Автомобили

Книга самодеятельного конструктора автомобилей

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

К рулевому управлению предъявляются следующие требования. Оно должно обеспечивать движение автомобилю в соответствии с направлением, заданным водителем. Правильность движения управляемых колес не должна нарушаться ни при изменениях положения их в результате подрессоривания, ни под действием неровностей и поперечного уклона дороги, бокового ветра, изменения коэффициента сцепления и сопротивления качению на колесах одной стороны по отношению к другим.

Несоответствие кинематики рулевого привода и подвески может явиться причиной колебаний управляемых колес и ухудшить управляемость автомобиля. Во избежание этого рулевой механизм размещают на подрессоренной части шасси и так располагают продольную рулевую тягу от сошки до переднего колеса, чтобы при любом движении колес она подвергалась наименьшим осевым перемещениям.

В современных автомобилях, включая самодельные, управляемыми  колесами   в  подавляющем  большинстве  выполненных конструкций являются передние. Но намечается тенденция сделать управляемыми все колеса, что в значительной мере повысит маневренность автомобиля и его устойчивость при поворотах на больших скоростях. Для обеспечения раздельного поворота каждого колеса вокруг своего центра поворота ( 74) колеса устанавливаются на поворотных цапфах. Поворот передних управляемых колес на разные утлы аир дает возможность катиться им по своим окружностям без проскальзывания. Чем круче поворот, тем больше разница между углами, на которые колеса должны быть повернуты. Такая кинематика обеспечивается специальным четырехзвенным механизмом — рулевой трапецией. У автомобилей, имеющих балку передней оси, рулевая трапеция образуется самой балкой, рычагами поворотных цапф и поперечной рулевой тягой. Такое рулевое управление называется нераздельным. При независимой подвеске передних управляемых колес применяется раздельный привод рулевого управления. В нем рулевая трапеция образуется поперечиной кузова, рычагами поперечных тяг и составной поперечной тягой, соединенной с маятниковым рычагом.

В рулевом управлении с разрезной поперечной тягой привод последней осуществляется либо от рулевого механизма (реечного, червячного и других типов), либо от зубчатой рейки, которая служит средним звеном тяги. Так, например, выполнено рулевое управление автомобиля-амфибии Прутова

При проектировании рулевого привода определяют размеры рычагов рулевой трапеции, углы их наклона по отношению к продольной оси автомобиля и подбирают необходимые передаточные числа рычажного привода к управляемым осям. Эти расчеты и.последующую проверку лучше выполнять графически, вычерчивая в масштабе схему элементов рулевого управления в плане и вид сбоку. Желательно вычертить положение одного из элементов в нескольких позициях и геометрически связать положение всех остальных звеньев. Графическая проверка позволяет убедиться, что перемещение рычагов подвески колес при наезде последних на неровности дороги не будет мешать перемещению рычагов рулевого привода и трапеции и наоборот. Этой проверкой окончательно корректируются размеры элементов рулевой трапеции и привода, а также углов наклона по отношению к продольной оси автомобиля.

Элементы трапеции графически определяют следующим образом. Вычерчивают схему автомобиля, указав на ней расстояние между осями поворотных цапф и базу автомобиля. Углы наклона поворотных рычагов, соответствующих прямолинейному движению автомобиля, выбирают такими, чтобы осевые линии этих рычагов пересеклись на осевой линии автомобиля в некоторой точке Е ( 76). Эту точку можно определить, если принять расстояние до нее равным  (0,7 . . . 0,9) L.

Положение поперечной рулевой тяги и ее величину Т вначале определяют расчетным путем, приняв отношение длины поворотных рычагов к длине поперечной рулевой тяги равным 0,12 ... 0,14. Затем точность кинематики трапеции проверяется графически; при этом расхождение соотношения между углами поворота управляемых колес ctga — ctg {$ = Д/L должно быть наименьшим.

Чтобы учесть увод шин, возникающий из-за их эластичности, при построении трапеции рекомендуется брать не действительный размер базы автомобиля L, а увеличенный на 25%.

При движении автомобиля на колеса действуют внешние силы, стремящиеся повернуть их вокруг вертикальной и горизонтальной осей, и при наличии зазоров в сочленениях рулевого управления колеса могут занять отличное от заданного рулевым колесом положение. Во избежание этого колеса устанавливаются с некоторым наклоном. Поэтому под действием возникающих на колесах сил они сами возвращаются в исходное положение. Это называется стабилизацией управляемых колес. А углы наклона к вертикали и горизонтали, направленной вдоль оси автомобиля, а также углы отклонения осей поворота от вертикали носят название углов стабилизации управляемых колес автомобиля ( 77). В табл. 26 приведены параметры установки колес отечественных автомобилей.

В конструкции самодельных автомобилей следует применять шаровые пальцы, сухари, пружины и другие детали от стандарт-

ных автомобилей. Можно изменить только длину готовой рулевой тяги. После ее обработки (резки, сварки) необходимо произвести отпуск с последующей нормализацией. Рулевые механизмы тоже следует брать серийные. Только в тихоходных и небольших по массе автомобилях для детей можно создавать свои оригинальные рулевые управления.

При конструировании рулевого управления необходимо правильно подобрать передаточное отношение рулевого привода и рулевого механизма.

Если в рулевое управление предполагается включить какие-либо элементы собственной конструкции, необходимо выполнить хотя бы небольшой проверочный расчет. При расчете коэффициент полезного действия для червячных рулевых механизмов принимается равным 0,5, а для механизмов реечного типа до 0,8. Общий КПД рулевого управления для автомобилей с одной управляемой осью можно принять равным 0,5 . . . 0,7.

При расчете можно исходить или из максимального момента, прилагаемого к рулевому валу, или из момента сопротивления повороту колес на месте.

В самодельных конструкциях вал рулевого управления чаще всего изготавливают либо подбирают из существующих. Рассчитывая его на прочность, следует определить возникающие в нем напряжения от кручения и произвести расчет на жесткость, используя формулы сопротивления материалов или деталей машин.

Для изготовления деталей рулевого управления следует применять следующий материал. Для червяка, винта рулевого механизма — стали 35Х, 20ХН2М или АСЗОХМ. Вал рулевого механизма— из сталей 10, 20, 35. Рейку можно изготовить из углеродистой стали 45 с последующей термообработкой (закалкой и отпуском). Для вала рулевой сошки применяют стали ЗОХ, 40Х, ЗОХМ. Для рычагов поворотных цапф и рулевых сошек — стали 35Х, 40Х, ЗОХГМ, 40ХН. По новым правилам конструкции рулевых управления, отличающиеся от стандартных, должны пройти испытания; на их применение необходимо получить разрешение в НАМИ.

Для повышения безопасности водителя при столкновениях автомобилей применяют травмобезопасные рулевые колонки. Примером может служить травмобезопасныи механизм, разработанный ВНИИ охраны труда в сельском хозяйстве ( 78). Этот механизм устанавливается в разрез вала рулевой колонки и имеет три пары рычагов, соединенных попарно общими шарнирами. Концы рычагов шарнирно связаны с частями рулевого ' вала и расположены под углом 120°.

В обычных условиях такой механизм позволяет передавать крутящий момент. При столкновении автомобиля с препятствием и ударе водителя о рулевое колесо происходит смещение передней или задней части вала. Рычаги складываются, а энергия удара поглощается растягивающими пружинами, которые соединяют средние шарниры.