводов между гидрораспределителем и гидроцилиндром в любой конструкции гидроусилителя часто приводит к пульсации давления в системе и возбуждению колебаний управляемых колес.

При удержании рулевого колеса в нейтральном положении золотник гидрораспределителя, шарнирно связанный с сошкой рулевого механизма, также находится в нейтральном (среднем) положении. Нагнетаемое гидронасосом масло свободно циркулирует через открытый центр гидрораспределителя на слив в бачок, конструктивно объединенный с гидронасосом. В гидроцилиндре по обе стороны поршня устанавливается одинаковое давление слива.

При повороте рулевого колеса, например, влево золотник перемещается относительно корпуса гидрораспределителя в направлении, в котором продольная тяга должна обеспечивать поворот управляемых колес влево. При таком перемещении золотника левая полость гидроцилиндра соединяется с напорной гидролинией насоса, а правая полость — со сливной гидролинией. В левой полости гидроцилиндра создается давление, под действием которого поршень перемещается вправо, передавая через шток усилие на поворотный рычаг в направлении, соответствующем повороту управляемых колес влево.

При совершении поворота с постоянным радиусом, когда рулевое колесо остановлено в повернутом положении, золотник распределителя также остановлен. Если не учитывать стабилизирующие моменты на управляемых колесах автомобиля, то можно считать, что золотник занимает нейтральное положение, а усилитель выключен. Однако при наличии стабилизирующих моментов за счет обратной связи усилие от них передается на корпус гидрораспределителя и последний продолжает перемещаться до тех пор, пока золотник не займет несколько смещенное относительно нейтрального положение. При этом правая полость гидроцилиндра будет по-прежнему сообщаться со сливной гидролинией, а в левой полости в результате дросселирования масла через щелевой зазор между кромкой золотника и корпусом будет поддерживаться некоторое давление, достаточное для удержания колес в повернутом состоянии, когда на них действует стабилизирующий момент, стремящийся вернуть колеса в нейтральное положение.

Каждому фиксированному углу поворота рулевого колеса соответствует пропорциональное ему фиксированное положение управляемых колес. Таким образом, гидрораспределитель обеспечивает кинематическое следящее действие.

Гидрораспределитель обеспечивает также силовое следящее действие в результате того, что момент сопротивления повороту управляемых колес уравновешивается суммарным моментом сил, действующих на продольную тягу и шток гидроцилиндра:

(2)

где - усилие на штоке гидроцилиндра;

- усилие на продольной тяге;

S - плечо поворотного рычага.

 

Усилие на штоке поршня гидроцилиндра

(3)

где - давление в напорной гидролинии;

- рабочая площадь поршня гидроцилиндра.

 

Усилие на продольной тяге

(4)

де - плечо рулевой сошки.

 

Рассматривая равновесие золотника распределителя (без учета трения), имеем:

(5)

где - площадь торца золотника, обращенного к реактивной камере, находящейся под давлением.

 

Подставив значения и получим:

(6)

Приравняв выражения (4) и (5), найдем:

(7)

Полученное значение подставим в (6):

 

Таким образом, момент сопротивления повороту управляемых колес связан с усилием на рулевом колесе прямо пропорциональной зависимостью.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Кинематика поворота автомобиля…………………………………………4

2. Рулевое управление…………………………………………………………6

3. Стабилизация управляемых колес…………………………………………9

4. Гидроусилитель рулевого управления…………………………………...10

5. Порядок выполнения работы………………………….………………….13

Контрольные вопросы………………………………………………………...15

Список рекомендуемой литературы…………………………………………15

 

КИНЕМАТИКА ПОВОРОТА АВТОМОБИЛЯ

 

Изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом управляемых колес. При движении автомобиля на повороте все колеса должны во избежание бокового скольжения катиться под прямым углом к линии, проведенной из центра поворота О к оси колеса (рис.1).

Lа θ_{В град}

 

ctg θ_H – ctg θ_B = B/L

D A 20

B 15

C B

10 θ_H = θ_B

 

θ_H 5

θ_B град

О 0

5 10 15 20 θ_Н

 

Рис. 1. Кинематика поворота Рис. 2. Соотношения в углах

управляемых колес поворота управляемых колес

 

Если указанное условие выполняется, то внутреннее колесо (см. рис.1) поворачивается на больший угол q_В, чем наружное q_Н. Соотношение между углами поворота управляемых жестких колес, необходимое для их качения без скольжения, определяется из треугольников OAD и OBC, согласно которым

,

 

 

.

 

Выражая эти соотношения через базу L_a и шкворневую колею В автомобиля, получим

,

поскольку , а окончательно имеем

где В – расстояние между шкворнями (шкворневая колея); L_a – база авто–

мобиля.

На рис.2 показана зависимость между углами поворота управляемых колес, определенная по уравнению (1). При наличии бокового увода от центробежной силы на повороте автомобиля с эластичными шинами центр поворота смещается обычно вперед по ходу автомобиля.

Для поворота управляемых колес на углы, соответствующие уравнению (1) (см. рис.2), необходимо иметь в рулевом управлении сложный многозвенный механизм. В достаточной степени, требуемой кинематике поворота, удовлетворяет применяемая на автомобиле рулевая трапеция АВСD (рис.3).

Расстояние от точки пересечения продолжений рычагов трапеции AD и ВС (точка О) до передней оси автомобиля называют расчетной базой автомобиля. Меняя длину поперечной тяги В` рулевой трапеции, можно увеличивать и уменьшать расчетную базу. Коэффициент, учитывающий соотношение расчетной базы и действительной базы L_a автомобиля, называется коэффициентом базы

.

 

A D

O`

В h В`

B

C

L_р

L_a

Рис.3. Геометрия рулевой трапеции

 

Кинематика поворота наиболее точно соответствует уравнению (1), если К_L = 1, т.е. точка пересечения О находится на задней оси автомобиля (L_p = L_a). В этом случае длина поперечной тяги В` будет равна

 

. (2)

Ввиду эластичности шин и наличия увода колес величина В’ на практике не равна значению, найденному по формуле (2), а коэффициент базы не равен 1, их величины выбирают на основании испытаний.